JP2003089886A - 鉛含有銅合金材からの鉛溶出防止方法 - Google Patents

鉛含有銅合金材からの鉛溶出防止方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉛を含有する銅合金材の表面から鉛が溶出し
ない処理を行うにおいて、人体や外部環境に悪影響を及
ぼさない処理方法を開示する。 【解決手段】 鉛含有銅合金材を、鉛と錯イオン形成能
力の大きい錯化剤に錯化剤を形成する有機酸を加えた中
性もしくは弱酸性の緩衝作用を持つエッチング液に浸漬
し、前記鉛含有銅合金の表面に存在する鉛粒子を除去す
る。錯化剤は、酢酸アンモニウムまたはクエン酸アンモ
ニウムなどの有機酸アンモニウム塩もしくは酢酸ナトリ
ウム、酒石酸ナトリウム、クエン酸ナトリウムなどの有
機酸ナトリウム塩である。エッチング液への合金浸漬温
度は、１０〜５０℃とする。エッチング液に合金を浸漬
中に、酸素またはこれを含む気体を吹き込みながら攪拌
する。鉛含有銅合金材を陽極として、外部より−０．３
〜＋０．２ＶＶＳＮＨＥ程度の微弱電圧を印加する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、従来から水栓金具
などに主に用いられている鉛を含有した銅合金から効果
的に鉛の溶出を防止する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在のところ、水栓金具材には青銅材を
中心とする銅合金が用いられているが、これらの材料に
は被削性、鋳造性および耐圧性を向上されることを目的
として鉛が添加されている。そして、この鉛は合金中に
鉛粒子として分布している。ところで、鉛は人体に悪影
響を及ぼす有害金属であるが、従来のように鉛を含有す
る青銅材を水栓金具に用いた場合には、鉛粒子は水栓金
具の接水面から水道水中に溶出してしまう。このように
鉛が溶出した水道水を飲料水として利用した場合には、
体内に蓄積されて悪影響を及ぼすことになるので、最近
では水栓金具には鉛を含有しない無鉛銅合金材料を利用
することが好ましいとされている。
【０００３】しかしながら、無鉛銅合金として鉛をビス
マス等の低融点元素に置換した無鉛銅合金材では材料費
が高くなる。また、低融点元素を含まない無鉛銅合金材
では被削性が不足する。このように、従来の鉛を含有す
る水栓金具用合金材のようにコストと性能を両立するこ
とができる合金材を、無鉛合金で達成しようとするのは
現在のところ困難である。
【０００４】ところで、上述したようにコストと性能を
両立させるための一手段として、現在のところ鉛を含有
する銅合金材から鉛の溶出を防止することが考えられ、
その方法として特開平１０−７２６８３号公報記載の技
術が公知である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した公知
の方法では、表面の鉛粒子を溶出させるために、水酸化
ナトリウム（NaOH）や、りん酸三ナトリウム（Na3PO4）
等の強塩基性ナトリウム塩を使用しているので、取り扱
いが非常に危険である。また、処理後にはこれらを中和
するために中和工程を取り入れる必要があり、さらに処
理槽や使用冶具についても強塩基に対して難溶性の材質
を選択しなければならない。
【０００６】さらにまた、上記公知方法の処理は、溶液
温度を６０〜９５℃という高温に設定する必要があるた
め、強塩基性の蒸気が人体および収容建築物に有害であ
ると予測することができ、必然的に一連の工程を閉鎖型
システムにせざるを得ないという問題がある。特に、浸
出処理後の鉛を含有したエッチング液の廃棄およびリサ
イクルの際には、エッチング液が強塩基性なので環境お
よび人体への悪影響は避けられない。
【０００７】本発明は、上述した従来の課題を解決する
もので、鉛を含有する銅合金材の表面から鉛が溶出しな
い処理を行うにおいて、人体や外部環境に悪影響を及ぼ
さない処理方法を開示することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、先ず基本的には鉛と錯イオン形成能力
の大きい錯化剤である有機酸アンモニウム塩もしくは有
機酸ナトリウム塩と、有機酸を含む中性もしくは弱酸性
のエッチング液を使用する。より詳しくは、鉛含有銅合
金材を、鉛と錯イオン形成能力の大きい錯化剤に錯化剤
を形成する有機酸を加えた中性もしくは弱酸性の緩衝作
用を持つエッチング液に浸漬し、前記鉛含有銅合金の表
面に存在する鉛粒子を除去するという手段を用いた。こ
こで、錯化剤として具体的には、酢酸アンモニウムやク
エン酸アンモニウムなどの有機酸アンモニウム塩、また
は酢酸ナトリウム、酒石酸ナトリウム、クエン酸ナトリ
ウムなどの有機酸ナトリウム塩の水溶液にそれぞれの有
機酸を添加したものを用いる。さらに、温度条件とし
て、エッチング液への合金浸漬温度を１０〜５０℃の範
囲で行うという手段も用いている。
【０００９】また、鉛の溶出速度を高めるために、エッ
チング液に合金を浸漬中に酸素またはこれを含む気体を
吹き込みながら攪拌するという手段も選択的に用いるこ
ととした。
【００１０】さらにまた、本発明方法に加えて、鉛含有
銅合金材を陽極として外部より−０．３〜＋０．２Ｖ
ＶＳＮＨＥ程度の微弱電圧を印加するという手段を用
い、同一工程中で合金材の表面を電解研磨することとし
た。
【００１１】一方、請求項１〜７のいずれかの方法に用
いた処理後のエッチング液中に、炭酸ガスまたはこれを
含む気体を吹き込み、あるいは炭酸鉛よりも溶解度の高
い炭酸塩を投入し、溶出した鉛を難溶性の炭酸塩に化合
させて沈殿させた後に、前記炭酸塩を除去し、前記エッ
チング液をリサイクルによって獲得するという手段も用
いた。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、実施形態を示しながら本発
明を詳細に説明する。図１は鉛と錯イオン形成能力の大
きい錯化剤である有機酸アンモニウム塩、もしくは有機
酸ナトリウム塩水溶液にそれぞれの有機酸を添加した中
性もしくは弱酸性の緩衝作用を持つエッチング液によっ
て鉛粒子を溶出した状態の模式図である。これによる
と、鉛含有合金材表面の鉛粒子２が選択除去され、水溶
液に接する表面が無鉛化されて銅合金の素地１となるの
で、これ以上の鉛の溶出を防止することができる。
【００１３】本発明において使用する中性もしくは弱酸
性のエッチング液に含まれる鉛と錯化剤である有機酸ア
ンモニウム塩もしくは有機酸ナトリウム塩と有機酸の代
表例を表１に示す。
【表１】 表において、使用濃度は有機酸イオンのモル濃度が０．
０５〜１mol/Lとなるように各々の有機酸で調製する。
温度は１０〜５０℃が好ましい。
【００１４】浸漬中、鉛含有合金とエッチング液との反
応界面への酸素の供給と反応界面での成分の拡散速度を
大きくするために、エッチング液に空気等の酸素を含む
気体または酸素そのものを吹き込み、攪拌する。これに
よって、溶出した鉛が溶解度の小さい水酸化鉛または塩
基性炭酸鉛となって処理面へ再付着することも防止する
ことができる。
【００１５】表１の錯化剤を含むエッチング液に鉛含有
銅合金材を浸漬した際の単極電位（エッチング液に浸漬
して金属が溶出開始する電位）は、母材と鉛粒子間で差
があり、鉛粒子（-0.35VVSNHE）の方が母相（+0.25VVSNH
E）よりも卑な電位で溶出する。鉛含有銅合金材表面か
らの鉛粒子の選択溶出およびその溶出速度を大きくする
ために、これを利用して、浸漬中、鉛含有銅合金材を陽
極にし、鉛の単極電位よりも高く、母材の単極電位より
も低い範囲の電圧（-0.3〜+0.2 VVSNHE程度）を外部よ
り印加する。これによって、母材への影響を最小限にし
ながら、鉛粒子の溶出が選択的に進行する。鉛含有銅合
金材の浸漬時間は、電圧を印加しない場合である約３０
分と比較すると、約６分の１に短縮することができた。
さらに、鉛含有銅合金材の処理面は、通電することによ
って多少の電解研磨効果が得られ、平滑さが向上する。
【００１６】鉛溶出処理後のエッチング液をリサイクル
するために、処理後のエッチング液に二酸化炭素を含む
混合ガスまたは二酸化炭素そのものを吹き込むか、もし
くは溶液中に炭酸鉛よりも溶解度の高い炭酸塩（炭酸ナ
トリウム、炭酸アンモニウム、炭酸カリウムなど）を投
入する。これによって、処理後のエッチング液に溶け込
んだ鉛は二酸化炭素（炭酸イオン）と結合して難溶性の
炭酸鉛となり、沈殿するため、鉛を化合物として容易に
分離回収することができる。
【００１７】沈殿を濾過分離したエッチング液は、少々
溶け込んだ二酸化炭素を溶液中から除去するために、空
気バブリング（曝気）を行う。有機酸をモル数調製のた
めに加えたことによって、エッチング液がやや弱酸性に
なっているために、空気バブリングによってエッチング
液から容易に二酸化炭素を追い出すことができ、ほぼ処
理前のエッチング液の組成で回収、再利用することがで
きる。
【００１８】
【実施例】水栓金具に使用されている青銅系のJIS H 51
21 CAC406C(BC6C)の角板テストピース（35×25×5t）を
用いて鉛の溶出防止処理試験を行った。表２に試験に用
いたテストピースの化学成分を示す。化学成分の単位は
重量％である。
【表２】
【００１９】試験に用いたエッチング液の濃度およびエ
ッチング条件を表３に示す。
【表３】
【００２０】試験後、テストピースの処理面をＸ線マイ
クロアナライザー（XMA）にて観察し、処理面の鉛の残
留と鉛化合物の再付着の有無を確認した。その結果を表
４に示す。
【表４】 このように、鉛溶出防止処理を行った実施例の全てにお
いて、鉛含有銅合金表面の鉛の残留および銅合金表面へ
の鉛化合物の再付着は認められなかった。
【００２１】次に、エッチング液が有効に使用できるか
どうかを確認するために、そのリサイクル試験を行っ
た。即ち、処理後の溶液に二酸化炭素を吹き込み、精製
した白色の沈殿を濾過分離し、濾過後の溶液を用いて実
施例３と同一条件にて再度、鉛の溶出防止処理試験を行
った。処理後のテストピースを同様にＸ線マイクロアナ
ライザーで観察したところ、鉛含有銅合金表面の鉛粒子
は全て除去され、また、鉛化合物の再付着も認められな
かった。このように、一度処理に用いられたエッチング
液を再利用することは可能であることが確認された。
【００２２】
【発明の効果】上述した本発明方法を採用すれば、水栓
金具用材料としてコストを抑制しながら十分な性能を発
揮することができる材料を提供することができる。ま
た、従来から用いられている鉛含有銅合金の表面処理を
行うことで、表面の鉛粒子を選択除去する方法であるか
ら、従来の合金材をそのまま使用することができ、合金
材料の製造方法も従来の方法を踏襲することになり、製
造条件等を変えることなく効果的な材料を提供すること
ができる。
【００２３】さらに、処理工程において材料に通電する
ので、電解研磨効果をも発揮することから、材料表面の
平滑性がより向上する。
【００２４】しかも、処理後のエッチング液に二酸化炭
素を含む混合ガス、あるいは二酸化炭素そのものを吹き
込んだり、溶液中に炭酸鉛よりも溶解度の高い炭酸塩を
投入することで、鉛を難溶性の炭酸塩として沈殿させる
工程を採用したので、鉛化合物の分離回収が可能とな
り、鉛化合物を容易に廃棄することができるとともに、
エッチング液の再利用も可能とすることができる。
【００２５】なお、上記説明では主に本発明の用途とし
て緊急にその対応が迫られている水栓金具材料を想定し
ているが、これに限らず鉛含有銅合金の表面から鉛粒子
を選択的に除去することが要求されるのであれば、広い
分野にて採用することができることは、もちろんであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法によって材料表面の鉛粒子を選択除
去したところを示す模式図
【符号の説明】
１ 無鉛化された銅合金の素地 ２ 鉛粒子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石金 良一 富山県中新川郡立山町西芦原新１番地の１ 中越合金鋳工株式会社内 (72)発明者 矢後 亘 富山県中新川郡立山町西芦原新１番地の１ 中越合金鋳工株式会社内 (72)発明者 市田 賢一 富山県中新川郡立山町西芦原新１番地の１ 中越合金鋳工株式会社内 (72)発明者 安川 淳 富山県中新川郡立山町西芦原新１番地の１ 中越合金鋳工株式会社内 (72)発明者 竹内 和夫 富山県中新川郡立山町西芦原新１番地の１ 中越合金鋳工株式会社内 Ｆターム(参考） 2D060 BD01 4K057 WA18 WB06 WD10 WE11 WE12 WE13 WG02 WG07 WG10 WH01 WH07 WM14 WM20 WN10

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】鉛含有銅合金材を、鉛と錯イオン形成能力
    の大きい錯化剤に錯化剤を形成する有機酸を加えた中性
    もしくは弱酸性の緩衝作用を持つエッチング液に浸漬
    し、前記鉛含有銅合金の表面に存在する鉛粒子を除去す
    ることを特徴とする鉛含有銅合金材からの鉛溶出防止方
    法。
  2. 【請求項２】錯化剤は、有機酸アンモニウム塩もしくは
    有機酸ナトリウム塩である請求項１記載の鉛含有銅合金
    材からの鉛溶出防止方法。
  3. 【請求項３】有機酸アンモニウム塩は、酢酸アンモニウ
    ムまたはクエン酸アンモニウムである請求項２記載の鉛
    含有銅合金材からの鉛溶出防止方法。
  4. 【請求項４】有機酸ナトリウム塩は、酢酸ナトリウム、
    酒石酸ナトリウム、クエン酸ナトリウムの群から選ばれ
    たナトリウム塩である請求項２記載の鉛含有銅合金材か
    らの鉛溶出防止方法。
  5. 【請求項５】エッチング液への合金浸漬温度は、１０〜
    ５０℃である請求項１〜４のいずれか記載の鉛含有銅合
    金材からの鉛溶出防止方法。
  6. 【請求項６】エッチング液に合金を浸漬中に、酸素また
    はこれを含む気体を吹き込みながら攪拌する請求項１〜
    ５のいずれか記載の鉛含有銅合金材からの鉛溶出防止方
    法。
  7. 【請求項７】鉛含有銅合金材を陽極として、外部より−
    ０．３〜＋０．２ＶＶＳＮＨＥ程度の微弱電圧を印加す
    る請求項１〜６のいずれか記載の鉛含有銅合金材からの
    鉛溶出防止方法。
  8. 【請求項８】請求項１〜７のいずれかの方法に用いた処
    理後のエッチング液中に、炭酸ガスまたはこれを含む気
    体を吹き込み、溶出した鉛を難溶性の炭酸塩に化合させ
    て沈殿させた後に、前記炭酸塩を除去し、前記エッチン
    グ液をリサイクルするエッチング液のリサイクル方法。
  9. 【請求項９】請求項１〜７のいずれかの方法に用いた処
    理後のエッチング液中に、炭酸鉛よりも溶解度の高い炭
    酸塩を投入し、溶出した鉛を難溶性の炭酸塩に化合させ
    て沈殿させた後に、前記炭酸塩を除去し、前記エッチン
    グ液をリサイクルするエッチング液のリサイクル方法。
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