JP2010018847A - 耐食性に優れたアルミニウム合金材およびプレート式熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】表面が1〜20μmの平均厚みで陽極酸化処理されたアルミニウム合金で成る母材と、アルミニウム合金で成る母材の表面に形成された有機ホスホン酸下地皮膜と、有機ホスホン酸下地皮膜の表面に形成された乾燥後の平均厚みが1〜100μmのフッ素樹脂塗料皮膜よりなる。
【選択図】なし
Description
フッ素樹脂塗料皮膜の膜厚、すなわち平均厚みは1〜100μmの範囲とする。フッ素樹脂塗料皮膜の平均厚みが1μm未満であると、塗膜の耐食性が低下する。逆に平均厚みが100μm超であると、アルミニウムが持つ高い熱伝導性を低下させ、結果的に熱交換器の熱交換性能が低下する。また、却って塗膜の密着性、すなわち耐食性が低下する。従って、フッ素樹脂塗料皮膜の平均厚みは1〜100μmの範囲とする。
フッ素樹脂塗料に用いるフッ素樹脂には、三フッ化樹脂や四フッ化樹脂などがある。これらフッ素樹脂の中でも、後述する有機ホスホン酸下地皮膜との密着性が最も高く、耐食性が最も高い三フッ化樹脂を用いることが好ましい。三フッ化樹脂は、臭気が比較的低い低極性溶剤に溶けやすく作業性などの面からも好ましい。尚、これら三フッ化樹脂や四フッ化樹脂などは、モノマー、オリゴマーを有するものを用いることができる。
本発明に用いるフッ素樹脂塗料は、これらの三フッ化樹脂のモノマー、オリゴマーを、イソシアネートやシロキサンなどの硬化剤により、イソシアネート基(−N=C=O)やシロキサン基で架橋したものである。
本発明では、海水使用下での耐食性を向上できるフッ素樹脂塗料皮膜の、アルミニウム合金で成る母材との密着性を向上させるために、フッ素樹脂塗料の塗装下地として、リン酸系の有機ホスホン酸下地皮膜を選択する。
アルミニウム合金で成る母材の表面には、有機ホスホン酸下地皮膜やフッ素樹脂塗料皮膜を更に密着性良く形成させるために、陽極酸化処理が行われる。まず、陽極酸化処理を行う前に、アルミニウム合金で成る母材を超音波洗浄し、汚れの除去等を行う。
適用されるアルミニウム合金で成る母材は、プレートに加工や成形しやすいものであれば良い。アルミニウム合金の種類とすれば、JISやAA規格に規定される1000、3000、5000、6000、7000系のアルミニウム合金の板および条、或いは押出形材などが適宜適用できる。より具体的には、3003や5052などが好適に使用されている。
尚、以上の説明では、本発明の用途を、海水を媒体とする熱交換器に適用した実施形態に基づいて説明したが、腐食性を有する流体であれば、例えば、カルシウムイオン、マグネシウムイオンを多量に含む工業用水や、炭酸水素イオン、塩素イオン、硫黄イオン、鉄イオン、ナトリウムイオン、メタケイ酸、硫化水素等を含む地下水等を使用する熱交換器に適用することもできる。
前処理としては、アルミニウム合金板で成る試験片の表面に形成されている汚れ、酸化物、水酸化物などを除去して、アルミニウム金属表面を一旦露出させるための処理を行った。具体的には、アルミニウム合金板で成る試験片をアセトン中に浸漬し、30秒間の超音波洗浄を実施した。
前処理を終えた試験片を陽極として電解液に浸漬し、電気分解することにより試験片の表面に平均厚みが5μm或いは20μmの陽極酸化処理層を形成することで、陽極酸化処理を実施した。電解液としては、質量パーセント濃度が15〜18%の希硫酸を用い、電流を80〜100A/m2、電圧を10〜13V、処理時間を15〜20分として陽極酸化処理を実施した。陽極酸化処理層の厚みは処理時間を変えることで調整した。具体的には、15分の処理で5μm、50分の処理で20μmの厚みの陽極酸化処理層を形成した。封孔処理としては、主成分が酢酸ニッケルでなる封孔助剤を添加し、沸騰水封孔処理を15分実施した。
有機ホスホン酸としてはビニルホスホン酸を使用し、イオン交換水を用いて10グラム/リットルに希釈した。この水溶液を65℃に加温した後、水溶液中にアルミニウム合金板で成る試験片を10秒間或いは2分間(120秒間)浸漬して、有機ホスホン酸下地皮膜を形成した。その後、イオン交換水を用いてリンスを実施した。
フッ素樹脂塗装の塗料としては、クロロトリフルオロエチレン/アクリル共重合体(主剤)をイソシアネート硬化剤により架橋した塗料を用いた。質量比で、主剤13部に対して硬化剤1部を混合し、シンナーを用いて適切な希釈率で塗液とした。そして、その塗液をアルミニウム合金板で成る試験片の最表面にできるだけ均一に浸漬塗布した後、乾燥させてフッ素樹脂塗料皮膜を形成し、そのフッ素樹脂塗料皮膜の平均膜厚を5μmとした。
まず、人工海水(八洲薬品株式会社製の金属腐食試験用アクアマリン)を20倍に薄めて、0.13規定のNaOHを添加してその人工海水がpH8.2になるように調整して試験液とした。一方で、プラスチック製のサンプル台に実施例と比較例の各試験片を設置支持した。具体的には、試験片の端部を把持し、試験片が立つような状態にして支持した。サンプル台ごとにオートクレーブ内に入れ、試験液を注入した後で密閉した。
塗膜の耐食性の評価は、高温試験(腐食促進試験)後の塗膜の密着性を評価することで行った。具体的には、試験液から取り出した試験片を、50℃で24時間乾燥した後で、碁盤目試験を実施することで行った。碁盤目試験は、JIS5600−5−6の規定に従い、1mm角で100マスの碁盤目を設けた試験片の塗膜のテープ剥離を行うことで実施した。
Claims (7)
- 表面が1〜20μmの平均厚みで陽極酸化処理されたアルミニウム合金で成る母材と、前記アルミニウム合金で成る母材の表面に形成された有機ホスホン酸下地皮膜と、前記有機ホスホン酸下地皮膜の表面に形成された乾燥後の平均厚みが1〜100μmのフッ素樹脂塗料皮膜よりなることを特徴とする耐食性に優れたアルミニウム合金材。
- 前記フッ素樹脂塗料皮膜を構成するフッ素樹脂が、三フッ化樹脂である請求項1記載の耐食性に優れたアルミニウム合金材。
- 前記三フッ化樹脂が、クロロトリフルオロエチレン/ビニルエーテル共重合体であり、前記フッ素樹脂塗料が、前記クロロトリフルオロエチレン/ビニルエーテル共重合体をイソシアネートで架橋したものである請求項2記載の耐食性に優れたアルミニウム合金材。
- 前記フッ素樹脂塗料皮膜が、金属粉を含まない請求項1乃至3のいずれかに記載の耐食性に優れたアルミニウム合金材。
- 前記有機ホスホン酸下地皮膜が、メチルホスホン酸、エチルホスホン酸、ビニルホスホン酸のうちから選択される有機ホスホン酸からなる請求項1乃至4のいずれかに記載の耐食性に優れたアルミニウム合金材。
- 請求項1乃至5のいずれかに記載のアルミニウム合金材であって、腐食性を有する流体を媒体とするプレート式熱交換器用である耐食性に優れたアルミニウム合金材。
- 請求項1乃至5のいずれかに記載のアルミニウム合金材を、腐食性を有する流体を媒体とする伝熱部に用いたことを特徴とする耐食性に優れたプレート式熱交換器。
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