JP2011007220A - Ball for ball valve, plating method thereof, and ball valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ボールバルブ用ボールに関し、特に、めっき処理を施したボールバルブ用ボールとそのめっき処理方法並びにボールバルブに関する。 The present invention relates to a ball valve ball, and more particularly, to a ball valve ball plated, a plating method thereof, and a ball valve.
ボールバルブ用ボールは、ボールシートに支受された状態でバルブボデー内に装着され、ボールに設けたステムを介してボールを回動する構造になっている。そのため、ボールは、ボールシートに対する摺動性を確保しつつ、その摺動性とシール性を発揮する必要があり、しかも、繰り返しの回転動作に対する耐摩耗性も要求されている。また、腐食性の強い流体に対して、耐塩素性や耐脱亜鉛腐食性を発揮する必要もある。これらを満足するために、通常、ボール表面にはめっき処理が施されており、ボールにめっき処理を施す場合、ボールは、摺動性とシール性、耐摩耗性、並びに、耐塩素性や耐脱亜鉛腐食性が求められている。 The ball for a ball valve is mounted in a valve body while being supported by a ball seat, and has a structure in which the ball is rotated via a stem provided on the ball. Therefore, the ball needs to exhibit its slidability and sealability while ensuring slidability with respect to the ball sheet, and is also required to have wear resistance against repeated rotational operations. It is also necessary to exhibit chlorine resistance and dezincification resistance against highly corrosive fluids. In order to satisfy these requirements, the ball surface is usually plated. When the ball is plated, the ball is slidable, sealable, wear resistant, chlorine resistant and resistant. Dezincification corrosivity is required.
この種のボールのめっき処理としては、例えば、ハードCrめっきや、NiCrめっきなどのCrめっきがある。これらのCrめっきは、ボールの表面硬さの向上や、不導態化被膜による耐食性の向上を目的として施される。
また、Crめっき以外のめっき処理として、例えば、SnNi合金めっき処理があり、このSnNi合金めっき処理を施した水栓金具としては、例えば、特許文献1の水栓金具がある。同文献1の水栓金具は、銅または銅合金を素材とする水栓具の本体及びその内蔵部品に対して、素材生地の表面に0.5〜2ミクロンの厚さのSnNi合金めっき層が施されたものである。
一方、特許文献2の水栓金具は、銅又は銅合金を素材とする水栓具本体に対して、その内部の弁座付近の表面にSn系のメッキ層が形成されたものである。
Examples of this type of ball plating process include hard Cr plating and Cr plating such as NiCr plating. These Cr platings are applied for the purpose of improving the surface hardness of the ball and improving the corrosion resistance by the passivation film.
Moreover, as plating treatment other than Cr plating, for example, there is SnNi alloy plating treatment, and as a faucet fitting subjected to this SnNi alloy plating treatment, for example, there is a faucet fitting of
On the other hand, the faucet fitting of
ところで、ボールにめっき処理を施す場合には、一般的には、引っ掛けめっき工法(ラック工法)と呼ばれる電気めっきが用いられる。引っ掛けめっき工法は、被処理物をラックと呼ばれる治具に引っ掛けた状態で、ブスパーと呼ばれる陰極棒に吊り下げてめっき液に浸し、板状の陽極との間に通電させることにより被処理物にめっきする電気めっき方法である。引っ掛けめっき工法を用いた電気めっきによると、被処理物、すなわち、ボール同士の接触を避けることが可能であり、このため、被処理物に傷が付くことが防がれて表面が滑らかになる。 By the way, when the ball is plated, generally, electroplating called a hook plating method (rack method) is used. The hook plating method hangs a workpiece on a jig called a rack, hangs it on a cathode bar called a busper, immerses it in a plating solution, and applies current between the plate-like anode to the workpiece. This is an electroplating method for plating. According to the electroplating using the hook plating method, it is possible to avoid contact between objects to be processed, that is, balls, and thus the surface to be processed is prevented from being scratched and the surface becomes smooth. .
しかしながら、前述したハードCrめっきやNiCrめっきなどのCrめっきは、内部応力によって微細なクラックが発生しやすく、また、ピンホールも発生しやすいためボール表面の素地をミクロンレベルまでコーティングすることが難しい。また、このめっき処理を施したボールバルブは、JIS H8501に示されるように、塩酸や燐酸などの腐食性を有する流体が接液すると、これらの流体によりCrの不動態化皮膜が破壊されてめっきが除去される可能性がある。このため、Crめっき処理されたボールは、塩素濃度の高い水道水や燐酸成分を含む流体を流すことには適していない。仮に、これらの流体を流そうとする場合、PTFEなどの別の耐食性を示す被膜でボールをコーティング処理する必要性が生じ、全体のコストアップに繋がることになる。 However, the above-described Cr plating such as hard Cr plating and NiCr plating is liable to generate fine cracks due to internal stress and to easily generate pinholes, so that it is difficult to coat the surface of the ball surface to the micron level. In addition, as shown in JIS H8501, the ball valve subjected to the plating treatment is plated with a corrosive fluid such as hydrochloric acid or phosphoric acid, and the passivation film of Cr is destroyed by these fluids. May be removed. For this reason, the balls plated with Cr are not suitable for flowing a tap water having a high chlorine concentration or a fluid containing a phosphoric acid component. If these fluids are made to flow, it becomes necessary to coat the ball with a film showing another corrosion resistance such as PTFE, which leads to an increase in the overall cost.
また、例えば、蛍光X線装置等の簡易的な測定機器を用いてCrめっきの成分を測定する場合、Crめっき中に含有される欧州のRoHS指令で規制される6価クロムと一般的な金属Crとを区別することが難しくなり、その結果、Crめっき中に人体に有害な6価クロムが含有されるかどうかわからない危険性がある。また、近年では、WHO等においては、Pbの溶出量の規制に加えてNiの溶出量も規制されているが、NiCrめっきによりボールをめっきした場合には、Niが溶出しての人体に悪影響を及ぼすおそれもある。 In addition, for example, when measuring Cr plating components using a simple measuring instrument such as an X-ray fluorescence apparatus, hexavalent chromium and general metals regulated by the European RoHS directive contained in Cr plating It becomes difficult to distinguish from Cr, and as a result, there is a risk of not knowing whether hexavalent chromium harmful to the human body is contained during Cr plating. Further, in recent years, in WHO and the like, the elution amount of Ni is also regulated in addition to the regulation of the elution amount of Pb. However, when balls are plated by NiCr plating, Ni is eluted and has an adverse effect on the human body. There is also a risk of affecting.
一方、特許文献1や特許文献2におけるSnNi合金めっきは、水道蛇口付近の接液部分や摺動部材などの内部部品を対象としたものであり、摺動部材の摺動性を確保する目的からめっき膜厚が薄くなっている。この場合、例えば、同文献1では、SnNi合金めっき層が最大で2ミクロンになっているが、この厚さでボールにめっき処理しようとすると、ボール表面が曲面であることから均一のめっき膜厚に設けることが難しくなり、延いては、ボール表面に薄いめっき部分が生じて摺動性やシール性、耐摩耗性が劣る箇所が生じることがあった。この対策として、SnNi合金めっきの下層側に下地Niめっきを施すことが考えられるが、この場合には、めっき工程が増えるばかりか、加熱状態になったときには膨張係数の違いからSnNi合金めっきが下地Niめっきから剥離するおそれがある。
On the other hand, the SnNi alloy plating in
しかも、ボールにCrめっきやSnNiめっきを施す際に、引っ掛けめっき工法で電極の間にボールを吊り下げたときには、ボールが球状であることから電極からこのボールまでの距離が一定でなくなって、ボール上下側の両極付近と、電極側の付近ではマクロ的な電流密度の差が生じることになる。そのため、ボールに対して均一な厚さのめっき処理を施すことが一層難しくなり、例えば、特許文献1において、0.5ミクロンの膜厚でめっき処理を施したときには、ボールの両極側のめっき膜厚が電極に近い付近のめっき膜厚に比較して薄くなることがある。
Moreover, when the balls are Cr plated or SnNi plated, when the balls are suspended between the electrodes by the hook plating method, the distance from the electrodes to the balls is not constant because the balls are spherical. There is a macroscopic difference in current density between the upper and lower poles and the vicinity of the electrodes. Therefore, it becomes more difficult to apply a uniform thickness plating process to the ball. For example, in
また、電気めっきのめっき厚は、一般的には処理時間に比例するといわれているが、実際には被処理物の表面に加わる電流の密度に大きく影響を受けることが分かっている。この場合、被処理物の表面が凸状であれば電流密度が高まりやすく、凹状であれば低くなるなり、この凹凸の差が大きくなると電流密度差も大きくなりめっき厚に更に差が生じやすくなる。さらに、この現象は、被処理物と電極とを固定したときにより顕著になり、切削加工やめっき処理前に実施される化学研磨によって生じる被処理物のミクロの凹凸部分に電極が固定されることで、凹凸部分に著しい電流密度差が生じてボールの素地全体のめっきの面粗度が粗くなっていた。
このように、ボールにめっき処理を施す際に、めっき膜厚が不足したり、この薄い膜厚によって表面の凹凸部分の差が激しくなることにより、所定の摺動性やシール性、耐摩耗性が得られなくなる場合があった。
The plating thickness of electroplating is generally said to be proportional to the processing time, but it has been found that in practice it is greatly influenced by the density of current applied to the surface of the object to be processed. In this case, if the surface of the object to be processed is convex, the current density tends to increase, and if it is concave, the current density becomes low. If the unevenness difference increases, the current density difference also increases and the plating thickness tends to further differ. . Furthermore, this phenomenon becomes more prominent when the workpiece and the electrode are fixed, and the electrode is fixed to the micro uneven portion of the workpiece generated by chemical polishing performed before cutting or plating. As a result, a significant current density difference occurred in the uneven portion, and the surface roughness of the plating of the entire ball substrate was rough.
In this way, when plating the ball, the plating film thickness is insufficient, or the difference in surface irregularities due to this thin film thickness becomes severe, resulting in predetermined slidability, sealing performance, and wear resistance. May not be obtained.
本発明は、上述した実情に鑑み、鋭意検討の結果開発に至ったものであり、その目的とするところは、有害物質の溶出を抑えつつ、摺動性とシール性とを両立させながら耐摩耗性を向上させ、耐塩素性や耐脱亜鉛腐食性を向上させたボールバルブ用ボールとそのめっき処置方法並びにボールバルブを提供することにある。 The present invention has been developed as a result of intensive studies in view of the above-described circumstances, and the object of the present invention is wear resistance while suppressing leaching of harmful substances while achieving both slidability and sealing performance. It is an object of the present invention to provide a ball for a ball valve, a plating treatment method thereof, and a ball valve that have improved properties and improved chlorine resistance and dezincification corrosion resistance.
上記の目的を達成するため、請求項1に係る発明は、銅又は銅合金製のボール弁体の素地の被覆面に、0.5μm<膜厚≦3μmとしたSnNi合金めっき層を設けたボールバルブ用ボールである。
In order to achieve the above object, the invention according to
請求項2に係る発明は、膜厚は、2μm<膜厚≦3μmである耐塩素性と耐脱亜鉛腐食性に優れたボールバルブ用ボールである。
The invention according to
請求項3に係る発明は、SnNi合金めっきの合金比率を65%≦Sn<75%とした耐塩素性と耐脱亜鉛腐食性に優れたボールバルブ用ボールである。
The invention according to
請求項4に係る発明は、ボール弁体を治具に取付け、このボール弁体をSnNi合金めっき処理液を収容した容器内に浸漬させ、次いで、当該ボール弁体とめっき処理液に通電してボール弁体の素地の被覆面にSnNi合金めっき処理を施したボールバルブ用ボールのめっき処理方法である。
The invention according to
請求項5に係る発明は、流入口と流出口を有するボデー内にSnNi合金めっき処理を施したボール弁体をボールシートを介して内蔵し、このボール弁体をステムを介して回動自在に設けたボールバルブである。 According to the fifth aspect of the present invention, a ball valve body that has been subjected to SnNi alloy plating is incorporated through a ball seat in a body having an inflow port and an outflow port, and the ball valve body can be rotated through a stem. It is a ball valve provided.
請求項1に係る発明によると、ボール弁体の素地の被服面に、0.5μm<膜厚≦3μmとしたSnNi合金めっき層を設けているので、NiやPb等の人体への有害物質の溶出を抑えつつ、摺動性とシール性とを両立させながら耐摩耗性を向上させている。また、耐塩素性や耐脱亜鉛腐食性を向上させることができ、塩酸や燐酸などの腐食性を有する流体が流れた場合でもめっき層の剥がれを防いで耐薬品性と耐久性とを向上させることができる。更に、銅又は銅合金からなる被覆面に直接SnNi合金めっき層を設けていることにより、これらの間に金属間化合物を発生させながらめっき層を形成でき、この金属間化合物により投錨効果が発揮されて双方が強固に結びついてめっき層の剥離が防止される。 According to the first aspect of the present invention, since the SnNi alloy plating layer having a thickness of 0.5 μm <film thickness ≦ 3 μm is provided on the clothing surface of the base of the ball valve body, harmful substances to the human body such as Ni and Pb While suppressing elution, the wear resistance is improved while achieving both sliding and sealing properties. In addition, chlorine resistance and dezincification corrosion resistance can be improved, and even when a corrosive fluid such as hydrochloric acid or phosphoric acid flows, the peeling of the plating layer is prevented and chemical resistance and durability are improved. be able to. Furthermore, by providing a SnNi alloy plating layer directly on the coated surface made of copper or copper alloy, a plating layer can be formed while generating an intermetallic compound therebetween, and the throwing effect is exhibited by this intermetallic compound. Both are firmly connected to each other, and the plating layer is prevented from peeling off.
請求項2に係る発明によると、球面であるボール弁体の素地の被覆面全体に所定の膜厚のめっきを設けることができる。しかも、被覆面全体に均一にめっき処理を施すことが難しい場合にも、被覆面の球面全体に所定の厚さの膜厚を施すことができると共に、被覆面表面の凹凸部分の差が激しい場合にも細かい面粗度によりめっき処理を施すことができ、SnNi合金めっきの有する耐塩素性と耐脱亜鉛腐食性の機能性をより高めることができる。また、SnNi合金めっきの膜厚の上限を3μm以下としているので、めっき表面への内部応力の発生を防ぎ、クラックの発生を防ぐことができる。
According to the invention which concerns on
請求項3に係る発明によると、最大の内部応力が発揮される準安定なNiSn相が得られることにより、強固なめっき層を得ることができる。また、めっき表面側の平滑性を向上させることができる。 According to the third aspect of the invention, a strong plating layer can be obtained by obtaining a metastable NiSn phase exhibiting the maximum internal stress. Moreover, the smoothness of the plating surface side can be improved.
請求項4に係る発明によると、ボール弁体の表面に傷を発生させることなくめっき処理を施すことができ、被覆面全体に所定以上の膜厚のめっき層を設けて、摺動性とシール性とを両立させながら耐摩耗性を確保して封止性能を高くし、また、耐塩素性や耐脱亜鉛腐食性に優れたボールバルブ用ボールを設けることができる。
According to the invention of
請求項5に係る発明によると、人体への有害物質であるNiやPbの溶出を防ぎつつ、摺動性とシール性とを両立させながら耐摩耗性を向上させ、また、耐塩素性や耐脱亜鉛腐食性に優れたボールバルブを提供することができる。 According to the invention of claim 5, while preventing the elution of Ni and Pb which are harmful substances to the human body, the wear resistance is improved while achieving both the sliding property and the sealing property, and the chlorine resistance and resistance. A ball valve excellent in dezincification corrosion resistance can be provided.
以下に、本発明におけるボールバルブ用ボールとそのめっき処理方法並びにボールバルブの実施形態を図面に基づいて説明する。
図1においては、本発明のボールバルブ用ボールが装着されたボールバルブの一例を示している。ボール本体1は、ボール弁体の素地2の被覆面3に、SnNi合金めっき層4が設けられることにより構成されている。このボール弁体の素地2は、銅又は銅合金製からなり、本実施形態においては、C3771黄銅からなっている。この場合、後述する低Pb又はPbレスの銅合金であっても良い。また、被覆面3は、素地2の外表面2aと流路(内周面)2bとを含んでいる。
Embodiments of a ball valve ball, a plating method thereof, and a ball valve according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an example of a ball valve equipped with the ball valve ball of the present invention. The
このSnNi合金めっき層4の膜厚は、0.5μm<膜厚≦3μmの範囲内であり、この場合、0.5μm<膜厚とする理由は、めっき膜厚は、めっき処理の時間に比例するため薄い方がコストメリットがあるものの、膜厚を0.5μm以下とすると、常温や蒸気が流れる状態でボールバルブを繰り返し作動させたときに流体内の異物が衝突したときに傷が素地まで到達するおそれがあるからである。また、膜厚≦3μmとする理由としては、SnNi合金めっきの内部応力が高くなり、めっき表面に亀裂を発生させてしまう。
The film thickness of the SnNi
更に、上記のめっき層4の膜厚は、2μm<膜厚≦3μmであることがより好ましく、この場合、ボール本体1の耐塩素性と耐脱亜鉛腐食性とがより優れている。めっき層4の膜厚が2μm<膜厚≦3μmがより好ましい理由を以下に説明する。
Further, the film thickness of the
電気めっきは、電気化学反応にてめっきが形成されていくため、一般的には、処理時間に比例してめっき厚を見込むことができる。しかし、実際には、めっき厚は、めっきされる表面の電流の密度に影響される。この電流密度は、マクロ的、又は、ミクロ的に、凸部が高まりやすく、凹部が低くなる傾向にあるため、被覆物に凸凹があれば電気密度に差が生じてめっき厚にも差が生じることになる。 In electroplating, since plating is formed by an electrochemical reaction, in general, the plating thickness can be estimated in proportion to the processing time. In practice, however, the plating thickness is affected by the current density of the surface being plated. Since the current density is macroscopic or microscopic, the convex portion tends to increase and the concave portion tends to be low. Therefore, if the coating has irregularities, a difference occurs in the electric density and a difference in the plating thickness. It will be.
この電気めっきにより素地2にめっき処理を施す場合には、ボールバルブがボールにより流体を封止する構造であり、ボール表面に僅かな傷がつくことも許されない理由から、後述する引っ掛けめっき工法が通常用いられる。図2に示すように、引っ掛けめっき工法の場合、被覆物10と電極11との位置が固定されるため、ボールのような球体の被覆物10の場合にはマクロ的に電流密度が生じやすくなる。
When the
また、被覆物10に切削加工を施したり、めっき前に化学研磨を施した場合にはミクロ的な凹凸が生じるが、この凹凸に対しても電極10の位置が固定されるため、凹凸の方向によってめっきの被覆状態が異なることがある。この場合、電極10と向かい合わない位置である、いわゆる極部12にあるミクロ的な凸凹に対しては、特に、凹部がめっき被覆しづらくなり、また、電極11と向かい合う位置にある円周部13では、ミクロ的な凸凹に対して凹部もめっき被覆しづらくなっている。
In addition, when the covering 10 is cut or chemically polished before plating, micro unevenness occurs, but the position of the
SnNi合金めっきは、前述したように、被覆しやすくめっきの回り込み性も良いため、0.5μmの膜厚でも処理時間を設定すれば素地2の全体的な被覆が可能になっている。しかし、被覆物が球体のボールからなる素地2の場合には、上述したマクロ的な問題とミクロ的な問題とが重なり合うことで、0.5μmの膜厚では電極11に対して極部12に該当する外表面側のめっき被覆が不十分となり、その結果、特に、流体が蒸気などである場合に、めっき処理後に素地2が表出するおそれがある。このため、SnNi合金のめっき膜厚を2〜3μmとすることにより、SnNi合金めっきの回り込み性の特性を生かし、外表面2aの極部12に該当する部分にも一定の厚さに被覆させることが可能になる。
As described above, SnNi alloy plating is easy to coat and has good wraparound properties. Therefore, if the processing time is set even with a film thickness of 0.5 μm, the
この場合、図3(a)に示すように、めっき後の極部12側の直径D1よりも円周部13の直径D2が、例えば、2〜3μm程度長くなり、ボール本体1が楕円状になって真球度の精度が低くなるというリスクが生じる。しかし、2〜3μmの厚い膜厚のSnNi合金めっきを施したボールバルブは、例えば、蒸気耐久試験を実施した場合にも、極部12に該当する側の表面のめっきの剥離が防止され、また、ボールバルブとしての封止性能にも影響を与えることがない。図3(b)は、めっき膜厚を、例えば、0.5μm以下とした場合であり、このときには、めっき後の極部15側の直径D3と円周部16の直径D4の差が少なくなり、極部15側においては、被覆物10(素地2)が表出するおそれがある。
In this case, as shown in FIG. 3 (a), the diameter D 2 of the
また、SnNi合金めっきを施したボール本体1は、耐塩素性と耐薬品性に優れ、また、耐脱亜鉛腐食性にも優れている。この耐脱亜鉛腐食性としては、例えば、脱亜鉛腐食試験(ISO−6509)により試験を実施したときの最大脱亜鉛侵食深さがほぼ0(μm)になる。これにより、ボール弁体1は、耐脱亜鉛腐食(侵食)性に優れ、薬液等が素地2に浸透することが防がれる緻密なめっき層4が形成される。そして、ボール本体1は、ピンホールができにくく、被覆性・回り込みが極めて高いめっき層4を有することが可能となる。
また、SnNi合金めっき層4は、めっき工法により被覆面3に設けられているため、例えば、PTFEにより被覆する場合による工法と比較してコスト面で優れている。
Further, the
Moreover, since the SnNi
しかも、SnNi合金めっき層4を、銅又は銅合金製からなる素地2に直付けで被覆していることにより、SnNi合金めっき中のSn成分と銅合金構成金属元素が双方拡散しながら互いの層に固溶する。このように、これらの間に金属間化合物が形成され、ナノレベルでの投錨効果(アンカー効果)が発揮されて密着性が高まるので、ボール本体1に熱が加わったり熱衝撃が加わった後に強い力が加わった場合でも、めっき層4の剥離や亀裂が防がれるようになっている。
なお、同じ脱亜鉛腐食試験(ISO−6509)において、めっき層を施さない素地の浸食深さは1000〜1200μmとなり、また、NiCr合金めっきを施した場合における侵食深さは400〜600μmなって、SnNi合金めっき層4を施した場合に比較して大きく劣っている。
Moreover, by coating the SnNi
In the same dezincification corrosion test (ISO-6509), the erosion depth of the base without the plating layer is 1000 to 1200 μm, and the erosion depth when NiCr alloy plating is performed is 400 to 600 μm. Compared with the case where the SnNi
ところで、SnとNiの合金めっきは、前記したように金属間化合物を形成するが、このとき、SnともNiとも異なる性質をしめすようになる。この場合のSnとNiの配合比としては、溶製合金の状態図の組成ではNi3Sn2+Ni3Sn4の混合相に相当するが、めっき合金では合金状態図に現れない準安定なNiSn相が得られる、Snが65〜74%を占める範囲となる。このNiSn相は、合金めっき内で最大の内部応力を示すため、このSnが65〜74%を占める範囲では強固(硬い)なめっき層が得られる。一方、準安定なNiSn相が得られない範囲、すなわち、Sn<65%、Sn≧75%では貧弱なめっきとなって、めっき表面も平滑性を欠くものとなる。
このことから、本発明のボールバルブ用ボールにおけるめっき層4のSnNi合金めっきの合金比率を、65%≦Sn<75%としている。
By the way, the alloy plating of Sn and Ni forms an intermetallic compound as described above. At this time, Sn and Ni have different properties from Ni. In this case, the mixing ratio of Sn and Ni corresponds to a mixed phase of Ni 3 Sn 2 + Ni 3 Sn 4 in the composition of the phase diagram of the molten alloy, but the metastable NiSn that does not appear in the alloy phase diagram in the plating alloy The phase is obtained, and Sn is in a range occupying 65 to 74%. Since this NiSn phase exhibits the maximum internal stress in the alloy plating, a strong (hard) plating layer can be obtained in a range where this Sn occupies 65 to 74%. On the other hand, in a range where a metastable NiSn phase cannot be obtained, that is, Sn <65% and Sn ≧ 75%, the plating is poor and the plating surface also lacks smoothness.
Therefore, the alloy ratio of SnNi alloy plating of the
なお、前述しためっき処理は、ボールバルブ用ボール以外にも、バルブのステム等の構成部品、継手の構成部品又は配管器材の構成部品にも対応可能である。
また、前述したボール弁体の素地は、C3771以外の材料であってもよく、例えば、黄銅や青銅、或は、鉛を含有しない鉛レス銅合金を用いることもできる。この場合、鉛レス銅合金としては、例えば、鉛の代替物として、Bi(ビスマス)又は、BiとSe(セレン)、或は、シリコンを含有した銅合金などがある。
In addition to the ball for the ball valve, the plating treatment described above can be applied to components such as a valve stem, joint components, and piping equipment components.
The base of the ball valve body described above may be made of a material other than C3771, for example, brass, bronze, or a lead-free copper alloy containing no lead. In this case, examples of the lead-less copper alloy include Bi (bismuth), Bi and Se (selenium), or a copper alloy containing silicon as an alternative to lead.
次に、ボールバルブ用ボールのめっき処理方法を述べる。本例においては、前述した引っ掛けめっき工法により、素地2をめっき処理する。図4においては、引っ掛けめっき工法により、素地2にめっき層4を形成するときのめっき処理装置の一例を示している。図に示すように、めっき処理装置20は、容器21、治具(ラック)22、通電用電極部23を有している。
Next, a method for plating a ball for a ball valve will be described. In this example, the
このめっき処理装置20において、ボール弁体の素地2は、治具22に取付けられて保持される。治具22は、針金等により形成され、適宜の間隔で骨組み状に設けられた保持部24を有している。素地2は、図5に示すように、流路2bに保持部24を通した状態で、この保持部24により保持される。更に、各素地2は、この状態で各治具22に対して、いわゆる、房状に取り付けられる。
In the
保持部13に素地2を取付ける際には、図5(a)に示すように、図1における素地2の挟持側を電極部23側、すなわち、図5における一点鎖線で示した矢印方向に向けるように配置し、電極部23に通電したときに摺動面側の方向から素地2にめっき処理を施すようにする。この場合には、図5(a)の破線に示すように、めっき膜厚がボールシート4との摺動面付近でより厚くなってこの付近の耐久性がより高くなる。
When attaching the
一方、図5(b)においては、素地2の支持側を電極部23に向けるように配置してめっき処理する場合を示している。この場合には、支持側のめっき膜厚が厚くなる代わりに、摺動面付近のめっき膜厚が薄くなり、その結果、耐久性が悪くなる。
On the other hand, FIG. 5 (b) shows a case where the plating process is performed by arranging the support side of the
また、図4において、容器21内には、SnNi合金めっき処理液からなる電解めっき用のめっき処理液Wが収容されている。また、容器21内には電極部23が設けられ、この電極部23は、その間に治具22に取り付けられた素地2を配置可能に適宜の間隔で設けられている。
Further, in FIG. 4, a plating treatment liquid W for electrolytic plating made of a SnNi alloy plating treatment liquid is accommodated in the
続いて、めっき処理装置20でめっき処理を行う際には、治具22に取付けたボール弁体(素地2)をめっき処理液Wの電極部23の間に浸漬させ、次いで、当該ボール弁体2とめっき処理液Wに電極部23を介して通電させて、ボール弁体の素地2の被覆面3にSnNi合金めっき処理を施すようにする。この場合、SnNi合金めっき層4の膜厚を、0.5μm<膜厚≦3μm、または、2μm<膜厚≦3μmとする。
Subsequently, when performing the plating process with the
次いで、前記ボールバルブ用ボールを装着したボールバルブの一例を説明する。
図1に示すように、ボールバルブ本体30は、ボール本体1と、ボデー31と、一対のボールシート32、32と、ステム33とを有している。
ボール本体1は、素地2の表面に0.5μm<膜厚≦3μm、もしくは、2μm<膜厚≦3μmの膜厚によりSnNi合金めっき層4が形成され、優れた耐塩素性と耐脱亜鉛腐食性を有している。この場合、SnNi合金めっきの合金比率は、65%≦Sn<75%となっている。
また、ボデー31は、流入口31aと流出口31bを有し、ボールシート32は、例えば、樹脂製により形成されている。
Next, an example of a ball valve equipped with the ball valve ball will be described.
As shown in FIG. 1, the ball valve
The
Moreover, the
図1に示すように、ボールバルブ本体30は、ボデー31内にボール本体1を一対のボールシート32、32を介して内蔵し、このボール本体1をステム33を介して回動自在に設けた構成となっている。この場合、ステム33は、ボール本体1の上面に形成された取付凹部34に嵌着される。
このボールバルブは、あくまでも一例であって、図1に示したフローティングタイプ以外にも、トラニオンタイプのボールバルブにも適用できることは勿論であり、また、その内部構造も実施に応じて任意である。
As shown in FIG. 1, a ball valve
This ball valve is merely an example, and can be applied to a trunnion type ball valve in addition to the floating type shown in FIG. 1, and the internal structure thereof is arbitrary depending on the implementation.
上述したように、本発明のボールバルブ用ボールは、銅又は銅合金製のボール弁体の素地2の被覆面3に、0.5μm<膜厚≦3μmのSnNi合金めっき層4が設けられているので、投錨効果が発揮されながら素地7がミクロンレベルでめっき層によりコーティングされてクラックやピンホールの発生が防がれる。更に、このSnNi合金めっき層4により、耐塩素性や耐脱亜鉛腐食性も向上され、腐食性の強い流体が流れる流路にも適用可能である。また、NiCrめっきのようにNiが溶出するおそれもない。
As described above, in the ball valve ball of the present invention, the SnNi
更に、めっき層4の膜厚を、2μm<膜厚≦3μmとして、耐塩素性と耐脱亜鉛腐食性とを向上させたボール本体1としているので、前述しためっき処理時のマクロ的な問題とミクロ的な問題を解決しつつ、素地2の全体に厚い膜厚を形成することができ、この膜厚によって細かい面粗度によるめっき層を設けることもできる。これにより、下地めっきを設けることなくボール本体1のボールシート32に対する摺動性とシール性とを両立させながら耐摩耗性を向上させて耐久性を向上させることが可能である。
Furthermore, since the thickness of the
また、SnNi合金めっきの膜厚を3μm以下としているので、めっき表面の内部応力の発生を防いでクラック(亀裂)の発生を防止できる。この場合、仮に、SnNi合金めっきの膜厚を3μmよりも大きくすると、めっきの内部応力に耐え切れず無数のクラックが生じる可能性がある。この理由としては以下のとおりである。金属間化合物であるSnNi合金めっきは、耐薬品性に優れるものの、金属間化合物であるがゆえに複雑な結晶構造となり、変形能が小さく脆くて硬い性質を有している。そのため、皮膜の展延性に乏しく、めっきの膜厚が厚くなると内部応力に耐え切れなくなるからである。 Moreover, since the film thickness of SnNi alloy plating is 3 micrometers or less, generation | occurrence | production of the internal stress of a plating surface can be prevented and generation | occurrence | production of a crack (crack) can be prevented. In this case, if the film thickness of the SnNi alloy plating is larger than 3 μm, an infinite number of cracks may be generated because the internal stress of the plating cannot be endured. The reason is as follows. Although SnNi alloy plating, which is an intermetallic compound, is excellent in chemical resistance, it has a complex crystal structure because it is an intermetallic compound, and has a deformable, small, brittle and hard property. For this reason, the spreadability of the film is poor, and when the film thickness of the plating becomes thick, it becomes impossible to withstand the internal stress.
しかも、めっき処理装置20を用いた引っ掛けめっき工法により素地2にめっき層4を設けることができるので、素地2の表面全体に厚い膜厚でめっき処理することができる。更に、素地2のボールシート32の挟持側を電極部23に向けて保持した状態で通電して、素地2の摺動面側からめっき処理を施しているので、特に、ボールシート32との摺動面の耐摩耗性を向上させて摺動性とシール性とを一層向上させることが可能となる。
Moreover, since the
次に、上述したSnNi合金めっき層を設けたボールバルブ用ボールについて、以下の試験をそれぞれ実施し、その摺動性とシール性、並びに耐摩耗性、耐塩素性、耐脱亜鉛腐食性をこれらの試験により確認した。このとき、SnNi合金めっきの膜厚は、2μm<膜厚≦3μmとなるように設けた。以下に、各試験方法と試験結果を述べる。先ず、実施例1は、次のとおりである。
(1)蒸気耐久試験並びに熱試験
先ず、本発明のボールバルブ用ボールに対して、摺動性とシール性、並びに耐摩耗性を確認するために、過酷な条件を有する試験として、蒸気耐久試験と、熱試験(加熱試験、熱衝撃試験)、変形試験をそれぞれ実施してその際のボールの機能の限界を測定した。
このときのSnNi合金めっきとして、Sn含有比率65%の合金めっき、Sn含有比率74%の合金めっきとし、これらのめっき処理を施したボールをそれぞれ、供試品1、供試品2とした。また、これらのめっき処理を施したボールと比較するために、Sn含有比率65%のSnNi合金めっきを膜厚0.5μmで施したボールを比較品1、NiCrめっきを施したボールを比較品2、ハードCrめっきを施したボールを比較品3とし、これらについても同様の試験を実施した。
蒸気耐久試験は、破壊レベルまで作動を実施し、飽和蒸気180℃、0.98MPaの条件下において機能の限界を確認した。
Next, the following tests were carried out on the ball valve balls provided with the SnNi alloy plating layer described above, and their sliding properties and sealing properties as well as wear resistance, chlorine resistance, and dezincification corrosion resistance were measured. This was confirmed by the test. At this time, the thickness of the SnNi alloy plating was 2 μm <film thickness ≦ 3 μm. The test methods and test results are described below. First, Example 1 is as follows.
(1) Steam endurance test and thermal test First, a steam endurance test is performed as a test having severe conditions in order to confirm slidability, sealability, and wear resistance of the ball valve ball of the present invention. Then, a thermal test (heating test, thermal shock test) and a deformation test were performed, and the limit of the function of the ball at that time was measured.
As the SnNi alloy plating at this time, an alloy plating with a Sn content ratio of 65% and an alloy plating with a Sn content ratio of 74% were used, and the balls subjected to these plating treatments were designated as a
In the steam endurance test, the operation was performed up to the destruction level, and the limit of the function was confirmed under the conditions of saturated steam 180 ° C. and 0.98 MPa.
試験後における供試品1、供試品2を金属顕微鏡で70倍に拡大して表面観察したときの写真を図6、図7に示す。図において、図6(a)、図7(a)は、1000回作動後、図6(b)、図7(b)は、2000回作動後、図6(c)、図7(c)は、5000回作動後、図6(d)、図7(d)は、10000回作動後の写真を示している。
図6の写真より、供試品1は、1000回作動後より変色が見られるが、10000回作動後においても素地の外部への露出は確認されなかった。また、供試品2についても、10000回作動後に素地の外部への露出は確認されなかった。このように、Sn含有比率65%、75%の何れのSnNi合金めっきの場合でも、膜厚を2〜3μmとすることにより、黄銅素地の露出を防ぐことができ、更には、この膜厚は、SnNi合金めっきが内部応力で亀裂を発生させる限界以下の3μmがより適していることが確認された。
FIGS. 6 and 7 show photographs when the surface of the
From the photograph in FIG. 6, discoloration of the
また、比較品1を5000回作動した後の状態を図8に示す。比較品1は、図に示すように、5000回作動後よりめっきが剥離した部分が見られた。このように、膜厚設定0.5μmとしたSn含有比率65%のSnNi合金めっきは蒸気耐久試験後に異物等との接触、異物の噛み込みにより黄銅素地が露出する部分があった。なお、Sn含有比率74%のSnNi合金めっきとした場合には黄銅素地が露出しなかった。
Moreover, the state after operating the
また、比較品2の作動後の状態を図9に示す。図9において、図9(a)は、1000回作動後、図9(b)は、2000回作動後、図9(c)は、5000回作動後、図9(d)は、10000回作動後の状態の写真を示している。
比較品2は、図9(c)に示すように、5000回作動後より点食が目立ち始めた。
Moreover, the state after the operation of the
As shown in FIG. 9C, the
また、比較品3の作動後の状態を図10に示す。図10において、図10(a)は、1000回作動後、図10(b)は、2000回作動後、図10(c)は、5000回作動後、図10(d)は、10000回作動後の状態の写真を示している。
比較品3は、図10(b)に示すように、2000回作動後より亀甲紋様状の模様が現れ、図10(d)の10000回作動後においては、この模様が一部剥離した。
Moreover, the state after the operation of the
In the
また、ボールに0.5μmめっき厚のSnNi合金めっきを施した比較品4と、3μmめっき厚のSnNi合金めっきを施した供試品3に対して、常温におけるドライ状態での作動耐久試験と、蒸気作動耐久試験を実施したところ、常温ドライ作動耐久試験では、比較品4では、異物の衝突により素地まで達した傷が確認され、供試品3では傷は確認されなかった。一方、蒸気作動耐久試験では、比較品4では、異物の噛み込みにより素地まで達した傷が確認され、供試品3では、傷が確認されなかった。
めっきの膜厚は、めっき処理時間に比例するためより薄いほうがコストメリットがあるが、0.5μm以下にすると上記のような不具合が発生する。また、SnNi合金めっきは、内部応力が高く、3μmを超えると上記のようにめっき表面に亀裂が発生する。
In addition, an operation durability test in a dry state at a normal temperature on a
Since the thickness of the plating is proportional to the plating processing time, the thinner one is more cost-effective. However, when the thickness is 0.5 μm or less, the above-described problems occur. In addition, SnNi alloy plating has high internal stress, and cracks occur on the plating surface as described above when it exceeds 3 μm.
一方、熱試験(加熱試験、熱衝撃試験)、変形試験は、JIS H8504に基づくものとし、銅基合金の素地に、直付けによりSnNiめっき処理を施した供試品4と、下地Niめっきを施した後にSnNiめっきを施した比較品5とに関してそれぞれ試験を実施した。このときの試験の条件を表1に示す。
On the other hand, the thermal test (heating test, thermal shock test) and deformation test are based on JIS H8504, and the
熱試験においては、対象となるボールバルブの最高使用温度が通常は180℃であるが、JIS H8504の熱試験においては、銅合金素地へのNiCrめっきの評価温度が300℃として定義されているため、今回の試験でも評価温度を300℃に設定した。また、各試験の条件として、亜鉛の拡散現象は常温でも起こるが、この拡散現象は、加熱状態において促進されることから加熱時間を30時間とした。 In the thermal test, the maximum operating temperature of the target ball valve is normally 180 ° C. However, in the thermal test of JIS H8504, the evaluation temperature of NiCr plating on the copper alloy substrate is defined as 300 ° C. In this test, the evaluation temperature was set to 300 ° C. In addition, as a condition for each test, the zinc diffusion phenomenon occurs even at room temperature, but since this diffusion phenomenon is promoted in the heated state, the heating time was set to 30 hours.
熱試験のうち、加熱試験においては、表1にも示すように、加熱炉で300℃に加熱した後にめっき表面の変化を視認し、30時間後に空冷で常温まで冷やし、さらにSnNi合金めっきの変化をチェックした。また、熱衝撃試験においては、加熱炉で300℃に加熱した後にめっき表面の変化を視認し、30時間後に常温の水中に入れて急冷し、さらにSnNi合金めっきの変化をチェックした。 Among the thermal tests, in the heating test, as shown in Table 1, the change in the plating surface was visually confirmed after heating to 300 ° C. in a heating furnace, and after 30 hours, it was cooled to room temperature by air cooling, and further the change in SnNi alloy plating Checked. In the thermal shock test, changes in the plating surface were visually confirmed after heating to 300 ° C. in a heating furnace, and after 30 hours, they were quenched in water at room temperature and further checked for changes in SnNi alloy plating.
また、変形試験では、加熱試験・熱衝撃試験後において、治具の点押しによる機械的な圧力を加えてボールを変形させた後に、変形の大きい部分を顕微鏡で観察して密着性を確認した。比較品5と供試品4における加熱試験、熱衝撃試験、変形試験の結果をそれぞれ表1に示している。この表において、○印は、目視により確認したときにめっき部に異常が見られなかった。
In the deformation test, after the heating test and thermal shock test, the ball was deformed by applying mechanical pressure by pressing the jig, and then the adhesion was confirmed by observing the large deformation part with a microscope. . Table 1 shows the results of the heating test, the thermal shock test, and the deformation test for the comparative product 5 and the
表1に示すように、供試品4は、加熱試験、熱衝撃試験、変形試験の何れの試験においてもめっき部に大きな異常は見られなかった。一方、比較品5は、加熱試験をクリアしているものの、熱衝撃試験と変形試験とにおいて、めっき部に亀裂が見られ、その変形度合いも大きくなっていた。
As shown in Table 1, the
このとき、各試験後の表面観察により、黄銅素地に直接施したSnNi合金めっきの高い密着性が確認された。また、300℃、30時間に及ぶ加熱試験により、Snめっき特有のウィスカは、SnNi合金めっきでは一切発生しなかった。また、加熱試験後のSnNi合金めっき表面の表面を70倍顕微鏡により観察した。その写真を図11に示す。図11(a)は、Sn65%のSnNi合金めっきを施したもの、図11(b)は、Sn74%のSnNi合金めっきを施したものである。 At this time, high adhesion of the SnNi alloy plating directly applied to the brass base was confirmed by surface observation after each test. Moreover, the whisker peculiar to Sn plating did not generate | occur | produce in SnNi alloy plating at all by the 300 degreeC and the heat test for 30 hours. Moreover, the surface of the SnNi alloy plating surface after the heating test was observed with a 70 × microscope. The photograph is shown in FIG. FIG. 11 (a) shows a case where Sn65% SnNi alloy plating is applied, and FIG. 11 (b) shows a case where Sn74% SnNi alloy plating is applied.
図11(a)、図11(b)の写真より、ウィスカは確認されなかったが、黒いミクロの点が無数に見られた。これは、純Snめっきの場合において同様の黒い点を発しながら黄銅素地に拡散が見られる場合と同様に、SnNi合金中のSn成分が黄銅素地に拡散したものと考えられ、この拡散によってNi合金めっき中のSn成分と銅合金構成金属元素が互いの層に固溶するミクロな投錨効果がめっきの密着性に貢献したことが確認された。
この投錨効果により、変形試験を実施したときにも、剥離・亀裂は確認されなかった。
From the photographs in FIGS. 11 (a) and 11 (b), whiskers were not confirmed, but countless black micro dots were seen. In the case of pure Sn plating, it is considered that the Sn component in the SnNi alloy is diffused in the brass base while emitting the same black spot, and the Ni alloy is diffused by this diffusion. It was confirmed that the micro-throwing effect in which the Sn component and the copper alloy constituent metal element during plating were dissolved in each other layer contributed to the adhesion of the plating.
Due to this anchoring effect, peeling and cracking were not confirmed when the deformation test was carried out.
以上のように、供試品と比較品に熱試験と変形試験とを実施した結果、NiCr合金めっきを施した供試品は、比較品よりも摺動性とシール性、耐摩耗性において優位性があることが実験により確認された。 As described above, as a result of conducting a thermal test and a deformation test on the test sample and the comparative product, the test product with NiCr alloy plating is superior in sliding property, sealing performance, and wear resistance to the comparative product. It was confirmed by experiment that there is sex.
(2)高温塩素水耐久試験
次に、本発明のボールバルブ用ボールの耐塩素性を確認するために、高温塩素水耐久試験を実施してその結果を評価する。供試品としては、素地を銅基合金としてこの素地にSnNi合金めっきを施したものとし、供試品5、6をSn含有比率65%のSnNi合金めっき、供試品7、8をSn含有比率75%のSnNi合金めっきとした。
試験の条件として、図12に示すように、試験装置に供試品を直列に配管し、これらのバルブ開度を半開状態とし、この試験装置内に水温80℃±2℃、遊離残留塩素濃度10mg/Lの高温塩素水を循環させて耐食試験を実施した。
そして、供試品の観察を、目視および実体顕微鏡により168時間(7日)後と、226時間(14日)後に行った。また、この耐久試験後に、供試品のめっき厚をX線分析顕微鏡(堀場製作所 XGT−5000WR)により測定した。
(2) High Temperature Chlorine Water Durability Test Next, in order to confirm the chlorine resistance of the ball valve ball of the present invention, a high temperature chlorine water durability test is performed and the result is evaluated. As the specimen, the base is made of a copper base alloy, and the base is plated with SnNi alloy. The specimens 5 and 6 are SnNi alloy plated with a Sn content of 65%, and
As test conditions, as shown in FIG. 12, the test products are connected in series to the test apparatus, and the valve openings are set in a half-open state. The test apparatus has a water temperature of 80 ° C. ± 2 ° C. and free residual chlorine concentration. A corrosion resistance test was performed by circulating 10 mg / L of high-temperature chlorine water.
The specimens were observed visually and by a stereomicroscope after 168 hours (7 days) and after 226 hours (14 days). Moreover, after this durability test, the plating thickness of the specimen was measured with an X-ray analysis microscope (Horiba Seisakusho XGT-5000WR).
図13においては、試験後の実体顕微鏡による供試品の写真を示している。図13(a)、図13(b)は、それぞれ供試品5、6の耐食試験開始から168時間経過後の状態、図13(c)、図13(d)は、それぞれ供試品5、6の耐食試験開始から336時間経過後の状態を示している。何れの場合にも、めっきの剥離は見られなかった。
また、図13(e)、図13(f)は、供試品7、8の耐食試験開始から168時間経過後の状態、図13(g)、図13(h)は、供試品7、8の耐食試験開始から336時間経過後の状態を示している。これらの場合にも、めっきの剥離は見られなかった。
FIG. 13 shows a photograph of the specimen using a stereomicroscope after the test. 13 (a) and 13 (b) show the state after 168 hours from the start of the corrosion resistance test of the specimens 5 and 6, respectively, and FIG. 13 (c) and FIG. 13 (d) show the specimen 5 respectively. , 6 shows the state after 336 hours have elapsed since the start of the corrosion resistance test. In any case, no peeling of the plating was observed.
13 (e) and 13 (f) show the state after 168 hours from the start of the corrosion resistance test of the
また、別の比較品として、素地にCuSnめっきを施したボールを比較品6、7とし、この比較品6、7を図14の試験装置に直列に配管した。この場合、比較品6をSn含有比率50%のCuSnめっき、比較品7をSn含有比率40%のCuSnめっきとした。 As another comparative product, balls with CuSn plating applied to the substrate were used as comparative products 6 and 7, and the comparative products 6 and 7 were connected in series to the test apparatus shown in FIG. In this case, the comparative product 6 was CuSn plating with a Sn content ratio of 50%, and the comparative product 7 was CuSn plating with a Sn content ratio of 40%.
図15においては、試験後の実体顕微鏡による比較品6、7の写真を示しており、このうち、図15(a)は、比較品6の試験開始から24時間後の状態を示している。また、図15(b)は、比較品7の試験開始から24時間後の状態を示している。何れの場合においても、一次側に錆が見られたため、試験開始から24時間後に試験を中止した。また、比較品6と比較品7とを比較すると、試験開始24時間後において、比較品5にやや優位性が見られるものの、これは、試験装置に対して比較品6と比較品7が図13の直列状態で配管されていたためとも考えられることから、24時間後という短い試験時間により比較品6と比較品7の優位性を判断することは難しい。
FIG. 15 shows photographs of the comparative products 6 and 7 using a stereomicroscope after the test, and FIG. 15A shows a
以上のように、供試品と比較品に高温塩素水耐久試験を実施した結果、NiCr合金めっきを施した供試品は、NiCr合金めっきを施した比較品、CuSnめっきを施した比較品よりも耐塩素性において優位性があることがこの実験により確認された。 As described above, as a result of performing the high temperature chlorine water durability test on the test sample and the comparative product, the test product subjected to NiCr alloy plating is more than the comparative product subjected to NiCr alloy plating and the comparative product subjected to CuSn plating. It was confirmed by this experiment that there is an advantage in chlorine resistance.
(3)耐脱亜鉛腐食性試験
続いて、本発明のボールバルブ用ボールの耐脱亜鉛腐食性を確認するために、耐脱亜鉛腐食性試験をISO脱亜鉛腐食試験に基づいて実施してその結果を評価する。この試験の条件は以下のとおりである。試験に用いる供試品を供試品9とし、この供試品9としては、鍛造成形により中実ボール状に形成したC3771からなる素地に、Sn含有比率が65%のSnNi合金めっきを施したものとする。
(3) Dezincification corrosion resistance test Next, in order to confirm the dezincification corrosion resistance of the ball valve ball of the present invention, a dezincification corrosion resistance test was conducted based on the ISO dezincification corrosion test. Evaluate the results. The conditions of this test are as follows. The specimen used for the test was designated as specimen 9, and as this specimen 9, SnNi alloy plating with a Sn content ratio of 65% was applied to a base made of C3771 formed into a solid ball shape by forging. Shall.
また、腐食試験に用いる試験溶液は、1%のCuCl2(CuCl2−2H2O 12.7〜12.8g/L)溶液とした。その暴露時間は24時間とし、また、試験温度を75℃とした。供試品9の暴露面積は100mm2以上とし、その表面をエタノールで脱脂した。試験の評価基準としては、最大脱亜鉛腐食深さを200μm以下とした。供試品9の一部と、その最大脱亜鉛腐食深さの測定位置を図16に示す。このうち、図16(a)においてはボール外表面の測定箇所であるA部、B部、C部を示し、図16(b)においてはボール裏面の内周面の測定箇所であるD部、E部、F部を示している。この耐脱亜鉛腐食性試験による最大脱亜鉛深さの測定結果を表2に示し、供試品9における各測定箇所の試験後の写真を図17に示す。 The test solution used for the corrosion test was a 1% CuCl 2 (CuCl 2 -2H 2 O 12.7 to 12.8 g / L) solution. The exposure time was 24 hours, and the test temperature was 75 ° C. The exposed area of the sample 9 was 100 mm 2 or more, and the surface was degreased with ethanol. As a test evaluation standard, the maximum dezincification corrosion depth was set to 200 μm or less. FIG. 16 shows a part of the sample 9 and the measurement position of the maximum dezincification corrosion depth. Of these, FIG. 16 (a) shows A part, B part and C part which are measurement points on the outer surface of the ball, and FIG. 16 (b) shows D part which is a measurement part on the inner peripheral surface of the ball back surface. E part and F part are shown. The measurement result of the maximum dezincing depth by this dezincification corrosion resistance test is shown in Table 2, and the photograph after the test of each measurement location in the specimen 9 is shown in FIG.
表2と図17の写真との結果より、ISO脱亜鉛腐食試験において、SnNi合金めっきの剥離は全く見られなかった。この結果から、密着性が強く均一なめっき層が得られたことが確認された。また、主な脱亜鉛腐食箇所は1箇所のみであり、その脱亜鉛腐食深さも15μmに抑えられて下地(素地)であるC3771材にはほとんど腐食がみられなかった。 From the results of Table 2 and the photograph of FIG. 17, no peeling of the SnNi alloy plating was observed in the ISO dezincification corrosion test. From this result, it was confirmed that a uniform plating layer having strong adhesion was obtained. Moreover, there was only one main dezincification corrosion location, the dezincification corrosion depth was also suppressed to 15 μm, and almost no corrosion was observed in the C3771 material as the base (substrate).
また、供試品と比較するために、耐脱亜鉛腐食性試験を、SnNi合金めっきを施さないボールと、NiCrめっきを施したボールに対してそれぞれ実施したところ、めっき処理を施さないボールの最大脱亜鉛腐食深さが1000〜1200μm、NiCrめっきを施したボールの最大脱亜鉛腐食深さが400〜600μmとなった。これと比較すると、供試品9における最大脱亜鉛腐食深さは、ほぼ0に近いと言えるため、ISO脱亜鉛腐食試験において、大きなめっきの剥離がなく脱亜鉛腐食も最低限に抑えられた。このように、優れた耐食性を有していることが確認された。このことから、供試品9は、薬液等が素地に浸透するおそれがなく、また、緻密なめっきが得られたと言える。 In addition, in order to compare with the specimen, a dezincification corrosion resistance test was performed on a ball not subjected to SnNi alloy plating and a ball subjected to NiCr plating, respectively. The dezincification corrosion depth was 1000 to 1200 μm, and the maximum dezincification corrosion depth of the balls subjected to NiCr plating was 400 to 600 μm. Compared with this, since the maximum dezincification corrosion depth in the test sample 9 can be said to be almost 0, in the ISO dezincification corrosion test, there was no large plating peeling and dezincification corrosion was suppressed to the minimum. Thus, it was confirmed that it has excellent corrosion resistance. From this, it can be said that the specimen 9 has no fear that a chemical solution or the like penetrates into the substrate, and a dense plating is obtained.
続いて、鉛レス耐脱亜鉛黄銅を素地として、この素地にSnNi合金めっきを施した場合の耐脱亜鉛腐食性試験の結果を述べる。腐食試験の試験溶液、暴露時間、試験温度等の条件は上記した耐脱亜鉛腐食性試験に準じるものとした。また、この試験における供試品10の一部と、その最大脱亜鉛腐食深さの測定位置は、前記と同様であり、これを図16に示す。素地は、鉛レス耐脱亜鉛黄銅を材料として鍛造成形で形成された中実ボールであり、このボールの表裏面にSnNi合金めっきを施して供試品10を設けた。また、この供試品10と比較するために、同じ鉛レス耐脱亜鉛黄銅を素地として、この素地に鍛造後の熱処理とめっき処理を加えないものを比較品8として記す。
これらの耐脱亜鉛腐食性試験による最大脱亜鉛深さの測定結果を表3に示し、供試品10の試験後の写真を図18、比較品8の試験後の写真を図19に示す。
Next, the results of a dezincification corrosion resistance test when leadless dezincification resistant brass is used as a base and SnNi alloy plating is applied to this base will be described. Conditions such as the test solution for the corrosion test, the exposure time, and the test temperature were in accordance with the above dezincification corrosion resistance test. Further, a part of the
The measurement results of the maximum dezincing depth by these dezincification corrosion resistance tests are shown in Table 3, a photograph of the
表3と図18の結果より、供試品10は、ISO脱亜鉛腐食試験において、SnNi合金めっきの剥離が全く見られなかった。この結果より、密着性が強く、均一なめっき層が得られたことが確認された。また、裏面の中央部(E部)において、75μm程度の脱亜鉛腐食が確認されたが、他の箇所では全く脱亜鉛腐食が確認されず、優れた耐食性が発揮されたことが確認された。
From the results shown in Table 3 and FIG. 18, the
一方、比較品8は、熱処理を行なっていないため、表3、図19に示すように、40〜50μmのβ相の選択的な脱亜鉛腐食がみられる。このようなめっき処理の無い場合には、耐脱亜鉛腐食性を向上させるための熱処理が必要になる。
On the other hand, since the
以上の耐脱亜鉛腐食性試験の結果より、素地をC3771、または、鉛レス耐脱亜鉛黄銅の何れの材料で形成した場合であっても、ISO脱亜鉛腐食試験において大きなめっきの剥離は確認されず、脱亜鉛腐食もわずかな腐食が確認されただけであり、優れた耐食性を有していることが確認された。
これにより、本発明における供試品は、比較品よりも耐脱亜鉛腐食性において優位性があることが確認された。
From the results of the above dezincification corrosion resistance test, even if the substrate is formed of any material of C3771 or leadless dezincification resistance brass, large plating delamination was confirmed in the ISO dezincification corrosion test. In addition, only a slight corrosion was confirmed in the dezincification corrosion, and it was confirmed that it had excellent corrosion resistance.
Thereby, it was confirmed that the test sample in the present invention is superior in dezincification corrosion resistance than the comparative product.
以上のとおり、蒸気耐久試験と、熱試験(加熱試験、熱衝撃試験)、高温塩素水耐久試験、耐脱亜鉛腐食性試験の各試験の結果から、SnNi合金めっきの最適なめっき膜厚は、0.5μm<膜厚≦3μmが望ましいことが確認され、このめっき膜厚時においては、摺動性とシール性とを確保しながら優れた耐摩耗性を発揮し、また、耐塩素性や耐脱亜鉛腐食性を向上できることが確認された。また、このとき、SnNi合金めっきの合金比率を65%≦Sn<75%が最も望ましいことが確認された。 As described above, from the results of the steam durability test, thermal test (heating test, thermal shock test), high-temperature chlorine water durability test, and dezincification corrosion resistance test, the optimum plating film thickness of SnNi alloy plating is It has been confirmed that 0.5 μm <film thickness ≦ 3 μm is desirable, and at this plating film thickness, it exhibits excellent wear resistance while ensuring slidability and sealability, and is also resistant to chlorine and It was confirmed that the dezincification corrosivity can be improved. At this time, it was confirmed that the alloy ratio of the SnNi alloy plating is most preferably 65% ≦ Sn <75%.
1 ボール本体
2 素地
3 被覆面
4 めっき層
21 容器
22 ラック(治具)
31 ボデー
31a 流入口
31b 流出口
32 ボールシート
33 ステム
W めっき処理液
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31
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