JP2015183239A - ステンレス鋼の表面加工方法とそれを用いた熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のステンレス鋼の表面加工方法は、ステンレス鋼の表面に微細構造を形成するものであって、ステンレス鋼の表面内部の結晶粒を微細化する結晶粒微細化処理を施す第一の工程と、前記第一の工程の後に、エッチング処理液でステンレス鋼の表面を粗化エッチングする第二の工程と、を有することを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
なお、第三の工程は、製品の特性上、ステンレス鋼表面の微細構造に置換析出金属が存在することによって悪影響を及ぼす場合に実施される。例えば、表面微細構造に耐食性が求められる際に、置換析出金属が酸化しやすい銅である場合に置換析出金属除去処理を行うことが好適である。一方、表面微細構造に置換析出金属が存在していても悪影響を及ぼさない場合など、置換析出金属の除去が必要でない場合には第三の工程は省略される。
(表面と断面観察方法)
表面微細構造体の表面と断面の観察には、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いた。なお、表面微細構造体の高さと幅は断面SEM象より求めた。ここでは、断面SEM像で観察される凸部のうち、高さ、幅の大きい5箇所の凸部の値を測定し、その平均値を表面微細構造体の凸部の高さと幅とした。
(表面積評価方法)
表面積測定には、クリプトンガス吸着法を用いた。測定した表面積は、表面微細構造形成プロセスを施していない平滑な試験片を基準とした表面積比として評価した。
(不動態被膜評価方法)
不動態被膜評価には、オージェ電子分光分析法を用いて表面クロム濃度を測定した。測定した表面クロム濃度は、表面微細構造形成プロセスを施していない平滑な試験片を基準とした表面クロム濃度比として評価した。
(微細結晶層観察方法)
微細結晶層観察には、電子線後方散乱回折法(EBSD)を用いた。なお、結晶方位解析ソフトはTSL製OIM−Analysisを用いた。
(耐食性評価方法)
耐食性評価には、JISK5600−7−9「中性塩水噴霧サイクル試験法」に準拠した複合サイクル試験を用いた。試験サイクル数は42サイクルとした。腐食状態の判定には、JISZ2371付属書1(規定)レイティングナンバー法により行った。
(密着性評価方法)
密着性評価は、試験片にポリイミド(日立化成(株))を厚さ50μmに塗布し、粘着テープにて引き剥がす方法により行った。
(1)結晶粒微細化処理(第一の工程)
ウェットピーニング加工条件は、研磨材に直径約50μmの球形ガラスを用いて、エア圧力0.33MPa、搬送速度20mm/secとした。なお、ウェットピーニング加工条件は、必要とする結晶粒径や微細結晶層の厚さに応じて適宜対応するのが好ましい。
(2)粗化エッチング処理(第二の工程)
粗化エッチング処理液の組成は、硫酸500g/l、塩化ナトリウム90g/l、塩化第二銅二水和物30g/lとした。また、液温は40℃、処理時間は5minで行った。なお、処理時間については、必要とするエッチング量に応じて適宜対応するのが好ましい。
(3)置換析出金属除去処理(第三の工程)
置換析出金属除去処理液の組成は、第二の工程の粗化エッチング処理液に鉄に置換析出可能な遷移金属イオンとして銅を用いたため、銅を選択的に除去可能である過硫酸ナトリウム200g/l、硫酸50ml/lとした。また、液温は30℃、処理時間は10minで行った。なお、処理時間については、置換析出金属量に応じて適宜対応するのが好ましい。
〔比較例1〕
比較例1では、ステンレス鋼の表面微細構造の形成方法としてウェットブラスト加工を用いた場合について説明する。なお、試験片にはSUS304を用いた。
〔比較例2〕
比較例2では、ステンレス鋼の表面微細構造の形成方法として粗化エッチング処理を用いた場合について説明する。なお、試験片にはSUS304を用いた。
101 微細結晶層
102 置換析出金属
R1 結晶粒微細化処理後の凹凸構造
R2 粗化エッチング処理後の凹凸構造
R3 置換析出金属除去処理後の凹凸構造
200 シェル
201 伝熱管
202 管板
203 微細構造体
204 空気
205 ノズル
206 水蒸気
207 ノズル
208 水室
Claims (15)
- ステンレス鋼の表面に微細構造を形成するステンレス鋼の表面加工方法であって、
ステンレス鋼の表面内部の結晶粒を微細化する結晶粒微細化処理を施す第一の工程と、
前記第一の工程の後に、エッチング処理液でステンレス鋼の表面を粗化エッチング処理する第二の工程と、を有することを特徴とするステンレス鋼の表面加工方法。 - 前記結晶粒微細化処理が、ピーニング加工、機械加工、研磨のいずれかであることを特徴とする請求項1に記載のステンレス鋼の表面加工方法。
- 前記第一の工程の結晶粒微細化処理でステンレス鋼の表面内部に形成された微細結晶層の厚さが1μm以上であり、前記微細結晶層の結晶粒の粒径が1μm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載のステンレス鋼の表面加工方法。
- 前記第二の工程の粗化エッチング処理は、ステンレス鋼の表面の結晶粒界を優先的にエッチングすることを特徴とする請求項1に記載のステンレス鋼の表面加工方法。
- 前記エッチング処理液は、塩化物イオンと鉄の標準電位より貴な遷移金属イオンを含み酸性であることを特徴とする請求項1に記載のステンレス鋼の表面加工方法。
- 前記遷移金属イオンは、銅、銀、パラジウム、金、白金のいずれか1種類以上であることを特徴とする請求項5に記載のステンレス鋼の表面加工方法。
- 前記第二の工程の後に、エッチング処理によってステンレス鋼の表面に析出した置換析出金属を除去する第三の工程を有することを特徴とする請求項4に記載のステンレス鋼の表面加工方法。
- 前記第三の工程において、ステンレス鋼を溶解しにくく置換析出金属を優先的に溶解する金属除去処理液によって置換析出金属をエッチングすることを特徴とする請求項7に記載のステンレス鋼の表面加工方法。
- 前記置換析出金属が銅であり、前記金属除去処理液が、過硫酸塩、過酸化水素のいずれかを含むことを特徴とする請求項8に記載のステンレス鋼の表面加工方法。
- 前記置換析出金属が銀、パラジウム、金、白金のいずれかであり、前記金属除去処理液が、シアン化カリウムやペルオキソ硫酸アンモニウムのいずれかを含むことを特徴とする請求項8に記載のステンレス鋼の表面加工方法。
- 請求項1〜10のいずれかに記載のステンレス鋼の表面加工方法により得られたステンレス鋼材であって、高さ5μm以下、且つ、表面積が平滑面の15倍以上となる微細構造部を表面に有することを特徴とするステンレス鋼材。
- 気体と接触して熱交換を行う伝熱部を備え、前記気体と接触する伝熱部は、高さ5μm以下、且つ、表面積が平滑面に対して15倍以上となる微細構造部を表面に有するステンレス鋼であることを特徴とする熱交換器。
- 前記伝熱部の微細構造部における内部結晶粒径は1μm以下であることを特徴とする請求項12に記載の熱交換器。
- 前記伝熱部の微細構造部における表面クロム濃度は、前記伝熱部の微細構造部を形成していない表面に対して1.5倍以上であることを特徴とする請求項12に記載の熱交換器。
- 前記伝熱部の表面微細構造が、請求項1〜10のいずれかに記載のステンレス鋼の表面加工方法によって形成されたことを特徴とする請求項12に記載の熱交換器。
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