JP2017052984A - Ni−Pめっき皮膜及びスケール又は固着動物の付着を抑制する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、高圧水による洗浄では洗浄能力が十分ではないことから、種々の方法が検討されている。
例えば特許文献1には圧縮空気を吹き出し、バブルによる衝撃によりスケールを除去する方法が開示されている。また特許文献2には、薬液によりプレート式熱交換器を洗浄する装置が開示されている。特許文献3には、船底、水中構造物などに適用可能な防汚塗料としてオルガノポリシロキサン系防汚性複合塗膜を用いることが開示されている。
すなわち本発明は、上記課題を解決するものであり、下記[1]〜[7]に関するものである。
[1] リンを含有するNi−Pめっき皮膜であって、
前記Ni−Pめっき皮膜は非晶質であり、かつ欠陥による基材の露出がないことを特徴とするNi−Pめっき皮膜。
[2] さらにW、又はSn及びZnの少なくともいずれか一方を含む前記[1]に記載のNi−Pめっき皮膜。
[3] 前記Wの含有量が3〜10重量%、または前記Sn及びZnの合計の含有量が3〜15重量%である前記[2]に記載のNi−Pめっき皮膜。
[4] 前記リンの含有量が10重量%以上20重量%以下である前記[1]〜[3]のいずれか1に記載のNi−Pめっき皮膜。
[5] 前記Ni−Pめっき皮膜が複数層である前記[1]〜[4]のいずれか1に記載のNi−Pめっき皮膜。
[6] 熱交換器、配管、殻、養殖用基盤、水中構造物、漁網又は船底の表面に施されたことを特徴とする前記[1]〜[5]のいずれか1に記載のNi−Pめっき皮膜。
[7] 前記[1]〜[6]のいずれか1に記載のNi−Pめっき皮膜を表面に形成することによりスケール又は炭酸カルシウムを含む殻を持つ固着動物の付着を抑制する方法。
本発明に係るNi−Pめっき皮膜はリンを含有し、非晶質で、かつ、欠陥による基材の露出がないことを特徴とする。
すなわちWを含有することでめっき皮膜の耐食性を向上することができ、一方Sn及びZnの少なくともいずれか一方を含有することでめっき皮膜の耐食性を下げ、電着しやすくすることができる。
上記以外の元素の含有量は合計で50〜500重量ppmが好ましく、100〜200重量ppmがより好ましい。なお、残部はNi及び不可避不純物である。
皮膜の結晶性はX線回折測定(XRD)でNiのピークがブロードであることにより確認することができる。Niのピークが基材の構成元素(例えば鉄)のピークと重なる場合には、ピークの裾部分がブロードであることで確認することができる。
ピンホールとは、めっき皮膜表面からめっきを施している基材まで達する微細孔のことを言い、直径1mm以上の細孔を意味する。本発明においてピンホールがないとは、該ピンホールが面積1cm2当たり1個未満であることを言う。該ピンホールは面積1cm2当たり0.5個未満がより好ましく、まったく存在しないことがさらに好ましい。
Ni−Pめっきの膜厚は蛍光エックス線膜厚測定器により測定することができる。また、めっき断面をSEM等により観察することにより測定できる。
例えば、Ni−Pめっき皮膜の上にWを含むNi−W−Pめっき皮膜を形成すると、Ni−Pめっき皮膜によるスケールや固着動物の付着抑制という効果に加えて、Wによる耐食性向上の効果といった相乗効果が期待される。
なお、Ni−Pめっき皮膜が複数層である場合、該複数層の合計の膜厚が上記範囲であることが好ましいが、最表層のめっき皮膜の厚みが2μm以上であることがより好ましい。
下地を設けることにより基材の腐食が抑制され、スケールや固着動物の付着の抑制といった本発明に係るNi−Pめっき皮膜による効果をより顕著なものとすることができる。
また、基材は金属に限られず、例えばプラスチックやガラス等の基材を用いてもよく、シリカ系スケールやカルシウム系スケール、固着動物等が付着しやすい基材であれば特に限定されない。
これら基材の表面に本発明に係るNi−Pめっき皮膜を形成する。
具体的には炭酸カルシウム、ケイ酸、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウム等が挙げられる。中でも本発明に係るNi−Pめっき皮膜は炭酸カルシウムを主成分とするスケールに対してより効果的である。ここで主成分とは、付着したスケールの中で最も体積率あるいは重量率が高いことを意味する。
それに対し、本発明に係るNi−Pめっき皮膜を表面に形成することにより、環境汚染を引き起こすことなく、固着動物の付着を抑制することができる。
本発明に係るNi−Pめっき皮膜は、基材が鉄合金(鋼材)等の金属、ガラス、プラスチックに関わらず、無電解めっきにて形成することが好ましい。無電解めっきとは、溶液(めっき液)中に存在する還元剤と金属イオンとの電気化学反応を利用した化学めっき法である。
めっき液には還元剤、金属塩、錯化剤等が含まれる。
めっき時間はめっき液の濃度やめっき皮膜の所望する膜厚にもよるが、一般的には10分〜1時間程度である。
pHはpH調整剤により調整することができる。pH調整剤としては水酸化ナトリウム、アンモニア、硫酸等が挙げられ、中でもアンモニアが好ましい。
pH緩衝剤としてはホウ酸、酢酸アンモニウム、ギ酸ナトリウム、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、乳酸等が挙げられ、中でもホウ酸、ギ酸ナトリウムが好ましい。
同様に、めっき液中に塩化スズ、塩化亜鉛を加えることにより、Ni−(Sn,Zn)−Pめっき皮膜を形成することができる。
めっき皮膜中のW、Sn、Znの含有量は金属塩の濃度を変えることにより調整することができる。
その他、めっき液中に硝酸鉛を添加することにより、めっき皮膜の組成にPbを加えることができる。
<評価方法>
(皮膜厚さ)
基材上に形成されためっき皮膜の厚さはフィッシャー社製の蛍光エックス線膜厚測定機により測定した。また、めっき皮膜の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)観察することにより確認した。SEMはHITACHI社製のS3500−Nを用いた。
基材の主成分であるFeに反応する着色剤であるフェリシアン化カリウム、フェロシアン化カリウム、塩化ナトリウムの混合溶液を紙に染み込ませ、該紙をめっき皮膜表面に貼り付けた際の呈色の有無により、めっき皮膜表面におけるピンホールの有無を確認した。紙が呈色した場合には、360mm2あたりのピンホールの数をカウントした。
得られためっき皮膜の表面をSEM観察することで、割れの有無を確認した。SEMはHITACHI社製のS3500−Nを用いた。
得られた試験片の結晶性の評価をXRDにて行った。XRDの測定はRIGAKU社製のULTIMA IVを用いて行った。測定条件は以下のとおりとした。
得られたXRDパターンにおいて、Ni由来のピークが鋭ければ結晶とし、Ni由来のピークまたは該ピークの裾部分がブロードになれば非晶質とした。
(測定条件)
・X線源 CuKα
・電圧−電流 40kV−40mA
・発散スリット 1/2°
・発散縦制限スリット 10mm
・散乱スリット 5.00mm
・受光スリット 0.6mm
・測定範囲 10°≦2θ≦80°
・ステップ 0.01°
・積算時間 0.6秒
炭酸水素ナトリウム0.6gを純水100mLに溶解した炭酸水素ナトリウム水溶液と、二塩化カルシウム・二水和物0.52gを純水100mLに溶解した塩化カルシウム水溶液とを混合し、炭酸カルシウム付着試験液を調製した。
試験片を純水で洗浄後、アセトンで超音波洗浄し、室温で1分以上乾燥させた後、試験片の重量を計測した。
該試験片を調製した炭酸カルシウム付着試験液に入れて27℃で10分間保持し、50分間かけて90℃まで昇温させた。そのまま90℃で1時間保持した。その後すぐに試験片を取り出し、室温で真空乾燥させて重量を測定した。
炭酸カルシウム付着試験前後における試験片の重量差を付着スケール量とし、mg/mm2の単位に規格化して評価を行った。
(実施例1−1)
60mm×60mm、厚み1mmのSPCC−DL(神戸製鋼社製、組成0.05重量%C、0.01重量%Si、0.15重量%Mo、0.015重量%P、0.012重量%S)を基材とし、下記条件によりめっき皮膜を形成させた。得られためっき皮膜はリンの含有量が12重量%である非晶質のNi−Pめっき(Ni−12%Pめっき)皮膜であった。ピンホールや割れといった欠陥による基材の露出は確認されず、皮膜の厚さは5μmであった。
・錯化剤:クエン酸水素二アンモニウム(濃度50〜200g/l)
・金属塩:硫酸ニッケル、塩化ニッケル、亜リン酸、リン酸(それぞれ濃度10〜150g/l)
・pH緩衝剤:ギ酸ナトリウム(濃度10〜50g/l)
・処理温度:55〜70℃
・処理時間:1時間
・pH:4.5
・電流密度:1〜15A/dm2
実施例1−1において、めっきをリンの含有量が14重量%である非晶質のNi−Pめっき(Ni−14%Pめっき、実施例1−2)、リンの含有量が12重量%かつWの含有量が6重量%である非晶質のNi−W−Pめっき(Ni−W−12%Pめっき、実施例1−3)、リンの含有量が14重量%かつWの含有量が6重量%である非晶質のNi−W−Pめっき(Ni−W−14%Pめっき、実施例1−4)とした以外は同様にして、それぞれめっき皮膜を形成した。得られた皮膜にピンホールや割れといった欠陥による基材の露出は確認されず、膜厚はいずれも5μmであった。
なお、Ni−W−Pめっき皮膜を形成する場合のめっき条件を以下に示す。
・錯化剤:クエン酸水素二アンモニウム(濃度50〜200g/l)
・金属塩:硫酸ニッケル、タングステン酸ナトリウム、亜リン酸(それぞれ濃度10〜150g/l)
・pH緩衝剤:ギ酸ナトリウム(濃度10〜50g/l)
・処理温度:65℃
・処理時間:1時間
・pH:4.5
・電流密度:5A/dm2
60mm×60mm、厚み1mmのSPCC基材(神戸製鋼社製、組成0.05重量%C、0.01重量%Si、0.15重量%Mo、0.015重量%P、0.012重量%S)にめっき処理を施すことなく試験片とし、スケール付着加速試験を行った。
(比較例1−2)
60mm×60mm、厚み2mmのSUS316基材(日本冶金工業株式会社製、組成0.08重量%C、1.00重量%Si、2.00重量%Mn、0.045重量%P、0.030重量%、10.00〜14.00重量%Ni、16.00〜18.00重量%、2.00〜3.00重量%Mo、0.2重量%Co)にめっき処理を施すことなく試験片とし、スケール付着加速試験を行った。
(比較例1−3)
60mm×60mm、厚み1mmの純Cu基材を試験片とし、めっき処理を施すことなくスケール付着加速試験を行った。
比較例1−1のSPCC基材上に青化第一銅を濃度40〜60g/l、青化ソーダを濃度5〜13g/lで用いた青化浴により、Cuめっき皮膜を形成した。皮膜の厚さは5μmであった。
めっきをZnめっきとした以外は比較例1−4と同様にして、めっき皮膜を形成した。得られた皮膜の厚さは5μmであった。
(比較例1−6)
比較例1−1のSPCC基材を電解反応により浸硫処理をおこない、基材表面を硫化鉄とした基材を得た。
(比較例1−7)
比較例1−4で得られたCuめっき皮膜を下地としてさらにNiめっき皮膜を形成した以外は比較例1−4と同様にしてCu/Niめっき皮膜を形成した。Cu/Niめっき皮膜の合計の膜厚は10μmであった。
(実施例2−1)
60mm×60mm、厚み1mmのSPCC鋼基材(神戸製鋼社製、組成0.05重量%C、0.01重量%Si、0.15重量%Mo、0.015重量%P、0.012重量%S)上に、実施例1−1と同じ条件でめっき処理を行い、リンを5重量%かつPbを0.08重量%含む非晶質のNi−Pめっき(Ni−Pb−5%Pめっき)皮膜を同条件にて形成した。ピンホールや割れといった欠陥による基材の露出は確認されず、皮膜の膜厚は5μmであった。
実施例2−1において、形成するめっき皮膜を、リンを8重量%かつPbを0.08重量%含む非晶質のNi−Pめっき(Ni−Pb−8%Pめっき)皮膜(実施例2−2)、リンを8重量%かつPbを含まない非晶質のNi−Pめっき(Ni−8%Pめっき)皮膜(実施例2−3)、リンを12重量%かつPbを含まない非晶質のNi−Pめっき(Ni−12%Pめっき)皮膜(実施例2−4)とした以外は同様にして、それぞれめっき皮膜を形成した試験片を得た。めっき皮膜にピンホールや割れといった欠陥による基材の露出は確認されず、膜厚はいずれも5μmであった。
実施例2−1〜実施例2−4で得られた試験片をそれぞれ320℃で30分間、大気雰囲気下でアニール処理を行い、それぞれ比較例2−1〜比較例2−4の試験片を得た。アニール処理後のめっき皮膜の結晶状態はいずれも結晶であった。
一方、比較例2−3のXRDパターン(図3(B))では、鋭いピークのみが観測され、なだらかな裾部分は見られないことから、結晶性のNi−Pめっき皮膜が形成されていることが分かる。
(実施例3−1)
実施例1−1と同じ条件で、リンの含有量が12重量%である非晶質のNi−Pめっき(Ni−12%Pめっき)皮膜が厚さ5μmで形成された試験片を得た。試験片にピンホールや割れといった欠陥による基材の露出は確認されなかった。
(実施例3−2)
比較例1−4と同じ条件で、Cu鋼基材に対してCuめっき処理を行い、Cuめっき下地を形成した。次いで、該下地上に実施例1−2と同じ条件でリンの含有量が14重量%である非晶質のNi−Pめっき(Ni−14%Pめっき)皮膜が厚さ5μmで形成された試験片を得た。試験片にピンホールや割れといった欠陥による基材の露出は確認されなかった。
(実施例3−3及び実施例3−4)
実施例3−2において、リンの含有量が12重量%かつWの含有量が5重量%である非晶質のNi−W−Pめっき(Ni−W−12%Pめっき)皮膜(膜厚5μm、実施例3−3)、リンの含有量が14重量%かつWの含有量が5重量%である非晶質のNi−W−Pめっき(Ni−W−14%Pめっき)皮膜(膜厚5μm、実施例3−4)とした以外は同様にして、それぞれ試験片を得た。試験片にピンホールや割れといった欠陥による基材の露出は確認されなかった。
(実施例3−5)
実施例3−4において、下地を膜厚5μmかつリンの含有量が8重量%のNi−Pめっき(Ni−8%P)とした以外は同様にして、Ni−W−14%Pめっき皮膜(膜厚5μm)の試験片を得た。試験片にピンホールや割れといった欠陥による基材の露出は確認されなかった。
Claims (7)
- リンを含有するNi−Pめっき皮膜であって、
前記Ni−Pめっき皮膜は非晶質であり、かつ欠陥による基材の露出がないことを特徴とするNi−Pめっき皮膜。 - さらにW、又はSn及びZnの少なくともいずれか一方を含む請求項1に記載のNi−Pめっき皮膜。
- 前記Wの含有量が3〜10重量%、または前記Sn及びZnの合計の含有量が3〜15重量%である請求項2に記載のNi−Pめっき皮膜。
- 前記リンの含有量が10重量%以上20重量%以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載のNi−Pめっき皮膜。
- 前記Ni−Pめっき皮膜が複数層である請求項1〜4のいずれか1項に記載のNi−Pめっき皮膜。
- 熱交換器、配管、殻、養殖用基盤、水中構造物、漁網又は船底の表面に施されたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のNi−Pめっき皮膜。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載のNi−Pめっき皮膜を表面に形成することによりスケール又は炭酸カルシウムを含む殻を持つ固着動物の付着を抑制する方法。
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