JP2017078202A

JP2017078202A - 銅管

Info

Publication number: JP2017078202A
Application number: JP2015206544A
Authority: JP
Inventors: 健一郎上田; Kenichiro Ueda; 克徳井上; Katsunori Inoue
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2015-10-20
Filing date: 2015-10-20
Publication date: 2017-04-27

Abstract

【課題】蟻の巣状腐食の発生を抑制することが簡素な構成で、製造コストも抑えてできるようにする。
【解決手段】金属亜鉛を含んだ亜鉛被覆部１２を外周面に有する銅管１１において、外周面に、亜鉛被覆部１２に隣接して亜鉛被覆部を有しない非亜鉛被覆部１３を備える。亜鉛被覆部１２は円周の相反する両側に銅管１１の長手方向に沿って１本ずつ直線状形成され、これらの間に同じく直線状の非亜鉛被覆部１３が形成される。２本の非亜鉛被覆部１３の短径方向のうちの最大幅部分の長さ、つまり周方向の長さは１５ｍｍ以下とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、たとえば空調機器や冷凍機器などの伝熱管として用いられるような銅管に関し、より詳しくは、蟻の巣状腐食の発生を抑制できるような銅管に関する。

銅管は銅または銅合金製であり、耐食性、熱伝導性、加工性などに優れるので、前述のように伝熱管などに好適に用いられている。

しかしながら、銅管に蟻の巣状腐食と呼ばれる特異な形態の腐食が発生することがまれにある。蟻の巣状腐食は、微細な局部腐食であり、腐食断面が蟻の巣のように複雑な形をしている。つまり腐食孔は微小なピンホールであり、その内部は複雑に枝分かれした微小空洞であり、空洞の内部には腐食生成物として亜酸化銅が詰まっている。

蟻の巣状腐食の主な原因は使用環境中に存在する有機酸等の腐食媒であり、水と酸素があるところで起こり得る。

この腐食を抑制するため、下記特許文献１に開示された発明では、銅管の表面に、０．１μｍ〜５０μｍの厚さの金属亜鉛層を形成している。この構成によると、腐食媒が溶解した付着水に亜鉛が溶出し、亜鉛はその溶出に伴うカソード反応により付着水をアルカリ側に移行させ、腐食の発生を抑制する。

下記特許文献２にも同様の発明が開示されている。特許文献２の発明は、銅管表面のｐＨを４〜８．６に保つ表面処理を行うというものである。その表面処理として亜鉛めっきや亜鉛含有塗料があげられている。

特許文献１、２のいずれの発明も、亜鉛を含有する層を、腐食を抑制したい表面全体に形成するというものである。

しかし、亜鉛含有層を全体にまんべんなく均一に形成することは技術面からもコスト面からも負担が大きい。そのうえ亜鉛含有層を全体に形成すると銅管の特性である熱伝導性の良さが損なわれることにもなる。

特開２０００−３０４４９１号公報特開２０００−３１３９６８号公報

そこで、この発明は、蟻の巣状腐食の発生を抑制する加工が容易であり、製造コストを抑えることもでき、熱伝導性も確保できるような銅管を提供することを目的とする。

この発明は、金属亜鉛を含んだ亜鉛被覆部を外周面または内周面のうちの少なくともいずれか一方に有する銅管であって、当該銅管の前記亜鉛被覆部を有する側の周面に、前記亜鉛被覆部に隣接して前記亜鉛被覆部を有しない非亜鉛被覆部が備えられ、該非亜鉛被覆部における短径方向のうちの最大幅部分の長さが１５ｍｍ以下であることを特徴とする。

前記「短径方向」とは、非亜鉛被覆部の形状のまっすぐに結ぶさしわたしの距離が短い方向をいう。たとえば、非亜鉛被覆部が円形である場合にはすべての方向が短径方向で、三角形の場合には３つの垂線方向のうち最も短い方向、楕円形の場合には短軸方向が短径方向となる。

前記亜鉛被覆部は、たとえば溶射によって形成できる。塗着などによって形成してもよい。この「亜鉛被覆部」とは、所望の作用に必要な一定以上の厚さを有する部分であり、具体的にはたとえば０．１μｍ以上の厚さを有する部分である。したがって、前記「非亜鉛被覆部」は金属亜鉛がまったく被覆されていない部分のほか、金属亜鉛が前述の厚さより薄く存在している部分を含む意味である。また、前記「非亜鉛被覆部」は、一定以上の厚さの亜鉛被覆部がなく素地が露出したりしている部分であるほか、亜鉛以外の他の被覆、たとえば親水性皮膜などを有していてもよい。

この発明により、亜鉛は銅よりも卑な金属であるので、亜鉛被覆部は腐食媒を含んだ水によって銅管よりも先に腐食（溶解）する。この犠牲防食により銅の腐食は抑制される。そして、溶出した亜鉛を含んだ水はｐＨ値がアルカリ側に移行し、また酸性にならないようにする。この水が亜鉛被覆部と非亜鉛被覆部を覆って蟻の巣状腐食の発生を抑制する。非亜鉛被覆部における短径方向のうちの最大幅部分の長さが１５ｍｍ以下であるので、亜鉛を含んだ水は十分に行きわたる。腐食媒を含んだ水が非亜鉛被覆部に付着した場合でも、非亜鉛被覆部の短径方向のうちの最大幅部分の長さが１５ｍｍ以下であるので、水は容易に亜鉛被覆部まで広がって犠牲防食がなされるとともに、亜鉛を含んだ水が非亜鉛被覆部を覆うことになる。例えば、空調機器や冷凍機器に使用されている場合には、運転中には結露水が銅管表面に付着し、また熱交換器にフィンアンドチューブ熱交換器で生成した結露水は、フィンの毛細管現象により比較的広範囲にいきわたるため、毛細管力がある熱交換器で使用される場合には、非亜鉛被覆部が更に大きくなっても効果を発揮することは言うまでもない。

また非亜鉛被覆部は、亜鉛被覆を全体にまんべんなく均一に行うことを不要にするとともに、亜鉛被覆部を形成する際に銅管を保持したり支えさせたりする部分として利用できるので、加工が容易になる。そのうえ非亜鉛被覆部は、必要な熱伝導性を確保するとともに、被覆する亜鉛の量を減らしてコストの低減をはかることを可能にする。

この発明の態様として、前記非亜鉛被覆部における当該銅管の周方向の幅を、当該銅管の非亜鉛被覆部を備えた周面の半周よりも小としてもよい。非亜鉛被覆部が周方向に１個ある場合にはその１個の非亜鉛被覆部の幅が周面の半周より小となり、周方向に複数ある場合にはそれらすべての非亜鉛被覆部の幅が周面の半周より小となる。

この発明では、非亜鉛被覆部の幅が周面の半周に満たないので、亜鉛を含んだ水（液滴や水膜）が周面を伝わりやすい。

この発明の態様として、前記非亜鉛被覆部を当該銅管の長手方向に沿ってのびる線状としてもよい。
この発明では、銅管の長手方向に沿って亜鉛被覆部を形成すれば、長手方向に沿ってのびる線状の非亜鉛被覆部を形成できる。この形の非亜鉛被覆部の存在により、亜鉛被覆部を銅管の周方向全体に形成する負担を軽減して加工作業性を向上させ、材料費を低減させる。また非亜鉛被覆部は長手方向全体にわたって熱伝導性を発揮する。

この発明の態様として、前記亜鉛被覆部が溶射皮膜で構成された銅管としてもよい。
この発明では、溶射皮膜が溶融粒子を吹き付ける溶射で形成されるため、亜鉛被覆部の皮膜生成速度は速く、作業性が向上する。

この発明の態様として、前記亜鉛被覆部の円周方向における最も厚さの厚い部分の厚さが２０μｍ以上である銅管としてもよい。
この発明では、厚さの厚い部分の厚みを規定することで薄くなりがちな部分の厚さを十分に確保する。たとえば亜鉛被覆部を溶射で形成する場合に、亜鉛被覆部における非亜鉛被覆部に隣接する側の部分は薄くなりがちであるが、前述のように規定することによって、亜鉛被覆部の端部の厚さを十分に確保し、一定幅以下の非亜鉛被覆部を得て亜鉛被覆部からの亜鉛の十分な溶出量を確保する。

この発明の態様として、前記亜鉛被覆部の下の素地の表面粗さが、Ｒｍａｘ１μｍ以上１００μｍ以下である銅管としてもよい。
この発明では、素地の表面が亜鉛被覆部の密着強度を高めるとともに、比較的一様な被覆状態を得る。また、その表面粗さゆえに、水滴や水膜は毛細管現象類似の作用により速やかに行き渡る。

この発明によれば、蟻の巣状腐食の発生を抑制できる銅管の加工が容易であり、熱伝導性を確保することも、製造コストを抑えることも可能である。

銅管の斜視図。溶射による亜鉛被覆部の形成を示す模式図。溶射の態様を示す模式図。ヘアピン管とした銅管の斜視図。銅管の横断面図。銅管の他の態様を示す断面図。鋼管の他の態様を示す側面図。素材としての銅管の粗面化処理前後の状態を示す写真。溶射で形成した亜鉛被覆部の断面を示す写真。図９の非亜鉛被覆部を示す正面図。図９の場合よりも厚く形成した亜鉛被覆部の断面を示す写真。図１１の非亜鉛被覆部を示す正面図。蟻の巣状腐食の発生状況の結果を示す写真。

この発明を実施するための一形態を、以下図面を用いて説明する。
図１は、伝熱管などとして使用される銅管１１、またはその伝熱管などとなる前の中間体としての銅管１１の斜視図である。銅管１１は外周面または内周面のうちの少なくともいずれか一方に金属亜鉛を含んだ亜鉛被覆部１２を有している。すなわち亜鉛被覆部１２は外周面か内周面のいずれか一方、または双方に形成される。この例では、亜鉛被覆部１２を外周面に有する例を示している。この亜鉛被覆部１２を有する側の周面である外周面に、亜鉛被覆部１２に隣接して亜鉛被覆部を有しない非亜鉛被覆部１３を備えている。非亜鉛被覆部１３における短径方向の最大幅部分の長さは１５ｍｍ以下である。

図１に示した銅管１１では、銅管１１の円周における相反する両側に亜鉛被覆部１２が形成され、非亜鉛被覆部１３がこれらの間に形成されている。つまり亜鉛被覆部１２と非亜鉛被覆部１３は周方向に沿って交互に２本ずつ形成されている。

亜鉛被覆部１２は半円弧より若干小さい、ほぼ半分ずつを覆う大きさで、長手方向に長い。非亜鉛被覆部１３は、亜鉛被覆部１２よりも細く銅管１１の長手方向に沿ってのびる線状、具体的には直線状である。

亜鉛被覆部１２は０．１μｍ以上の厚さを有する。これは所定期間にわたる亜鉛の十分な溶出が可能になるからである。図１において亜鉛被覆部１２と非亜鉛被覆部１３の境は便宜上直線であらわしたが、亜鉛被覆部１２の形成時にマスキングでもしない限り明確な境目ができるわけではない。亜鉛被覆部１２のうち厚さが０．１μｍに満たない部分は非亜鉛被覆部１３となる。

非亜鉛被覆部１３は短径方向のうちの最大幅部分の長さ、つまり周方向の幅ｗ、換言すれば非亜鉛被覆部１３を挟む亜鉛被覆部１２の離間距離は前述のように１５ｍｍ以下である。また非亜鉛被覆部１３における銅管１１の周方向の幅は、銅管１１の非亜鉛被覆部１３を備えた周面の半周よりも小であるのが好ましい。

このような構成の銅管１１は、外周面に亜鉛被覆部１２を部分的に形成して製造される。亜鉛被覆部１２は溶射皮膜で構成される。つまり亜鉛被覆部１２の形成は溶射で行う。亜鉛被覆部１２の形成は溶射のほか、塗着や、銅管製造時の加工油を利用した塗布で行ってもよい。

溶射には、常法、たとえば溶線式、溶棒式、または粉末式のフレーム溶射や、高速フレーム溶射を採用できる。溶射に際しては、素材である銅管１１ａの清浄化、素材の粗面化といった前処理を行った後に、皮膜形成を行う。皮膜形成では、コーティング材料である金属亜鉛の溶融微粒子を被覆対象物たる銅管１１ａの表面に衝突させて、偏平に潰れた粒子を凝固、堆積させて所定厚の溶射皮膜を形成する。溶射皮膜の密着強度を高めるためには、皮膜形成に際して、素材である銅管１１ａを加熱し金属亜鉛が一旦溶融するまでにすれば、均一で薄い膜が形成され、密着性に加えて熱伝導性にも寄与されて好ましい。また、皮膜形成に先だって下地溶射を行ってもよい。

溶射皮膜の形成後は、溶射皮膜の強度や密着性、耐食性、硬さなど、性能を改善するための熱処理や封孔処理、切削、研磨等を行ってもよい。熱処理によって銅管１１ａと金属亜鉛が合金化して黄銅の層が形成される場合でも、黄銅による犠牲防食効果により銅管１１ａの腐食を抑えることができる。

塗着で行う場合は、金属亜鉛粉末を分散させた樹脂塗料を用いる。樹脂塗料としては、たとえばいわゆるジンクリッチペイントと呼ばれる金属亜鉛粉末を顔料とする塗料が使用できる。このほか、金属亜鉛粉末をエポキシ樹脂に分散させたものなども使用できる。

塗着に際しては、必要な前処理を行った後、所定の厚さになるように適宜回数塗装する。

銅管製造時の加工油を利用して塗布する場合は、銅管１１の抽伸（冷間引抜）時に、金属亜鉛粉末を懸濁させた加工油を用いる。銅管１１を抽伸したのちの焼鈍により金属粉末を固着させることによって、表面に金属亜鉛粉末が保持され、亜鉛被覆部１２が形成される。

図１に示したように亜鉛被覆部１２と非亜鉛被覆部１３を周方向に沿って交互に２本ずつ形成する場合には、図２に示したように、素材である銅管１１ａの外周面における相反する２箇所に銅管１１ａの長手方向に沿って溶射や塗着を行う。溶射や塗着がされなかったか、されても一定の厚みに満たない部分が非亜鉛被覆部１３となる。２本ずつの亜鉛被覆部１２と非亜鉛被覆部１３は、それぞれ同一幅でなくてもよい。図２は溶射の場合の例を示しており、図中、２１は溶射ガンである。

溶射を素材冷間で行う例を説明する。図３に示したように、溶射ガン２１から吹き付けられる溶射粒子は、粗面化された銅管１１ａの表面に偏平に潰れた状態で互いにかみ合いながら付着して、溶射皮膜、つまり亜鉛被覆部１２が形成される。

粗面化の程度、つまり亜鉛被覆部１２の下の素地の表面粗さは、溶射粒子の大きさなどの条件にもよるが、Ｒｍａｘ１μｍ以上１００μｍ以下であると、亜鉛被覆部１２の密着強度を高め、さらに比較的一様な被覆状態を得ることができる。これは、溶けた溶射粒子が素地表面の凹凸に絡みやすいからである。素材冷間の場合には、Ｒｍａｘ１μｍより滑らかな表面であると溶射粒子が絡みにくく、Ｒｍａｘ１００μｍより粗いと吹き付けられた溶射粒子が著しく分断され堆積しにくいと考えられる。このとき溶射粒子の吹付方向の大きさａは０．１ｍｍ（１００μｍ）程度であるのが好ましい。

また素地が前述のような表面粗さであると、非亜鉛被覆部１３の表面における水の広がりが良好である。毛細管現象に類似した作用が起こりやすいからである。特に、亜鉛被覆部１２の下の素地の表面粗さをＲｍａｘ１μｍ以上亜鉛被覆部１２の厚さ程度以下とすると、密着強度の向上と水の広がりの両立を図れる上に、亜鉛被覆部１２を比較的薄く構成できるので亜鉛被覆部１２での熱伝導性が著しく低下するのを防止することもできる。

素材である銅管１１ａに対する二方向からの溶射は同時に行っても、別々に行ってもよい。非亜鉛被覆部１３が形成される部位は、銅管１１ａを保持したり支えたりする部位とすることができる。二方向からの溶射を別々に行う場合、例えば銅管１１ａを作業台の上に寝かせた状態にして置いてから銅管１１ａの周方向の片側に溶射を行い、そのあと反転させてから他方側に溶射を行う。図４は素材である銅管１１ａをヘアピン管、つまりＵ字形定尺材に加工したのちに溶射を行って得た銅管１１の斜視図である。ヘアピン管では作業台の上での姿勢が安定しやすいので溶射加工は容易に行える。

溶射皮膜は、図５に示したように、吹付中心に近い方が厚く、遠い方、つまり非亜鉛被覆部１３と接する側では薄くなる。このため、亜鉛被覆部１２の周方向における最も厚さの厚い部分、つまり吹付中心に近い部分の厚さｔを一定以上に設定すると、亜鉛被覆部１２における厚みが薄くなりがちな非亜鉛被覆部１３側の部分の厚さを、前述の０．１μｍ以上の十分な厚さに確保できる。素材である銅管１１ａの径や吹付範囲の広さにもよるが、亜鉛被覆部１２の円周方向における最も厚さの厚い部分の厚さｔは２０μｍ以上にするとよい。

このような構成の銅管１１では、蟻の巣状腐食が発生する環境、つまり有機酸等の腐食媒と水と酸素がそろった場合でも、犠牲防食により銅管１１の腐食は抑制される。

つまり腐食反応は、電子を放出しながら進む金属の溶解反応（アノード反応）と電子を受ける還元反応（カソード反応）が同時に起こることで進行する。
Ｚｎの溶解の場合
アノード反応：Ｚｎ→Ｚｎ^２＋＋２ｅ⁻
カソード反応：（中性またはアルカリ領域）Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻→４ＯＨ⁻
（酸性領域）２Ｈ^＋＋２ｅ⁻→Ｈ_２
Ｃｕの溶解の場合
アノード反応：Ｃｕ→Ｃｕ^＋＋ｅ⁻
カソード反応：（中性またはアルカリ領域）Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻→４ＯＨ⁻
（酸性領域）Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻→２Ｈ_２Ｏ
このため、銅管１１の外周面では、銅管１１を構成する銅よりも卑な金属である亜鉛（Ｚｎ）で構成された亜鉛被覆部１２が銅（Ｃｕ）よりも先に腐食する。このとき、カソード反応が中性またはアルカリ性領域でなされた場合には水はアルカリ性となり、酸性領域でなされた場合でも、腐食媒由来の水素イオン（Ｈ^＋）を消費するので酸性になることが抑制される。

このように、亜鉛が優先的に溶けて銅を守る犠牲防食がなされるとともに、
腐食により亜鉛が溶けた水は、ｐＨ値はアルカリ側に移行し、水素イオンが出ればそれを消費する。この水が亜鉛被覆部１２と非亜鉛被覆部１３を覆って、ｐＨ特性により銅の溶解反応の進行を止めて、蟻の巣状腐食の発生を抑制する。

非亜鉛被覆部１３は短径方向のうちの最大幅部分の長さが１５ｍｍ以下であるので、亜鉛を含んだ水は非亜鉛被覆部１３全体に十分に行きわたる。このとき銅管１１の前述した表面粗さは、毛細管現象類似の作用により水が行きわたることを促す。腐食媒を含んだ水が非亜鉛被覆部１３に付着した場合でも、非亜鉛被覆部１３の短径方向のうちの最大幅部分の長さが１５ｍｍ以下であるので、水は容易に亜鉛被覆部１２に広がって犠牲防食がなされ、亜鉛を溶かした水が非亜鉛被覆部を覆って、腐食の発生を抑制する。言い換えると、亜鉛被覆部１２の端部から１５ｍｍ以内であれば、腐食を抑制することが可能となる。

銅管１１の素地の表面粗さは水の伝わりを良くするうえに、亜鉛被覆部１２の密着強度を高める。

また、非亜鉛被覆部１３は、亜鉛被覆１２を銅管１１の外周面全体にまんべんなく均一に行うことを不要にする。非亜鉛被覆部１３は亜鉛被覆１２がまったくない部分があってもよく、薄い亜鉛被覆１２があってもよい。特に、非亜鉛被覆部１３は銅管１１の長手方向に沿ってまっすぐに延びる直線状であるので、亜鉛被覆部１２の同様の直線状であり、加工性は非常によい。亜鉛被覆部１２を溶射皮膜で構成する場合には、溶射は皮膜生成速度が速いので作業性をいっそう向上することができる。

非亜鉛被覆部１３はまた、亜鉛被覆部１２で被覆されておらず銅管１１の素地を露出しているので、銅の持つ熱伝導性の良さを発揮する。このため、銅管１１の本来の機能の一つである熱伝導を良好に行わせることができる。

さらに、非亜鉛被覆部１３の存在により、被覆する亜鉛の量を減らすことができ、材料費の面からもコストの低減をはかることが可能である。

以上のように、蟻の巣状腐食の発生を抑制でき、熱伝導性を確保することもできる銅管１１が、容易な加工により低コストで得られる。

図１に示したように亜鉛被覆部１２と非亜鉛被覆部１３を周方向に沿って交互に２本ずつ形成するほか、例えば図６に示したように亜鉛被覆部１２と非亜鉛被覆部１３を形成することもできる。図６中、一点鎖線は銅管１１の中心を通り銅管１１を周方向で二等分する線を示している。

図６（ａ）は、非亜鉛被覆部１３を銅管１１の外周面における片側を中心に備えた例である。銅管１１の太さにもよるが、非亜鉛被覆部１３を周方向の半分以上の範囲に備え、半分よりも小さい範囲に亜鉛被覆部１２を備えている。非亜鉛被覆部１３における短径方向のうちの最大幅部分の長さｗは１５ｍｍ以下である。

亜鉛被覆部１２を形成する溶射は、仮想線で示したように、銅管１１の外周面に対して中心に向けて一方から行う。この溶射は、銅管１１の長手方向に沿って一直線に行うとよい。このほか、長手方向に沿って螺旋を描くように行っても、蛇行させて行ってもよい。

図６（ｂ）も、非亜鉛被覆部１３を銅管１１の外周面における片側を中心に備えた例であり、互いに接する２本の亜鉛被覆部１２と１本の非亜鉛被覆部１３を有している。非亜鉛被覆部１３は周方向の半分以下の範囲に備え、亜鉛被覆部１２を半分以上の範囲に備えている。非亜鉛被覆部１３における短径方向のうちの最大幅部分の長さｗは１５ｍｍ以下である。

亜鉛被覆部１２を形成する溶射は、仮想線で示したように、銅管１１の外周面に対して中心に向けて２方向から行う。この溶射は、銅管１１の長手方向に沿って一直線に行うとよい。このほか、長手方向に沿って螺旋を描くように行っても、蛇行させて行ってもよい。

図６（ｃ）は、非亜鉛被覆部１３を銅管１１の外周面に等間隔で複数備えた例である。具体的には、４本の亜鉛被覆部１２を備え、その間に非亜鉛被覆部１３を形成している。非亜鉛被覆部１３における短径方向のうちの最大幅部分の長さｗは１５ｍｍ以下である。

亜鉛被覆部１２を形成する溶射は、仮想線で示したように、銅管１１の外周面に対して中心に向けて４方向から行う。この溶射は、銅管１１の長手方向に沿って一直線に行うとよい。このほか、長手方向に沿って螺旋を描くように行っても、蛇行させて行ってもよい。

図６（ｄ）も、非亜鉛被覆部１３を銅管１１の外周面に等間隔で複数形成した例である。具体的には、非亜鉛被覆部１３と亜鉛被覆部１２を６本ずつ備えている。非亜鉛被覆部１３における短径方向のうちの最大幅部分の長さｗは１５ｍｍ以下である。

亜鉛被覆部１２を形成する溶射は、仮想線で示したように、銅管１１の外周面に対して中心に向けて６方向から行う。この溶射は、銅管１１の長手方向に沿って一直線に行うとよい。このほか、長手方向に沿って螺旋を描くように行っても、蛇行させて行ってもよい。銅管１１の径が太い場合でも非亜鉛被覆部１３における短径方向のうちの最大幅部分の長さｗを１５ｍｍ以下にしやすい。

銅管１１の周方向ではなく、図７に示したように銅管１１の長手方向の中間に非亜鉛被覆部１３を形成することもできる。

図７（ａ）は、銅管１１の外周面に円環状の非亜鉛被覆部１３を備えた例である。非亜鉛被覆部１３における短径方向のうちの最大幅部分の長さｗは１５ｍｍ以下である。この銅管１１は非亜鉛被覆部１３以外の部分の外周面全体に溶射を行えば得られる。

図７（ｂ）は、銅管１１の外周面に螺旋状の亜鉛被覆部１２および非亜鉛被覆部１３を形成した例である。非亜鉛被覆部１３における短径方向のうちの最大幅部分の長さｗは１５ｍｍ以下である。このような銅管１１は銅管１１を回転しながら図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）、図６（ｄ）に示したように溶射を行えば得られる。

図７（ｃ）は、銅管１１の一部に定形の非亜鉛被覆部１３を備えたというよりは、一部に不均一な部分、厚みの薄い部分、被覆が欠落した部分ができた場合の例である。このような部分は様々な形状になり得るが、さしわたしの短い方向、つまり短径方向のうち最大幅部分の長さｗが１５ｍｍ以下である。

図７（ｃ）のうち図面左側の非亜鉛被覆部１３の場合には、銅管１１の長手方向と交差（直交）する方向に長い楕円形の例を示している。この非亜鉛被覆部１３の場合には、楕円の長径（長軸）のうち長軸の長手方向の中間位置における短径（短軸）方向の長さが最大幅部分の長さｗである。図７（ｃ）のうち図面右側の非亜鉛被覆部１３の場合には、銅管１１の長手方向に長い楕円形の例を示している。この非亜鉛被覆部１３の場合には、だ円の長径（長軸）の長手方向の中間位置における短径（短軸）方向の長さが最大幅部分の長さｗである。非亜鉛被覆部１３が複雑に入り組んだ形状の場合も同様に、短径方向の最大幅部分が決まる。

つぎのような銅管１１を製造し、蟻の巣状腐食の発生を観察した。

銅管１１は、図１に示したように、外周面に銅管の長手方向に沿ってまっすぐのびる同幅の２本の亜鉛被覆部１２を備え、これら亜鉛被覆部１２に隣接して亜鉛被覆部１２を有しない銅管の素地を露出した非亜鉛被覆部１３を有するものである。

具体的には、素材である銅管１１ａとして、りん脱酸銅（ＪＩＳＨ３３００Ｃ１２２０ＴＯＬ材）の管材を用いた。銅管１１ａは、外径９．０ｍｍ×肉厚０．２８ｍｍ、長さ１００ｍｍである。この銅管１１ａの外周面全体に、前処理のひとつとして粗面化処理を行った。粗面化はサンドブラストで行い表面粗さをＲｍａｘ２１μｍとした。図８は銅管１１ａの粗面化前の状態と粗面化後の状態を示す写真である。

粗面化した銅管１１ａに対して前述の形態になるように亜鉛被覆部１２を形成した。亜鉛被覆部１２は冷間で溶射して形成した。具体的には銅管１１ａを、作業台に寝かせた状態でのせて、銅管１１ａの外周面の片側に溶射を行い、そのあと銅管１１ａを反転させて他方側にも溶射を行った。この溶射にはフレーム溶射（溶線式）の装置を使用し、このときの線材はφ１．６ｍｍで、噴射方向で溶射粒子はおよそ０．１ｍｍであった。

図９は亜鉛被覆部１２を有する部分での断面状態を示す斜視であり、溶射膜の厚さ、つまり亜鉛被覆部１２の円周方向における最も厚さの厚い部分の厚さは２２μｍであった。このとき、２本の非亜鉛被覆部１３の短径方向のうち最大幅部分の幅は、図１０に示したように、３ｍｍと２ｍｍであった。溶射時の銅管１１ａの向きや溶射ガンの向きに、片側に行った溶射と他方側に行った溶射で違いが生じたと考えられるが、平均すると２．５ｍｍとなる非亜鉛被覆部１３が得られた。

比較するため、同じ表面粗さの銅管１１ａを用意して、同様に溶射を行い、その溶射膜（亜鉛被覆部１２）の円周方向における最も厚さの厚い部分の厚さを図１１に示したように６８μｍとしたところ、図１２に示したように、非亜鉛被覆部１３の短径方向のうち最大幅部分の幅は２ｍｍと１ｍｍであった。

このように、亜鉛被覆部１２の厚さを厚くすると、非亜鉛被覆部１３の幅が狭くなることがわかる。

亜鉛被覆部１２の円周方向における最も厚さの厚い部分を２２μｍとする銅管１１と、比較例として亜鉛被覆部１２を有しない銅管（外径７．９４ｍｍ×肉厚０．３１ｍｍ、長さ１００ｍｍ）に対して、次のような試験を行い、蟻の巣状腐食の発生状況を調べた。

内容量１Ｌ密閉容器の中に、腐食媒として濃度１００ｐｐｍの蟻酸水溶液１００ｍＬを入れ、試験体を試験管に入れて試験体が蟻酸水溶液と直接接触しない状態で立てかけて、容器内の雰囲気を酸素に置換したのち、常温の室内に４週間（２８日間）放置した。実験開始後、容器内の雰囲気を酸素に置換するために、１週間ごとに酸素ガスを１Ｌ／ｍｉｎ．の流量で５分間流入させた。

最大腐食深さの測定は、外観観察で腐食が発生していると思われる数箇所を、断面観察し、最大腐食深さ部を探索することで求めた。断面写真を合わせて撮影した。

試験結果は図１３の写真（ａ）に示すとおりである。写真上側が銅管の外周面側を示す。また試験体は前述の期間経過後に酸洗して、皮膜を除去している。

図１３の写真（ａ）から判るように、比較例では、０．２４ｍｍの蟻の巣状腐食が銅管の外周面に発生している。銅管の内周面にも発生している。

しかし、亜鉛被覆部１２を備えた銅管では、図１３の写真（ｂ）に示すように、亜鉛被覆していない内周面には蟻の巣状腐食が発生しているが、外周面には蟻の巣状腐食は発生していない。

以上のように、亜鉛被覆部の金属亜鉛が溶出する際のカソード反応により、腐食媒を含んだ水のｐＨ値がアルカリ側に移行あるいは酸性側に移行しない、いわゆる、犠牲防食により銅の腐食は抑制され、蟻の巣状腐食の発生を抑制できたことがわかる。

亜鉛被覆部１２を塗着で構成した場合も効果が得られるかを確かめるため、亜鉛被覆部１２をジンクリッチペイントの塗布で前述と同様の銅管を形成して同じ試験を行った。ジンクリッチペイントは、常温乾燥タイプで、乾燥時の亜鉛含有量が９６％のものを用いた。金属亜鉛の粒径は４μｍ〜５μｍである。塗装方法はなるべく均一な皮膜厚となるように、刷毛で塗り重ね、渦電流式で測定した皮膜厚が２２μｍとなるように調整した。素材としての銅管１１ａの外表面に対する粗面化も前述と同様に行った。
試験の結果、前述と同様に、蟻の巣状腐食の発生を抑制できることがわかった。

また、非亜鉛被覆部１３の短径方向のうち最大幅部分の長さについて確認するため、非亜鉛被覆部１３の幅を変えた前述と同様の銅管を形成して同じ試験を行った。

非亜鉛被覆部１３の幅を広く変化できるようにするため、素材である銅管１１ａとして、外径１９．０５ｍｍ×肉厚１．０ｍｍ（外周面の長さが５９．８２ｍｍ）の前述と同じ材質の管材を用いた。粗面化処理も前述と同様に行ったうえ、亜鉛被覆部１２を冷間溶射で形成した。

試験体として、非亜鉛被覆部１３の短径方向のうち最大幅部分の長さが５ｍｍのもの、１０ｍｍのもの、１５ｍｍのものを製造した。製造に際してはマスキングを行って幅を調整した。非亜鉛被覆部１３の幅が５ｍｍのものは外周面の約１／６が非亜鉛被覆部１３となり、１０ｍｍのものは約２／３が、１５ｍｍのものは約１／２が非亜鉛被覆部１３となる。

試験の結果、非亜鉛被覆部１３の幅が５ｍｍの試験体では図１３の結果と同様で外周面に蟻の巣状腐食は観察できなかった。１０ｍｍの試験体では、外周面に蟻の巣状腐食は見られたものの、ごく浅い腐食であった。１５ｍｍの試験体においても、外周面に蟻の巣状腐食は見られたが、その深さは未処理材（０．２４ｍｍ）に比べて浅く、０．０６ｍｍであった。この結果から、非亜鉛被覆部１３の幅が広くなると蟻の巣状腐食の発生を抑制する効果が損なわれることがわかる。尚、亜鉛被覆部１２では、蟻の巣状腐食の発生は認められなかった。

この結果、非亜鉛被覆部１３における短径方向のうちの最大幅部分の長さが１５ｍｍ以下であれば、亜鉛を含んだ水が腐食を防止するのに十分に行きわたると考えられる。

１１…銅管
１２…亜鉛被覆部
１３…非亜鉛被覆部

Claims

金属亜鉛を含んだ亜鉛被覆部を外周面または内周面のうち少なくともいずれか一方に有する銅管であって、
当該銅管の前記亜鉛被覆部を有する側の周面に、前記亜鉛被覆部に隣接して前記亜鉛被覆部を有しない非亜鉛被覆部が備えられ、
該非亜鉛被覆部における短径方向のうちの最大幅部分の長さが１５ｍｍ以下である
銅管。
前記非亜鉛被覆部における当該銅管の周方向の幅が、当該銅管の非亜鉛被覆部を備えた周面の半周よりも小である
請求項１に記載の銅管。
前記非亜鉛被覆部が当該銅管の長手方向に沿ってのびる線状である
請求項１または請求項２に記載の銅管。
前記亜鉛被覆部が溶射皮膜で構成された
請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の銅管。
前記亜鉛被覆部の円周方向における最も厚さの厚い部分の厚さが２０μｍ以上である
請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の銅管。
前記亜鉛被覆部の下の素地の表面粗さが、Ｒｍａｘ１μｍ以上１００μｍ以下である
請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の銅管。