JP2022066187A - 鉛フリー銅合金及び鉛フリー銅合金の使用 - Google Patents
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Abstract
【課題】水道水分野で使用された場合における耐腐食性が向上した鉛フリー銅合金を提供する。【解決手段】本発明は、７０．０～８３．０重量％のＣｕ、２．０～２．９重量％のＳｉ、０．０５～０．１０重量％のＰ、０．０１重量％から＜０．３０重量％のＳｎ、残部：Ｚｎ及び不可避的不純物を含む、鉛フリー銅合金に関する。【選択図】図１
Description
本発明は、鉛フリー銅合金に関する。
Ｓｎ及びＡｌを含む銅合金は、従来技術により知られている。さらに、結晶粒の微細化を達成するために、これらには必然的にＺｒが合金化されている。このような銅合金は、例えば、ＥＰ １ ７７７ ３０５ Ｂ１、ＥＰ １ ５０２ ９６４ Ｂ１及びＥＰ １ ７７７ ３０８ Ｂ１に記載されている。
ＤＥ １０３ ０８ ７７８ Ｂ３には、水道水（mains water）及び衛生設備の分野で使用できる鉛フリー銅合金が開示されている。既知の銅合金は、Ｆｅ及び／又はＣｏ、さらにＮｉ及びＭｎを必然的に含む。
同様の合金が、ＥＰ １ ６００ ５１５ Ａ２により知られている。
ＥＰ １ ６００ ５１６ Ａ２、ＥＰ １ ５５９ ８０２ Ａ１、ＥＰ １ ６００ ５１７ Ａ２、ＥＰ １ ０４５ ０４１ Ａ１及びＥＰ １ ５０８ ６２６ Ａ１は、それぞれ、Ｓｎの含有量が少なくとも０．３重量％である鉛フリー銅合金を開示している。Ａｌの含有量は、少なくとも０．１％である。
実際の使用においては、上述の鉛フリー合金は、水道水との接触で充分に腐食しにくい被覆層又は酸化被膜を形成するとは必ずしも限らない。その結果、合金からのＺｎの選択的な浸出（leaching）（「脱亜鉛」として知られる）により、望ましくない腐食が生じる。
本発明の目的は、従来技術の不利な点を克服することにある。特に、具体的には水道水分野で使用された場合における耐腐食性が向上した鉛フリー銅合金が提供される。
この目的は、請求項１及び９の特徴によって達成される。
本発明の有利な実施形態は、従属項の特徴から生じる。
本発明の有利な実施形態は、従属項の特徴から生じる。
本発明は、７０．０～８３．０重量％のＣｕ、２．０～２．９重量％のＳｉ、０．０５～０．１０重量％のＰ、０．０１重量％から＜０．３０重量％のＳｎ、残部：Ｚｎ及び不可避的不純物を含む、鉛フリー銅合金を提案する。
提案された鉛フリー銅合金は、特に水道水との接触で向上した耐腐食性を示す。耐腐食性の向上は、密着性が向上した被覆層又は酸化被膜の形成に起因すると考えられる。密着性の向上は、Ｓｎの含有量が０．３０重量％未満でも驚くべきことに達成される。さらに、驚くべきことに０．１重量％未満のＡｌの添加でも耐腐食性を向上できることが見出された。
Ｃｕの含有量は、有利には７３．３～７６．８重量％である。
有利な実施形態において、本発明の銅合金は、０．０１重量％から＜０．１重量％のＡｌを含む。Ａｌの提案された添加により、被覆層の密着性が向上する。
さらなる実施形態において、Ｓｉの割合は、２．４０～２．９０重量％、好ましくは２．６０～２．８０重量％、有利には２．６０～２．７８重量％である。Ｓｉの提案された添加は、カッパ相（kappa phase）の含有量を２５重量％以下の割合に低減することに寄与する。カッパ相の割合の低減が耐腐食性の向上に寄与することが観察されている。カッパ相の割合は、好ましくは２５重量％以下、特に好ましくは５～２０重量％である。
さらなる実施形態において、Ａｌの割合は、有利には０．０１～０．０５重量％である。さらに、Ｐの割合は、０．０８～０．１０重量％であることができる。提案された割合により、特に耐腐食性に優れた合金を製造することが可能となる。
提案された鉛フリー銅合金は、水道水分野の取付け部品（installation components for the mains water sector）の製造に、例えば、継手、バルブ、パイプなどの製造に、特に好適である。
本発明の実施例を、実験結果とともに以下により詳細に説明する。
表１に、実験用合金の組成を示す。
表１に記載した実験用合金を製造するために、試験片を以下の様にして製造した。
合金元素で形成された溶融物を、１０２０℃～１０５０℃の温度で、直径４０ｍｍの砂型に流し込んだ。その後、固化した試験片を直径２４ｍｍにした。その後、７００℃の温度での押出しシミュレーション（extrusion simulation）により、試験片の直径を８ｍｍに削減した。最後に、試験片を５５０℃～５８０℃で２時間熱処理した後、空気中で冷却した。
表１において、合金Ｎｏ．２８４２、２８４３及び２８５８が、本発明の合金に該当する。残りの合金は、比較例の合金である。
表２に、微細構造解析の結果を示す。
本発明の合金Ｎｏ．２８４２、２８４３及び２８５８は、カッパ相（＝kappa MK）の含有量が１０～１６重量％と少ない。
一つの図に、合金Ｎｏ．２８４６（従来技術）と比較した、３つの本発明の合金Ｎｏ．２８４２、２８４３及び２８５８の脱亜鉛の最大深度（μｍ）を示す。「脱亜鉛の最大深度」とは、Ｚｎの浸出が、以下の実験手順により検出可能であった最大の深度である。
試験片を切断した。切断面を８週間にわたって水道水に接触させた。水道水は週に２回交換した。水道水の硬度は、ＮａＣｌ及びＭｇＳＯ4を添加して２５°ｄＨの値とした。塩化物の含有量は２５０ｍｇ／ｌ、硫酸塩の含有量も同様に２５０ｍｇ／ｌであった。浸出実験は室温条件で行った。
脱亜鉛の深度を測定ために、試験片を表面に対して垂直に切断し、研磨した後、反射光学顕微鏡で光学的に分析した。脱亜鉛の深度は、亜鉛フリー銅スポンジ（copper sponge）の特徴的な色から調べることができた。
Ａｌの添加により酸化物形成が増大する。少量のアルミニウム（０．０４重量％以上）でも、アルミニウムフリー試験片（その場合は、酸化被膜が大幅に剥がれ落ちる）と比較して、驚くべきことにスケールテスト（８００℃での熱処理）においてしっかりと密着した酸化被膜を示す。保護作用は、通常、該酸化物に起因すると考えられる。該酸化物がより密着すると、保護作用がより良くなる。
図１からわかるとおり、本発明の合金Ｎｏ．２８４２、２８４３及び２８５８は、合金Ｎｏ．２８４６（従来技術）と比較して、脱亜鉛の大幅に減少した最大深度を有する。特に本発明の合金Ｎｏ．２８４３の場合は、脱亜鉛は観察されなかった。
本発明の合金は、水道水との接触で大幅に向上した耐腐食性を示す。
Claims (9)
- ７０．０～８３．０重量％のＣｕ、
２．０～２．９重量％のＳｉ、
０．０５～０．１０重量％のＰ、
０．０１重量％から＜０．３０重量％のＳｎ、
残部：Ｚｎ及び不可避的不純物
を含む、鉛フリー銅合金。 - Ｃｕの割合が、７３．３～７６．８重量％である、請求項１に記載の鉛フリー合金。
- ０．０１重量％から＜０．１重量％のＡｌをさらに含む、請求項１に記載の鉛フリー銅合金。
- Ｓｉの割合が、２．４０～２．９０重量％である、請求項１～３のいずれか一項に記載の鉛フリー銅合金。
- Ｓｉの割合が、２．６０～２．８０重量％、好ましくは２．６０～２．７８重量％である、請求項１～４のいずれか一項に記載の鉛フリー銅合金。
- カッパ相の割合が、２５重量％以下である、請求項１～５のいずれか一項に記載の鉛フリー銅合金。
- Ａｌの割合が、０．０１～０．０５重量％である、請求項１～６のいずれか一項に記載の鉛フリー銅合金。
- Ｐの割合が、０．０８～０．１０重量％である、請求項１～７のいずれか一項に記載の鉛フリー銅合金。
- 水道水分野の取付け部品を製造するための、請求項１～８のいずれか一項に記載の鉛フリー銅合金の使用。
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