JP4799908B2 - 表面処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、真空処理装置を構成する金属製部品の表面を清浄化するための表面処理方法に関するものである。

真空容器等の真空処理装置を構成するステンレス鋼部材は、溶接、機械加工等をして、真空容器の形状にした後、加工過程において付着した潤滑剤や手の脂分等を除去するために表面処理をするようにしている。
近年真空装置が大型化し、大型化した真空処理装置を構成する部材全体を一度に処理することが困難になってきたため、本出願人は、特願２００４−２１９００１において部分電解処理を提案した。
この部分電解処理であっても、処理のために使用した薬液を除去するために純水等による洗浄が必要である。部分電解処理の過程で表面にスマットと呼ばれる金属性の付着物（ステンレス鋼の場合は、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｆｅ等の酸化物および塩が不均一に付着している）は、高圧ジェットを用いた純水洗浄をしても除去することは難しく、真空雰囲気下において、前記金属性付着物が空間に放出されたり、その後の成膜時に荷電粒子に叩かれて空間に放出されたりして、真空装置を汚染する可能性があるという問題があった。これらの金属性付着物を除去するためには、部分電解処理後に、取り扱う際の危険性の高い硝酸を使用し洗浄しなければならないという問題があった。
装置の表面処理方法として、上述の部分電解処理の他、従来から行われている電解研磨、化学研磨などがあるが、これらの方法いずれも、処理後には、金属表面に上述のスマットが付着する。スマットをそのまま付着させておくことは、部分電解処理のときと同様に空間中に放出され真空装置を汚染する可能性があるという問題があった。また、これらの金属性付着物を除去するためには、部分電解処理後に、取り扱う際の危険性の高い硝酸を使用し洗浄しなければならないという問題があった。

そこで、本発明は、上記従来の問題を解決するもので、真空容器等の真空処理装置を構成する部材の表面に付着した薬液や金属等の付着物を、危険性の高い硝酸等を使用せず、しかも、浸漬処理することなく除去することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明者等は鋭意検討の結果、硝酸の代わりにアルカリ系キレート液を使用することにより、上記課題を解決することができるという知見に基づき、下記の通り解決手段を見出した。
即ち、本発明の表面処理方法は、請求項１に記載の通り、真空処理装置を構成するステンレス鋼から構成される金属製部品を被処理物とする表面処理方法であって、被処理物を電源の陽極側に接続するとともに、陰極側に被処理物の表面に電解液を接触させるための処理媒体を接続し、電極間に電解液を介して直流電流を流すことにより被処理物の表面を処理媒体を介して電解研磨した後に、０．５重量％以上３重量％未満の希アルカリ液に、濃度が０．５重量％以上１０重量％未満となるようにカルボン酸又はカルボン酸塩を添加して得られたアルカリ系キレート液を洗浄布に含ませてワイピングすることにより前記被処理物の表面を洗浄することを特徴とする。
また、請求項２に記載の表面処理方法は、請求項１に記載の表面処理方法において、前記アルカリ系キレート液の温度を、１０〜８０℃とすることを特徴とする。

本発明の表面処理方法によれば、比較的簡素な構成で被処理物の表面を洗浄することができる。また、被処理物表面の金属等の付着物を、硝酸を使用しなくても除去することができるので危険性が少ない。更に、本発明により表面処理された部材により真空処理装置を構成すれば、真空雰囲気下において、放出されるガスを少なくすることができる。

本発明は、真空処理装置を構成するステンレス鋼から構成される金属製部品を被処理物とする表面処理方法であって、被処理物を電源の陽極側に接続するとともに、陰極側に被処理物の表面に電解液を接触させるための処理媒体を接続し、電極間に電解液を介して直流電流を流すことにより被処理物の表面を処理媒体を介して電解研磨した後に、０．５重量％以上３重量％未満の希アルカリ液に、濃度が０．５重量％以上１０重量％未満となるようにカルボン酸又はカルボン酸塩を添加して得られたアルカリ系キレート液を洗浄布に含ませてワイピングすることにより前記被処理物の表面を洗浄することを特徴とするものである。
前記真空処理装置を構成する金属製部品は、真空処理環境下におかれる部品であれば特に制限するものではない。一例を挙げると、金属製容器等が挙げられる。尚、前記金属としては、ステンレス鋼を使用する。
前記処理媒体としては、前記電極間に電流を流すことができれば、材料や形状は限定されるものではないが、例えば、不織布を使用することができる。

前記電解研磨、化学研磨、酸洗又は電解酸性は、公知のものであり、また、部分電解処理とは、被処理物を電源の陽極側に接続するとともに、陰極側に被処理物の表面に電解液を接触させるための処理媒体を接続し、電極間に、電解液を介して直流電流を流すことにより、被処理物の表面を電解研磨することをいうものとし、この処理により、被処理物の表面粗度（Ｒ_max）を０．１μｍとすることが更に好ましい。尚、具体例は、特願２００４−２１９００１に記載されている。
前記電解研磨又は部分電解処理に使用される電解液としては、無機酸、有機酸、無機酸塩及び有機酸塩のうちの少なくともいずれかを含むもので、具体的には、リン酸、硫酸、クエン酸アンモニウム、塩化アンモニウム、リン酸２水素アンモニウム、硫酸アンモニウム、硝酸ナトリウム、クエン酸等を挙げることができる。
また、部分電解処理に使用できる処理媒体としては、前記電極間に直流電流を流すことができれば、材料や形状は限定されるものではないが、例えば、不織布を使用することができる。
電解研磨又は部分電解処理における電解電流密度は、被処理物により異なるが、例えば、ステンレス鋼であれば、０．１〜０．５Ａ／ｃｍ²である。

アルカリ系キレート液としては、水酸化ナトリウム等の希アルカリ水溶液に、クエン酸、クエン酸ナトリウム、シュウ酸アンモニウム、フタル酸ナトリウム、酒石酸カリウム、グルコン酸ナトリウム、リンゴ酸等を添加した溶液等を挙げることができる。

前記アルカリ系キレート液は、１０℃〜８０℃とすることが好ましい。１０℃未満では、反応速度が著しく低下し、８０℃超えでは取扱性が悪く、また、アルカリ腐食のおそれがあるからである。

また、前記アルカリ系キレート液による処理は、布等の処理媒体に染み込ませて行うことが好ましい。被処理物が大型化しても局所的に表面処理をすることができるからである。

ＳＵＳ３０４（３００ｍｍ×１５０ｍｍ×１ｍｍ）の被処理物にリン酸２水素ナトリウム、硝酸ナトリウムの中和塩により部分電解処理を施し、表面に生じた赤色及び青色のスマットについて、下記２種類のキレート液により次の処理を行った。
ａ）１重量％の水酸化ナトリウム溶液に、濃度が３重量％となるようにクエン酸ナトリウムを添加した溶液
ｂ）１重量％の水酸化ナトリウム溶液に、濃度が３重量％となるようにリンゴ酸を添加した溶液
各キレート液を４０〜５０℃に加温し、洗浄布に含ませて被処理物の全面のワイピングを行った。ワイピング終了後、５０℃に加温した純水により高圧ジェット洗浄を行い、電解研磨に使用した薬液及びアルカリ系キレート溶液の除去を行った。そして、仕上げとして気化させた液体窒素により乾燥した。
スマット除去の効果を確認するために、イオンクロマト分析を行った。詳細には、洗浄前後の被処理物を対象として、純水を染み込ませた洗浄布により全面をワイピングした後に、前記洗浄布に染み込んだ純水１００ｍｌを抽出し、単位面積当たりの各イオン量を算出した。
この結果を、ａについては表１に、ｂについては表２に示す。

上記表１及び表２から、スマット除去後は、除去前に比べて合金成分の付着塩となるアニオンとともに、Ｎａ⁺のカチオンも少なくなった。

ＳＵＳ３０４（３００ｍｍ×１５０ｍｍ×１ｍｍ）の被処理物に、リン酸２水素ナトリウム、硝酸ナトリウムの中和塩により部分電解処理を施し、表面に生じた赤色及び青色のスマットについて、下記２種類のキレート液により次の処理を行った。
ａ）４０℃に加温した１重量％の水酸化ナトリウム溶液に、濃度が３重量％となるようにクエン酸ナトリウムを添加した溶液
ｂ）４０℃に加温した１重量％の水酸化ナトリウム溶液に、濃度が３重量％となるようにリンゴ酸を添加した溶液
ａ、ｂのキレート液について、洗浄布に含ませて被処理物の全面のワイピングを行った。ワイピング終了後、スマット除去の効果を確認するために、使用した各洗浄布を１００ｍｌの純水に浸漬し、各キレート液への金属成分の溶出量を純水に抽出した。そして、分析対象となる金属をステンレス合金の成分であるＦｅ，Ｃｒ，Ｎｉとして、原子吸光分析により測定した。
尚、検出されたステンレス鋼成分がスマット部分からであり、ステンレス鋼自体からではないことを示すために、３０重量％の硝酸溶液によるスマット除去、水洗後、ａにより処理し、このａによる処理において使用した洗浄布から抽出したサンプルを作成し、これをｃとした。
この結果を、表３に示す。

上記結果から、ａ，ｂを使用した洗浄布からは、Ｆｅ，Ｃｒが検出された。一方、ｃでは、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉのステンレス鋼を構成する元素は検出されなかった。
この結果から、ａ，ｂでは、被処理物自体に損傷を与えることなく、スマットが除去されることがわかった。

ＳＵＳ３０４（３００ｍｍ×１５０ｍｍ×１ｍｍ）の被処理物にリン酸２水素アンモニウム、硝酸ナトリウムの中和塩により部分電解処理を施し、１重量％の水酸化ナトリウム溶液に、濃度が３重量％となるようにクエン酸ナトリウムを添加して得られた溶液を洗浄布に染み込ませてワイピングしたものと、しないものとのガス放出特性を評価した。

ガス放出特性は、昇温脱離法を用い、室温から５００℃まで昇温する間に放出される単位面積当たりのガス放出速度の変化で評価した。
図１は、単位面積当たりのガス放出速度の変化を示す図であり、図中１は、キレート液による処理を行った試料のガス放出速度であり、図中２は、処理を行わなかった試料のガス放出速度である。
図１より、キレート液による処理を行った試料は、処理をしなかった試料に比べ、特に２５０℃以上の温度でのガス放出速度が少なくなった。この温度領域で放出されるガスの源がキレート液による処理によって除去された。

ＳＵＳ３０４（３００ｍｍ×１５０ｍｍ×１ｍｍ）の被処理物に７０％リン酸、３０％硫酸溶液により電解研磨処理を施し、表面に生じたスマットについて、下記１種類のキレート液により次の処理を行った。
ａ）１％の水酸化ナトリウム溶液に、濃度が３％となるようにクエン酸ナトリウムを添加した溶液
上記キレート液を４０℃〜５０℃に加温し、清浄布に含ませて被処理物の全面のワイピングを行なった。ワイピング終了後、５０℃に加温した純水を使用した高圧ジェット洗浄を行ない、電解研磨に使用した薬液及び、アルカリ系キレート溶液の除去を行なった。仕上げとして気化させた液体窒素により乾燥した。
スマット除去の効果を確認するために、イオンクロマト分析を行った。詳細には、洗浄前後の被処理物を対象として、純水を染み込ませた清浄布にて全面をワイピングした後に、前記清浄布に染み込んだ純水１００ｍｌ抽出し、単位面積当たりの各イオンの量を算出した。結果を表に示す。

上記表から、スマット除去後は、除去前に比べて合金成分の付着塩となるアニオンとともに、Ｎａ⁺のカチオンがともに少なくなったことがわかる。

実施例３の単位面積当たりのガス放出速度の変化を示すグラフ

符号の説明

１ キレート液による処理を行った試料の単位面積当たりのガス放出速度
２ キレート液による処理をしなかった試料の単位面積当たりのガス放出速度

Claims (2)

1. 真空処理装置を構成するステンレス鋼から構成される金属製部品を被処理物とする表面処理方法であって、被処理物を電源の陽極側に接続するとともに、陰極側に被処理物の表面に電解液を接触させるための処理媒体を接続し、電極間に電解液を介して直流電流を流すことにより被処理物の表面を処理媒体を介して電解研磨した後に、０．５重量％以上３重量％未満の希アルカリ液に、濃度が０．５重量％以上１０重量％未満となるようにカルボン酸又はカルボン酸塩を添加して得られたアルカリ系キレート液を洗浄布に含ませてワイピングすることにより前記被処理物の表面を洗浄することを特徴とする表面処理方法。
2. 前記アルカリ系キレート液の温度を、１０〜８０℃とすることを特徴とする請求項１に記載の表面処理方法。

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