JP5572128B2 - 耐食性アルミニウム合金部材、および、オープンラック式気化器の伝熱管またはヘッダー管 - Google Patents
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Description
前記構成によれば、犠牲陽極皮膜を所定のアルミニウム合金で構成することにより、腐食環境下での犠牲陽極皮膜の電位が基材の電位よりも卑となり、犠牲陽極皮膜のイオン化傾向が大きなものとなる。その結果、犠牲陽極皮膜の犠牲陽極性が向上し、耐食性アルミニウム合金部材の耐食性が向上する。
前記構成によれば、伝熱管またはヘッダー管が、腐食環境側である外面に所定の犠牲陽極皮膜を備えることにより、オープンラック式気化器の長期の運転環境下でも耐食性が維持される。
図1、図3(a)、(b)に示すように、耐食性アルミニウム合金部材20は、基材21と、この基材21の表面の少なくとも一部に被覆された所定厚さの犠牲陽極皮膜22と、を備える。
以下に、耐食性アルミニウム合金部材20を構成する要素について説明する。
基材21は、アルミニウム合金からなり、その合金種は特に限定されないが、通常、JIS規定の3000系、5000系、または6000系アルミニウム合金が用いられ、押出成形等の公知の方法で、円筒形状の伝熱管2またはヘッダー管3,4の形状に加工される。基材21の厚さは、特に限定されないが、伝熱管2(ヘッダー管3,4)の管径や長さ等に応じて必要な強度が得られる厚さに成形される。また、後記する犠牲陽極皮膜22を溶射法等を用いて形成する前に、基材21の表面(犠牲陽極皮膜22を被覆する領域)をブラスト処理等により粗面化することが好ましい。基材21の表面が粗面化されることで、犠牲陽極皮膜22が剥離し難くなる。そして、基材21は、伝熱管2およびヘッダー管3,4の形状にそれぞれ成形された後、溶接等により接合されて熱交換パネル1の形状に組み立てられ、その後、犠牲陽極皮膜22が形成される。なお、基材21の形状は、伝熱管2およびヘッダー管3,4の形状によって決定されるが、前記した円筒形状に限定されるものではない。
犠牲陽極皮膜22は、基材の表面の少なくとも一部に被覆されて基材21に対して犠牲陽極性を有するアルミニウム合金からなる所定厚さの皮膜である。そして、犠牲陽極皮膜22は、所定の領域(表面側領域22Bおよび界面側領域22A)において、気孔の面積率と、粗大気孔の割合が所定範囲に規定された皮膜である。
犠牲陽極皮膜22は、腐食環境下、具体的には海水中において、基材21に対して犠牲陽極性(犠牲防食性)を有するアルミニウム合金、具体的には基材21を構成するアルミニウム合金よりも電位が卑となるアルミニウム合金からなる必要がある。その結果、耐食性アルミニウム合金部材20は、基材21の表面が、基材合金よりも腐食しやすい、すなわち基材合金よりも海水中での腐食電位が卑なイオン化傾向の高い合金で被覆されることとなる。このことにより、当初は、犠牲陽極皮膜22の被覆効果により基材合金が海水と直接接触せずに耐食性が保たれ、また、犠牲陽極皮膜22の一部が剥がれて基材合金が露出し海水と直接接触するようになっても、残存している犠牲陽極皮膜22の犠牲防食性により、基材合金の長期耐食性を保証することができる。
犠牲陽極皮膜22では、表面側領域22B、具体的には、犠牲陽極皮膜22の最表面から深さ150μmまでの領域において、その厚さ方向の断面における気孔23の面積率が5%以上15%以下、かつ、断面における気孔23のうち、孔径5μm以上の粗大気孔23aの割合が70%以上であることが必要である。
犠牲陽極皮膜22では、界面側領域22A、具体的には、犠牲陽極皮膜22の最表面から深さ150μmを超えて基材21との界面24までの領域において、その厚さ方向の断面における気孔23の面積率が5%未満、かつ、その断面における気孔23のうち、孔径5μm以上の粗大気孔23aの割合が60%以下であることが必要である。
犠牲陽極皮膜22の厚さについては、溶射法にて形成された犠牲陽極皮膜22の気孔密度が同じであるならば、皮膜厚さが厚いほど外環境遮断能が高まるため、250μm以上とする。その効果を十分に発揮させるためには、好ましくは270μm以上、より好ましくは300μm以上とする。一方、皮膜厚さが厚すぎると、皮膜の圧縮残留応力が皮膜厚さ増加分だけ累積され、大きな界面破壊力が発生して剥離しやすくなるため、皮膜は800μm以下が好ましく、700μm以下がより好ましく、600μm以下が最適である。
また、図示しないが、ORVの伝熱管またはヘッダー管においては、使用中に犠牲陽極皮膜に一部損傷が生じた場合には、損傷が生じた犠牲陽極皮膜を除去し、その除去部に補修皮膜を形成する。そして、犠牲陽極皮膜の除去は、アルミナグリッドや砂等を用いるブラスト処理などの方法で行われる。また、補修皮膜の形成は、溶射法などの方法で行われ、犠牲陽極皮膜除去部に、伝熱管またはヘッダー管のアルミニウム合金基材に対して犠牲陽極性を有するアルミニウム合金を被覆する。
(実施例No.1〜5、9〜13)
伝熱管およびヘッダー管に換えて、下記試験材を作製した。試験材の基材として、Al合金(A5083)の板材(縦100mm×横100mm×厚さ20mm)の片面に、ショットブラスト(アルミナグリッド#16〜#20)にて粗面化(算術平均粗さRa=20〜40μm)した基材を準備した。そして、基材の上に、フレーム溶射法(プロパン−酸素)を用いて、Al−2%Zn合金、および、Al−5%Mg合金からなる溶射ワイヤの送り速度2600mm/min、溶射ガン先端から溶射対象物までの距離(溶射距離)を200〜250mmとしての溶射皮膜(犠牲陽極皮膜の界面側領域)を形成した。さらに、孔径5μm以上の粗大気孔を有する溶射皮膜を導入するために、前記した溶射皮膜上に、溶射ワイヤの送り速度を1820〜2340mm/min、溶射ガン先端から溶射表面までの距離(溶射距離)を300〜350mmに調整して前記と同様にして厚さ150μmの溶射皮膜(犠牲陽極皮膜の表面側領域)を形成した。なお、溶射皮膜(界面側領域)の厚さは、溶射皮膜の合計厚さが表1に示す合計厚さになるように調整した。
溶射距離を250mm(比較例No.6、14)、350mm(比較例No.7、15)と一定とした条件で、界面側領域および表面側領域の両領域の犠牲陽極皮膜(溶射皮膜)を形成したこと以外は、実施例と同様にして試験材を作成した。なお、比較例(No.7)は特許文献3のアルミニウム合金部材に相当する試験材であって、比較例(No.15)は特許文献4のアルミニウム合金部材に相当する試験材である。また、比較例(No.8、16)は、溶射ワイヤの送り速度2600mm/min、溶射ガン先端から溶射対象物までの距離(溶射距離)を200〜250mmに調整した条件で約50μm程度、その後溶射ワイヤの送り速度を1820〜2430mm/min、溶射ガン先端から溶射対象物までの距離(溶射距離)を300〜350mmに調整した条件で160〜170μm程度の皮膜厚さとなるように溶射を行った。
実機での使用環境を考慮した熱サイクル腐食試験として、作製した試験片から切り出した供試材に対して以下の試験を行った。供試材の犠牲陽極皮膜の表面へ、pH8.2、液温35℃に調整した人工海水(株式会社ヤシマ製金属腐食試験用アクアマリン)の噴霧を行い、また、1日1回、LNGによる基材冷却を模擬するため、基材のみを液体窒素に浸漬し冷却する工程を合計8週間行った。
実施例1で作製した試験材No.5(犠牲陽極皮膜の合金種:Al−2%Zn合金)、No.13(犠牲陽極皮膜の合金種:Al−5%Mg合金)を用いて、実施例1で記載した熱サイクル腐食試験を8週間行った。そして、熱サイクル腐食試験後の試験材No.5、13の犠牲陽極皮膜を高圧水により洗浄し、その後、ショットブラスト(アルミナグリッド#16〜#20)にて、厚さ100μm程度の犠牲陽極皮膜が残存するように犠牲陽極皮膜を除去した。次いで、残存犠牲陽極皮膜の上に、実施例1で記載したフレーム溶射法を用いて再溶射を行い、表3に示すような補修皮膜が形成された試験材No.17、18、21、22を作製した。
比較例No.19、23については、溶射距離を250mmと一定とした条件で界面側領域および表面側領域の両領域の補修皮膜を形成したこと以外は、実施例と同様にして試験材No.19、23を作製した。また、比較例No.20、24については、高圧水による犠牲陽極皮膜の洗浄を行わなかったこと以外は、実施例と同様にして試験材No.20、24を作製した。
2 伝熱管
3 下部ヘッダー管
4 上部ヘッダー管
10 オープンラック式気化器(ORV)
20 耐食性アルミニウム合金部材
21 基材
22 犠牲陽極皮膜
23 気孔
23a 粗大気孔
Claims (4)
- アルミニウム合金からなる基材と、前記基材の表面の少なくとも一部に被覆されて当該基材に対して犠牲陽極性を有するアルミニウム合金からなる厚さ250μm以上の犠牲陽極皮膜とを備え、
前記犠牲陽極皮膜は、その最表面から深さ150μmまでの領域において、その厚さ方向の断面における気孔の面積率が5%以上15%以下、かつ、前記気孔のうち、孔径5μm以上の粗大気孔の割合が70%以上であり、
さらに、前記最表面から深さ150μmを超えて前記基材との界面までの領域において、その厚さ方向の断面における気孔の面積率が5%未満、かつ、前記気孔のうち、前記粗大気孔の割合が60%以下であることを特徴とする耐食性アルミニウム合金部材。 - 前記犠牲陽極皮膜が、Al−Zn合金、または、Al−Mg合金からなることを特徴とする請求項1に記載の耐食性アルミニウム合金部材。
- 外表面に供給される海水との熱交換によって内部に流通する液化天然ガスを気化させるオープンラック式気化器の伝熱管またはヘッダー管において、
請求項1または請求項2に記載の耐食性アルミニウム合金部材で、前記犠牲陽極皮膜側を外面にして構成されたことを特徴とするオープンラック式気化器の伝熱管またはヘッダー管。 - 請求項3に記載のオープンラック式気化器の伝熱管またはヘッダー管において、
前記犠牲陽極皮膜の損傷部を補修して補修皮膜を形成した際、
前記補修皮膜は、前記基材に対して犠牲陽極性を有するアルミニウム合金からなる厚さ250μm以上の皮膜であって、
前記補修皮膜の最表面から深さ150μmまでの領域において、その厚さ方向の断面における気孔の面積率が5%以上15%以下、かつ、前記気孔のうち、孔径5μm以上の粗大気孔の割合が70%以上であり、
さらに、前記最表面から深さ150μmを超えて前記基材との界面までの領域において、その厚さ方向の断面における気孔の面積率が5%未満、かつ、前記気孔のうち、前記粗大気孔の割合が60%以下であって、
前記補修皮膜中の残留塩化物イオン濃度が0.1質量%以下であることを特徴とするオープンラック式気化器の伝熱管またはヘッダー管。
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