JP5897406B2

JP5897406B2 - 電解研磨用電解液

Info

Publication number: JP5897406B2
Application number: JP2012121403A
Authority: JP
Inventors: 匡且河野
Original assignee: 株式会社石飛製作所
Priority date: 2012-05-28
Filing date: 2012-05-28
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2032-05-28
Also published as: JP2013245391A

Description

本発明は、ステンレス鋼に代表される含クロム合金鋼の溶接によって発生する溶接焼けを除去する際に使用される電解研磨用電解液に関する。

ステンレス鋼を溶接すると、溶接部周辺に溶接焼け（酸化スケール）が発生するため、従来から電解研磨による溶接焼け取りが行われている。電解研磨に用いられる電解液は市販されているものの、従来の電解液では完全に焼けを除去することが困難であった。溶接焼けが残ると、溶接部分の跡が残るため、見栄えが悪く、商品価値を低下させてしまう。

一方、強酸性の電解液を使用することで、溶接焼けを綺麗に除去することができるものの、強酸を使用すると、強酸性溶液が作業者の体に飛散して薬傷を負ってしまうといった危険性があった。また、工業用水の排水基準（ｐＨ５．８〜８．６）を満たすため、焼け取り終了後に大量のアルカリを用いて電解液を中和する必要があった。

このような問題に鑑み、下記特許文献１には、硫酸、燐酸、硝酸のカリウムやナトリウム塩の水溶液にアスコルビン酸又はその塩を添加した、中性の含クロム合金鋼の電解研磨用電解液が開示されている。

特許第２６４９６２５号公報

しかし、アスコルビン酸は、ビタミンＣとしての働きも知られ、医薬品にも用いられていることから高価であり、電解研磨用電解液に使用するにはコストの問題があった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、電解研磨作業の危険性が低く、排水基準の範囲内で使用できる安価な電解研磨用電解液であって、含クロム合金鋼の溶接焼けを綺麗に除去できる電解研磨用電解液を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る電解研磨用電解液は、含クロム合金鋼の電解研磨に用いられる電解研磨用電解液において、リン酸二水素カリウムと、リン酸水素二カリウムと、クエン酸と、クエン酸ナトリウムと、を含む水溶液であることを特徴とする。

本発明に係る電解研磨用電解液によれば、排水基準の範囲内で安全に電解研磨作業を行うことができ、含クロム合金鋼の溶接焼けを綺麗に除去することができる。

本発明の実施形態に係る電解研磨用電解液の実施例を示す図である。本発明の実施形態に係る電解研磨用電解液の比較例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための電解研磨用電解液を例示するものであって、本発明は電解研磨用電解液を以下のものに特定しない。また、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
図１は、本実施形態に係る電解研磨用電解液の実施例１〜２３を示す図である。本実施形態では、１０ｃｍ×１０ｃｍの正方形状のステンレス鋼板材に溶接により発生した溶接焼け（中心を通る長さ１０ｃｍの直線）を直流法の電解研磨により除去する場合を例に挙げて説明する。

本実施形態の電解研磨作業においては、１５Ｖの直流電圧を印加する電源器の陰極側にステンレス鋼を接続し、陽極側の金属に電解研磨用電解液を含浸した布を取り付け、この布でステンレス鋼表面をなぞることで、溶接焼けの除去を行った。

図１に示すように、実施例１〜２３では、電解研磨用電解液全体で１００ｇとなるように電解液の原料を配合している。「焼け取り時間（秒）」は、溶接焼けが綺麗に除去できるまでに要した時間を示しており、「ビード部」は、ビード部（溶接跡）の焼けの除去に要した時間、「全体」は、ステンレス鋼の表面全体の焼けの除去に要した時間を示している。

本実施形態に係る電解研磨用電解液は、原料である水、リン酸二水素カリウム（ＫＨ₂ＰＯ₄）、リン酸水素二カリウム（Ｋ₂ＨＰＯ₄）、クエン酸及びクエン酸ナトリウムを所定の質量配合比で混合し、スターラーで撹拌することで生成したことを特徴としており、実施例１〜２３に係る電解液を用いた電解研磨によれば、溶接焼けを短時間で綺麗に除去することができた。以下、実施例１〜２３について、それぞれ詳細に説明する。

実施例１は、水８４ｇと、リン酸二水素カリウム（ＫＨ₂ＰＯ₄）７ｇと、リン酸水素二カリウム（Ｋ₂ＨＰＯ₄）７ｇと、クエン酸１ｇと、クエン酸ナトリウム１ｇとを配合した電解液であり、当該電解液のｐＨは６．０５であった。実施例１の焼け取り時間は、ビード部が７秒、全体で３６秒であり、溶接焼け除去後の表面は非常に綺麗であった。
実施例２は、水８２ｇと、リン酸二水素カリウム７ｇと、リン酸水素二カリウム７ｇと、クエン酸１ｇと、クエン酸ナトリウム３ｇとを配合した電解液であり、当該電解液のｐＨは６．１７であった。実施例２の焼け取り時間は、ビード部が７秒、全体で３５秒であり、溶接焼け除去後の表面は非常に綺麗であった。

実施例３は、水８４．５ｇと、リン酸二水素カリウム７ｇと、リン酸水素二カリウム７ｇと、クエン酸１ｇと、クエン酸ナトリウム０．５ｇとを配合した電解液であり、当該電解液のｐＨは６．２１であった。実施例３の焼け取り時間は、ビード部が１２秒、全体で３４秒であり、溶接焼け除去後の表面は非常に綺麗であった。
実施例４は、水８４．３ｇと、リン酸二水素カリウム７ｇと、リン酸水素二カリウム７ｇと、クエン酸１ｇと、クエン酸ナトリウム０．７ｇとを混合した電解液であり、当該電解液のｐＨは６．１９であった。実施例４の焼け取り時間は、ビード部が３秒、全体で３７秒であり、溶接焼け除去後の表面は非常に綺麗であった。

実施例５は、水９０ｇと、リン酸二水素カリウム４ｇと、リン酸水素二カリウム４ｇと、クエン酸１ｇと、クエン酸ナトリウム１ｇとを配合した電解液であり、当該電解液のｐＨは５．９８であった。実施例５の焼け取り時間は、ビード部が７秒、全体で７７秒であり、溶接焼け除去後の表面は非常に綺麗であった。
実施例６は、水８８ｇと、リン酸二水素カリウム５ｇと、リン酸水素二カリウム５ｇと、クエン酸１ｇと、クエン酸ナトリウム１ｇとを混合した電解液であり、当該電解液のｐＨは６．１１であった。実施例６の焼け取り時間は、ビード部が８秒、全体で６０秒であり、溶接焼け除去後の表面は非常に綺麗であった。

実施例７は、水８６ｇと、リン酸二水素カリウム６ｇと、リン酸水素二カリウム６ｇと、クエン酸１ｇと、クエン酸ナトリウム１ｇとを混合した電解液であり、当該電解液のｐＨは６．１８であった。実施例７の焼け取り時間は、ビード部が８秒、全体で６０秒であり、溶接焼け除去後の表面は非常に綺麗であった。
実施例８は、水８２ｇと、リン酸二水素カリウム８ｇと、リン酸水素二カリウム８ｇと、クエン酸１ｇと、クエン酸ナトリウム１ｇとを混合した電解液であり、当該電解液のｐＨは６．２６であった。実施例８の焼け取り時間は、ビード部が１３秒、全体で４１秒であり、溶接焼け除去後の表面は非常に綺麗であった。

実施例９は、水８０ｇと、リン酸二水素カリウム９ｇと、リン酸水素二カリウム９ｇと、クエン酸１ｇと、クエン酸ナトリウム１ｇとを混合した電解液であり、当該電解液のｐＨは６．２７であった。実施例９の焼け取り時間は、ビード部が８秒、全体で３３秒であり、溶接焼け除去後の表面は非常に綺麗であった。
実施例１０は、水７８ｇと、リン酸二水素カリウム１０ｇと、リン酸水素二カリウム１０ｇと、クエン酸１ｇと、クエン酸ナトリウム１ｇとを混合した電解液であり、当該電解液のｐＨは６．２９であった。実施例１０の焼け取り時間は、ビード部が６秒、全体で３６秒であり、溶接焼け除去後の表面は非常に綺麗であった。

実施例１１は、水８１ｇと、リン酸二水素カリウム９ｇと、リン酸水素二カリウム９ｇと、クエン酸０．５ｇと、クエン酸ナトリウム０．５ｇとを混合した電解液であり、当該電解液のｐＨは６．４６であった。実施例１１の焼け取り時間は、ビード部が７秒、全体で２６秒であり、溶接焼け除去後の表面は非常に綺麗であった。
実施例１２は、水７８ｇと、リン酸二水素カリウム９ｇと、リン酸水素二カリウム９ｇと、クエン酸２ｇと、クエン酸ナトリウム２ｇとを混合した電解液であり、当該電解液のｐＨは５．９４であった。実施例１２の焼け取り時間は、ビード部が１２秒、全体で２５秒であり、溶接焼け除去後の表面は非常に綺麗であった。

実施例１３は、水８０ｇと、リン酸二水素カリウム９ｇと、リン酸水素二カリウム９ｇと、クエン酸０．５ｇと、クエン酸ナトリウム１．５ｇとを混合した電解液であり、当該電解液のｐＨは６．４７であった。実施例１３の焼け取り時間は、ビード部が７秒、全体で３４秒であり、溶接焼け除去後の表面は非常に綺麗であった。
実施例１４は、水７９ｇと、リン酸二水素カリウム９ｇと、リン酸水素二カリウム９ｇと、クエン酸１ｇと、クエン酸ナトリウム２ｇとを混合した電解液であり、当該電解液のｐＨは６．２９であった。実施例１４の焼け取り時間は、ビード部が９秒、全体で３４秒であり、溶接焼け除去後の表面は非常に綺麗であった。

実施例１５は、水７９ｇと、リン酸二水素カリウム９ｇと、リン酸水素二カリウム９ｇと、クエン酸２ｇと、クエン酸ナトリウム１ｇとを混合した電解液であり、当該電解液のｐＨは５．９４であった。実施例１５の焼け取り時間は、ビード部が８秒、全体で３０秒であり、溶接焼け除去後の表面は非常に綺麗であった。
実施例１６は、水８０ｇと、リン酸二水素カリウム９ｇと、リン酸水素二カリウム９ｇと、クエン酸１．５ｇと、クエン酸ナトリウム０．５ｇとを混合した電解液であり、当該電解液のｐＨは６．０９であった。実施例１６の焼け取り時間は、ビード部が９秒、全体で３０秒であり、溶接焼け除去後の表面は非常に綺麗であった。

実施例１７は、水８３ｇと、リン酸二水素カリウム８ｇと、リン酸水素二カリウム８ｇと、クエン酸０．５ｇと、クエン酸ナトリウム０．５ｇとを混合した電解液であり、当該電解液のｐＨは６．５０であった。実施例１７の焼け取り時間は、ビード部が１５秒、全体で３５秒であり、溶接焼け除去後の表面は非常に綺麗であった。
実施例１８は、水８０ｇと、リン酸二水素カリウム８ｇと、リン酸水素二カリウム８ｇと、クエン酸２ｇと、クエン酸ナトリウム２ｇとを混合した電解液であり、当該電解液のｐＨは５．９０であった。実施例１８の焼け取り時間は、ビード部が１６秒、全体で３４秒であり、溶接焼け除去後の表面は非常に綺麗であった。

実施例１９は、水７４ｇと、リン酸二水素カリウム１２ｇと、リン酸水素二カリウム１２ｇと、クエン酸１ｇと、クエン酸ナトリウム１ｇとを混合した電解液であり、当該電解液のｐＨは６．４２であった。実施例１９の焼け取り時間は、ビード部が９秒、全体で４０秒であり、溶接焼け除去後の表面は非常に綺麗であった。
実施例２０は、水７０ｇと、リン酸二水素カリウム１４ｇと、リン酸水素二カリウム１４ｇと、クエン酸１ｇと、クエン酸ナトリウム１ｇとを混合した電解液であり、当該電解液のｐＨは６．４６であった。実施例２０の焼け取り時間は、ビード部が１０秒、全体で４０秒であり、溶接焼け除去後の表面は非常に綺麗であった。

実施例２１は、水８０ｇと、リン酸二水素カリウム４ｇと、リン酸水素二カリウム１４ｇと、クエン酸１ｇと、クエン酸ナトリウム１ｇとを混合した電解液であり、当該電解液のｐＨは７．１２であった。実施例２１の焼け取り時間は、ビード部が９秒、全体で３８秒であり、溶接焼け除去後の表面は非常に綺麗であった。
実施例２２は、水８１．８ｇと、リン酸二水素カリウム９ｇと、リン酸水素二カリウム９ｇと、クエン酸０．１ｇと、クエン酸ナトリウム０．１ｇとを混合した電解液であり、当該電解液のｐＨは６．６５であった。実施例２０の焼け取り時間は、ビード部が６秒、全体で４５秒であり、溶接焼け除去後の表面は非常に綺麗であった。

実施例２３は、水９１．８ｇと、リン酸二水素カリウム４ｇと、リン酸水素二カリウム４ｇと、クエン酸０．１ｇと、クエン酸ナトリウム０．１ｇとを混合した電解液であり、当該電解液のｐＨは６．６９であった。実施例２３の焼け取り時間は、ビード部が１４秒、全体で５４秒であり、溶接焼け除去後の表面は非常に綺麗であった。

以上、焼け取りを適切に行うことのできた電解研磨用電解液の各実施例について説明したが、続いて、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、クエン酸、クエン酸ナトリウムの好適な配合量について、さらに図２を参照しながら説明する。図２は、本実施形態に係る電解研磨用電解液の比較例１〜８について示す図である。

まず、リン酸二水素カリウムとリン酸水素二カリウムの電解液全体の質量に対する質量配合比の下限について、実施例５のリン酸二水素カリウム４質量％及びリン酸水素二カリウム４質量％が下限に近い値であった。カリウムのリン酸塩であるリン酸二水素カリウム及びリン酸水素二カリウムの配合量が少なくなると、電解液のｐＨが小さくなり、排水基準（ｐＨ５．８〜８．６）を満たさなくなってしまう。

図２に示す比較例１は、リン酸二水素カリウム及びリン酸水素二カリウムの質量配合比がそれぞれ２質量％であり、比較例２は、同質量配合比がそれぞれ３質量％である。比較例１のｐＨは５．４３、比較例２のｐＨは５．７８となっており、排出基準を満たしていない。このように、リン酸二水素カリウムとリン酸水素二カリウムの質量配合比は、電解液の全質量に対してそれぞれ４質量％以上であることが望ましい。

また、リン酸二水素カリウムとリン酸水素二カリウムの質量配合比の上限について、実施例２０のリン酸二水素カリウム１４質量％及びリン酸水素二カリウム１４質量％が上限に近い値であった。リン酸二水素カリウム及びリン酸水素二カリウムの配合量が多くなると、電解研磨作業中に白い結晶（原料であるリン酸カリウムの結晶）の固形物が析出し、焼け取り作業性が大きく低下し、続行が困難になってしまう場合もある。

図２に示す比較例３は、リン酸二水素カリウム及びリン酸水素二カリウムの質量配合比がそれぞれ１５質量％であるが、比較例３の電解研磨用電解液を用いて電解研磨作業を行うと、固形物が析出して作業続行が困難になった。このように、リン酸二水素カリウムとリン酸水素二カリウムの質量配合比は、電解液の全質量に対してそれぞれ１４質量％以下であることが望ましい。

以上、リン酸二水素カリウム及びリン酸水素二カリウムの質量配合比は、それぞれ４〜１４（４以上１４以下）質量％であることが望ましいが、電解研磨用電解液のｐＨをより中性に近づけると共に、電解研磨作業中の固形物の析出を確実に防ぐためには、それぞれ５〜１２質量％であることが望ましく、さらには７〜９質量％であることが望ましい。

次に、クエン酸とクエン酸ナトリウムの電解液全体の質量に対する質量配合比の下限について、実施例２２のクエン酸０．１質量％及びクエン酸ナトリウム０．１質量％が下限に近い値であった。比較例４はクエン酸ナトリウムの配合量を０、比較例５はクエン酸の配合量を０とした電解液であるが、比較例４，５の電解液を用いて電解研磨作業を行っても溶接焼け取りが不十分であったり、表面汚れが発生したりした。

また、クエン酸とクエン酸ナトリウムの電解液全体の質量に対する質量配合比の上限について、実施例２のクエン酸１質量％及びクエン酸ナトリウム３質量％、実施例１２のクエン酸２質量％及びクエン酸ナトリウム２質量％の電解液であれば、溶接焼けを良好に除去することができた。

一方、比較例６はクエン酸４質量％及びクエン酸ナトリウム４質量％の電解液であるが、比較例６のｐＨは５．３５と排水基準を満たしていない。但し、クエン酸の質量配合比が２質量％以下であれば、クエン酸ナトリウムの質量配合比が４質量％であっても排水基準を満たしていた。

以上より、クエン酸の質量配合比は、０．１〜２質量％であることが望ましく、クエン酸ナトリウムの質量配合比は、０．１〜４質量％であることが望ましい。また、電解研磨用電解液のｐＨをより中性に近づけると共に、溶接焼け取りをより効果的に行うためには、クエン酸の質量配合比が０．５〜２質量％、クエン酸ナトリウムの質量配合比が０．５〜２質量％であることが望ましく、さらには、クエン酸の質量配合比が０．８〜２質量％、クエン酸ナトリウムの質量配合比が０．８〜２質量％であることがより望ましい。

次に、リン酸二水素カリウムに対するリン酸水素二カリウムとの質量配合比の下限について、リン酸二水素カリウムの配合量が相対的に大きくなると、電解液の酸性が強くなり排水基準を満たさなくなる。例えば、比較例７のリン酸二水素カリウム１４質量％及びリン酸水素二カリウム４質量％の電解液は、ｐＨが５．４４となり排水基準を満たしていない。よって、リン酸二水素カリウムに対するリン酸水素二カリウムとの質量配合比は、０．５以上であることが望ましい。

また、リン酸二水素カリウムに対するリン酸水素二カリウムとの質量配合比の上限について、実施例２１のリン酸二水素カリウム４質量％及びリン酸水素二カリウム１４質量％が上限に近い値であった。リン酸水素二カリウムの配合量が相対的に大きくなると、溶接焼け取りが不十分であったり、表面汚れが発生したりした。例えば、比較例８のリン酸二水素カリウム２質量％及びリン酸水素二カリウム１６質量％の電解液は、溶接焼け取りが不十分であった。

以上より、リン酸二水素カリウムに対するリン酸水素二カリウムとの質量配合比は、０．５〜４であることが望ましい。また、電解研磨用電解液のｐＨをより中性に近づけると共に、溶接焼け取りをより効果的に行うためには、同質量配合比が０．５〜２．４であることが望ましく、さらには０．７〜１．３であることが望ましい。

次に、クエン酸に対するクエン酸ナトリウムの質量配合比の下限について、実施例１６のクエン酸１．５質量％及びクエン酸ナトリウム０．５質量％が下限に近い値であった。クエン酸の配合量が相対的に大きくなると、各原料の配合量にもよるが、排水基準を満たさなくなったり、溶接焼け取りが不十分であったり、表面汚れが発生したりした。

また、クエン酸に対するクエン酸ナトリウムの質量配合比の上限について、実施例２のクエン酸１質量％及びクエン酸ナトリウム３質量％が上限に近い値であった。クエン酸ナトリウムの配合量が相対的に大きくなると、各原料の配合量にもよるが、排水基準を満たさなくなったり、溶接焼け取りが不十分であったり、表面汚れが発生したりした。

以上より、クエン酸に対するクエン酸ナトリウムの質量配合比は、０．３〜３．５であることが望ましく、さらには０．５〜３であることが望ましい。

以上、詳細に説明した本実施形態に係る電解研磨用電解液によれば、ステンレス鋼に形成された溶接焼けを短時間で綺麗に除去することができる。また、本実施形態に係る電解研磨用電解液のｐＨは排水基準を満たしており、電解研磨作業時の作業者の安全性を確保することができると共に、中和することなく廃棄することができ、作業効率を格段に向上させることができる。

以上、本実施形態について説明したが、本発明の実施形態は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、ステンレス鋼の溶接焼け取りに使用する場合を例に挙げて説明したが、上記実施形態に係る電解研磨用電解液は、ステンレス鋼に限らず、広く含クロム合金鋼の電解研磨に使用することができる。

また、上記実施形態では、直流法の電解研磨に使用する場合を例に挙げて説明したが、交流法の電解研磨にも使用できるのは言うまでもない。

また、上記実施形態に係る電解研磨用電解液として、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、クエン酸、クエン酸ナトリウムのみを配合した水溶液について説明したが、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で、他の添加剤を加えた水溶液としても良い。

Claims

含クロム合金鋼の電解研磨に用いられる電解研磨用電解液において、
リン酸二水素カリウムと、
リン酸水素二カリウムと、
クエン酸と、
クエン酸ナトリウムと、
を含む水溶液であって、
前記水溶液のｐＨが５．８〜８．６であることを特徴とする電解研磨用電解液。
含クロム合金鋼の電解研磨に用いられる電解研磨用電解液において、
リン酸二水素カリウムと、
リン酸水素二カリウムと、
クエン酸と、
クエン酸ナトリウムと、
を含む水溶液であって、
前記水溶液は、その合計質量に対して、４〜１４質量％のリン酸二水素カリウム、４〜１４質量％のリン酸水素二カリウム、０．１〜２質量％のクエン酸、０．１〜４質量％のクエン酸ナトリウムを含むことを特徴とする電解研磨用電解液。
前記リン酸二水素カリウムに対する前記リン酸水素二カリウムの質量配合比が０．５〜４であることを特徴とする請求項２記載の電解研磨用電解液。
前記クエン酸に対する前記クエン酸ナトリウムの質量配合比が０．３〜３．５であることを特徴とする請求項２又は３記載の電解研磨用電解液。