JP6189639B2 - 鋳物表面の清浄方法 - Google Patents
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Description
化物が残留するなど不具合が多々経験されている。この解決には、経験的に負荷電圧を変えたり(結果的に負荷電流密度を変化させている)、溶融アルカリ塩を変えたり、再処理したりする方法が対症療法的に行われている。
(1)鋳物表面を電解清浄するに当たり、溶融アルカリ塩として、水酸化ナトリウムに水酸化カリウム0.5〜10%、塩化ナトリウム3〜15%、アルミン酸ナトリウム0.5〜7%の1種または2種以上を加えた溶融アルカリ塩を温度330〜550℃に加熱溶融した浴中に鋳物製品を浸漬し、電解条件として鋳物製品にアノード電解とカソード電解の順に、アノード電解電流密度を+15mA/cm2 〜+100mA/cm2 の範囲に、カソード電解電流密度を−15mA/cm2 〜−100mA/cm2 の範囲に連続的に負荷し、かつ、アノード電解、カソード電解いずれの場合も、10〜60分間の電解を行った後に、更に、常温から80℃の酸性浴中に1〜10分間浸漬、水洗、乾燥処理して、残留する微小酸化物、炭化物、さびなどの除去と表面安定化することを特徴とする鋳物材料の表面清浄方法にある。
鋳造鋳物製品の内部細孔表面の品質向上を目的に、従来から行われていた電解処理プロセスの問題を電気化学的な手法を用いて解析し、表面清浄との関係を定量的に評価した。それによってこれまで製造工程、処理工程で経験されていた種々の異物残存や黒茶色表面、むら模様など表面不具合(炭化物、離型剤や酸化物や反応生成物の残留)を解消し、鋳物表面を安定的、効率的に除去することが出来る鋳物材料の表面清浄方法を確立した。
先ず、発明者等は、鋳物を溶融アルカリ塩中で電解処理する場合に、電解時に鋳物製品の表面でどのような反応が生じているか、定量評価が可能な電気化学的に電流−電位曲線(以下、分極曲線という)の測定を行った。高温溶融塩中で安定的に分極曲線を測定評価するためには、適用する溶融アルカリ塩成分に合った参照電極を適用することが望ましい。参照電極として、水酸化ナトリウムを主体とする溶融塩で安定した電位測定と取り扱いが簡易なことから、金/水/酸素(Au/H2 O/O2 )電極を用い、種々の溶融アルカリ塩中での鋳物材料(鋳物製品から、10mm幅×50mm長さ×1mm厚さの短冊状試料を切り出し、表面を400番エメリー研磨後、アセトン脱脂した測定用材料を用いた。)の高温溶融アルカリ塩中の分極曲線を測定した。これによって得られた分極曲線を図1に示した。
下、アノード電解という)、陰極電解(以下、カソード電解という)時の素反応を考える。アノード方向に分極した場合、鋳物の分極曲線は、ほぼ同じで溶融アルカリ塩成分による影響は小さい。いずれのアルカリ塩成分系でも自然浸漬電位(−550から−400mVの間)から、アノード方向に分極すると、−300mVまでアノード電流は増大し、−300mV〜+0mVまでは、約+20mA/cm2 の定常電流密度を示した。この間は、素地の溶解とO2 発生を伴い、炭化物の分解反応が生じる。更に、0mV以上では、急激な電流の増大が観測される。この領域では、OH−の酸化反応によりO2 ガス発生反応が生じている。
mA/cm2 の還元電流が観測される。これは、溶融塩中に含有されるO2 の還元による限界拡散電流である。更に、約−1200mVから−1850mVまで電流密度は、−10〜−100mA/cm2 の範囲で漸増する。この約−1200mVから−1850mVの間の電流密度の変化は、溶融アルカリ塩中での特徴的な還元挙動を示している。
明らかとなった。アノード反応には、大きな変化は見られないが、特に、カソード反応において、図1の曲線c,d,eに示すように、負荷電位−1250mVから−1800mVの範囲において、含有量に応じて大きく電流密度が増大(カソード反応の促進)する。アルミン酸ナトリウムNa2 Al2 O4 (Na2 O・Al2 O3 )を溶融アルカリ塩中に含有させると、Na2 Oの増大をもたらし、水分の活量を変化させる。その結果、上記電位範囲で水分の還元反応を促進するものと考えられる。
面に残留する微少酸化物の剥離を物理的に促進するバブル効果もあると考えられる。更に、鋳物製品の内部の複雑な細孔部表面での還元反応を促進する役割を有しており、カソード電解における還元効率の向上に極めて効果的な役割を果たしている。このようにカソード電流密度を負荷することによって表面汚れや炭化物、微少残留物のない均質な表面を得るには、カソード分極曲線のどの電位領域に保持することが必要かは、これまで経験則で定量的な評価はまったく行われていなかった。
トリウムに水酸化カリウム0.5〜10%、塩化ナトリウム3〜15%、アルミン酸ナトリウム0.5〜7%を1種または2種以上を添加することが好ましい。
時の電流、電位負荷条件と鋳物表面の白色度との関係を詳細に検討した。
表1または表2は、20mm×5mm×50mmの短冊状鋳物を用い、それぞれの溶融塩組成において、アノード電流、カソード電流を負荷した電解条件と処理後の表面状態との関係をまとめたものである。全面灰白色が全面均一であるものを○、灰白色であるが部分的に黒灰色のむら模様が現れたものを△、灰黒色でむら模様のあるものを×で表示した。また、後述する電解処理後の第一段後の処理した表面状態も同様の表示をした。
て処理した結果、いずれの場合も、電解電流密度が±8mA/cm2 、±10mA/cm2 で表面は灰黒色となった。電流密度±15mA/cm2 〜±100mA/cm2 負荷した場合はいずれも表面は均質な灰白色化する。更に、電流密度±120mA/cm2 〜±150mA/cm2 負荷した場合では表面は灰白色化するが、部分的に黒灰色のむら模様が現れた。上記の結果は、図1で示したように、鋳物の溶融アルカリ塩中での分極挙動、特にカソード分極の電位範囲(−1250mV〜−1950mV)、電流密度範囲(−15mA/cm2 〜−120mA/cm2 )での還元反応が、表面清浄に大きく影響することが明らかとなった。
よって、微少残留物や酸化物の残留しない均質な表面仕上げるために、後処理を行った場合(酸洗処理と防錆処理の2段処理)の表面の評価結果を表1および表2に合わせて示した。後処理は、酸洗処理と防錆処理の2段処理からなり、前述の電解処理後、連続して行った。第一段の酸洗処理には、リン酸塩系(例えば、製品番号PK−RSOP/パーカーコーポレーション製)を適用した。処理液濃度5〜10%、温度60℃で5分間程度処理した。アノード電流密度、カソード電流密度±15mA/cm2 〜±100mA/cm2の範囲の処理物は、いずれも灰白色の均一な表面が得られた。
負荷し、その後負荷するカソード電流密度を−15mA/cm2 〜−100mA/cm2の(電位は、−1250mV〜−1850mVに相当する)範囲に負荷する。アノード電流密度は、素地溶解反応とOH−やカーボンなどの酸化反応を促進する下限値として+15mA/cm2 、上限は、過酸化反応を抑制するため+100mA/cm2 とするが、経済的な観点から+50mA/cm2 で良い。
電解処理後の表面は、溶鋼が鋳型に直接鋳込まれたままの表面になっていて、ミクロ的に規則性のある表面であるが、細かな凹凸表面になっている。この表面は、電解処理で灰白色の表面になるが、ミクロ的には、電解時の小さな反応生成物や酸化物が残留することがあり、これらが基点となってさびなどを誘発することがある。このため、微少残留物を除去し更に均質な表面に仕上げるため、電解処理後に酸洗処理を施す。この酸洗処理は、表層の汚れ除去だけでなく、積極的に表層に安定皮膜を形成させる目的がある。そのため通常の塩酸、硫酸浸漬処理でもよいが、リン酸主体の酸を用いる。これによって表面にリン酸鉄の薄い表層皮膜を生成させる。皮膜生成条件として、濃度5〜10%、80℃×1分の浸漬処理で良い。
用途によってさまざまである。そのため、輸送期間や倉庫に保管したりする期間に無用な表面錆等の劣化が生じさせない工夫が必要となっている。電解処理⇒酸洗処理された表面を一定期間安定に保つために防錆処理を施す。実用的には、3週間ほどの室温大気中放置でさび発生が認められないことが要求される。そのための条件として防錆処理は、防錆材(PK6005CP)/(株)パーカーコーポレーション製など)を80℃×1分の浸漬処理で良い。
部品の作動安定性を確保する上で極めて重要である。本発明は、溶融アルカリ塩中の電解条件を正確に制御し、電解処理後の後処理を加えた一貫した処理工程により表面品質の優れた製品を供給できるようになった。
代表的な溶融塩アルカリ組成1(NaOH:100%)、組成2(NaOH:88%,NaCl:10%,Na2 Al2 O4 :2%,KOH:0.5%)と、組成3(NaOH:85%,NaCl:10%,Na2 Al2 O4 :5%)、組成4(NaOH:87%,NaCl:10%,Na2 Al2 O4 :2%,KOH:0.5%)及び組成5(NaOH:83%,NaCl:10%,Na2 Al2 O4 :2%,KOH:5%)の380℃、及び480℃で溶融アルカリ塩中に鉄製バスケットに所定の個数の鋳物を配置して浸漬し、アノードとカソード電解を20分間行い、更に、後処理を加えた連続処理を行った。実際の鋳物製品は、内部に入り組んだ細孔を有しており、装荷した鋳物の数に見合う所定の電流密度を負荷するため、鋳物製品の一個当たりの内外表面積と処理個数から全表面積を求め、鋳物を装荷したバスケット全体にアノード及びカソード全電流を負荷した。
評価した。評価は、それぞれ処理ロットから、任意の場所から取り出した2ケの処理鋳物を半割して、目視で内外表面の清浄性を評価した。適正な電解条件では、均一な灰白色の表面が得られた。各製品鋳物のサイズが異なっていもて、いずれの溶融アルカリ塩中において適正な負荷電流密度(アノード電流密度、カソード電流密度それぞれ±15mA/cm2 〜±100mA/cm2 の範囲)が付与されれば、常に安定した良好な表面が得られることが確認された。
し、水洗した後乾燥)後、任意の箇所から処理鋳物2ケを取り出し、半割して目視で内外表面の清浄性を評価した。アノード電流密度、カソード電流密度±15mA/cm2 〜±100mA/cm2 の範囲の処理物は、いずれも灰白色の均一な表面が得られた。更に、第一段後処理後、第二段後処理(防錆処理、濃度5%、60℃×1分浸漬し取出し大気中放置)したのち、それぞれ処理ロットから、任意の場所から取り出した2ケの鋳物を室温大気中に3週間放置し、外表面でのさび発生有無で評価した。3週間放置でいずれの鋳物もさび発生が認められなかった。
特許出願人 株式会社パーカーコ−ポレーション
代理人 弁理士 椎 名 彊
Claims (1)
- 鋳物表面を電解清浄するに当たり、溶融アルカリ塩として、水酸化ナトリウムに水酸化カリウム0.5〜10%、塩化ナトリウム3〜15%、アルミン酸ナトリウム0.5〜7%の1種または2種以上を加えた溶融アルカリ塩を温度330〜550℃に加熱溶融した浴中に鋳物製品を浸漬し、電解条件として鋳物製品にアノード電解とカソード電解の順に、アノード電解電流密度を+15mA/cm2 〜+100mA/cm2の範囲に、カソード電解電流密度を−15mA/cm2 〜−100mA/cm2 の範囲に連続的に負荷し、かつ、アノード電解、カソード電解いずれの場合も、10〜60分間の電解を行った後に、更に、常温から80℃の酸性浴中に1〜10分間浸漬、水洗、乾燥処理して、残留する微小酸化物、炭化物、さびなどの除去と表面安定化することを特徴とする鋳物材料の表面清浄方法。
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