JP7249617B2

JP7249617B2 - 海洋生物の付着を防止したニッケル銅合金及びその製造方法

Info

Publication number: JP7249617B2
Application number: JP2017216253A
Authority: JP
Inventors: 寛子嶋田
Original assignee: 嶋田金属株式会社
Priority date: 2017-11-09
Filing date: 2017-11-09
Publication date: 2023-03-31
Anticipated expiration: 2037-11-09
Also published as: JP2019085628A

Description

本発明は、海洋生物の付着を防止可能な、海中での使用に適したニッケル銅合金及びその製造方法に関する。

発電プラントや化学プラント等では、例えば、海水を冷却水として使用するため、海中に配管等を浸漬させて取水している。この配管等には、海中の貝類や藻類等の生物（即ち、海洋生物）が付着するため、これらの除去作業を定期的に行っており、多大な労力と費用を費やしている。
また、海水を冷却水として使用する熱交換器の管板の材料に、腐食の防止を目的として、ネーバル黄銅、チタン、白銅（キュプロニッケル：Ｃｕｐｒｏｎｉｃｋｅｌ）、ステンレス鋼を使用しているが、これらの材料は海洋生物の付着を防止する機能を有しない。

そこで、特許文献１には、海水と接触する耐食面をベリリウム銅合金（ＢｅＣｕ）にすることが提案されている。具体的には、ＢｅＣｕ中のＢｅの量が０．０１～１５．０原子％と記載され、更に、Ｂｅの他に、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｓ、Ｓｂのうちの一種以上を含有してもよいことが記載されている。
また、特許文献２には、Ｂｅ：０．２～１．０質量％、Ｎｉ：１．４～２．２質量％、残部Ｃｕ及び不可避的不純物からなるベリリウム銅合金が開示されている。

特開平９－２６４６８７号公報特許第２５０９４１４号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、ＢｅＣｕ中のＢｅの量の範囲が極めて広く（最小値に対する最大値が１５００倍と極めて大きく）、実際の操業では、再度の実験を行ってＢｅの量を決める必要がある。
また、ＢｅＣｕ中にＮｉを入れることも記載されているが、量が未定である。
また、特許文献２の技術では、ＢｅＣｕがＢｅを０．２～１．０質量％含むことが記載されているが、Ｂｅは、その比重が約１．８と小さく、また、比較的高価な金属であることから、必要以上のＢｅを使用しないことが好ましい。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、実際に実験を行って、ベリリウムの量を制限し、従来よりも貝類や藻類等の生物の付着を抑制、更には防止可能な海洋生物の付着を防止したニッケル銅合金及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る海洋生物の付着を防止したニッケル銅合金は、海中で使用される、又は、海水と接触する構造物の材料となる、白銅とＢｅからなるニッケル銅合金であって、
前記白銅は、Ｎｉを９．０質量％以上１１．０質量％以下、Ｍｎを０．０２質量％以上１．０質量％以下、Ｆｅを１．０質量％以上１．８質量％以下、Ｚｎを０又は０を超え０．５０質量％以下、Ｐｂを０又は０を超え０．０２質量％以下、含み、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなり、かつ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、及び、Ｎｉの合計量が９９．５質量％以上であり、前記ニッケル銅合金は、前記Ｂｅを０．０２質量％以上０．０５質量％以下含ませた。

前記目的に沿う第２の発明に係る海洋生物の付着を防止したニッケル銅合金の製造方法は、海中で使用される、又は、海水と接触する構造物の材料となる、白銅とＢｅからなるニッケル銅合金の製造方法であって、
Ｎｉを９．０質量％以上１１．０質量％以下、Ｍｎを０．０２質量％以上１．０質量％以下、Ｆｅを１．０質量％以上１．８質量％以下、Ｚｎを０又は０を超え０．５０質量％以下、Ｐｂを０又は０を超え０．０２質量％以下、含み、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなり、かつ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、及び、Ｎｉの合計量が９９．５質量％以上である前記白銅の溶湯に、前記Ｂｅを含有量が前記ニッケル銅合金の０．０２質量％以上０．０５質量％以下となるように添加して凝固させる。

本発明に係る海洋生物の付着を防止したニッケル銅合金及びその製造方法は、Ｎｉを９．０質量％以上１１．０質量％以下含む白銅にＢｅが添加され、Ｂｅの含有量を０．０２質量％以上０．０５質量％以下にするので、従来よりも貝類や藻類等の生物の付着を抑制、更には防止できる。これにより、従来よりも、配管等のメンテナンス作業を行う頻度を低減できる。

（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ海中への浸漬前の従来例に係る試験材の写真、実施例に係る試験片の写真である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ海中への浸漬後の従来例に係る試験材の写真、実施例に係る試験片の写真である。鉄製の板、白銅製の円盤、及び、ニッケル銅合金製の板の海中への浸漬後の写真である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
本発明の一実施の形態に係る海洋生物の付着を防止したニッケル銅合金（以下、単にニッケル銅合金ともいう）は、従来よりも貝類や藻類等の生物の付着を抑制、更には防止可能な、海中での使用に適した材料である。以下、詳しく説明する。

ニッケル銅合金（Ｎｉ－Ｃｕ合金）は、Ｎｉ（ニッケル）を含む銅合金に、Ｂｅ（ベリリウム）を含ませたものである。
銅合金は、Ｎｉを８．０質量％以上２０．０質量％以下含有する合金であり、例えば、白銅である。具体的には、Ｎｉを９．０質量％以上１１．０質量％以下、Ｍｎ（マンガン）を１．０質量％以下（下限は、０質量％でもよいが、実際には０．０２質量％程度、上限は、０．５０質量％が好ましく、更には０．２０質量％が好ましい）、Ｆｅ（鉄）を１．０質量％以上１．８質量％以下、Ｚｎ（亜鉛）を０．５０質量％以下（０質量％でもよい）、Ｐｂ（鉛）を０．０２質量％以下（０質量％でもよい）、含み、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる。なお、この白銅をＣｕ分析した場合、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、及び、Ｎｉの合計量は９９．５質量％以上である。

ニッケル銅合金が含有するＢｅ量は、０．０２質量％以上１．８質量％以下である（即ち、ニッケル銅合金中のＢｅを除いた量が上記した銅合金の量となる）。
ここで、Ｂｅの含有量が０．０２質量％未満の場合、Ｂｅの添加による効果が小さ過ぎて、貝類や藻類等の生物が付着し易くなる。一方、Ｂｅの含有量が１．８質量％超の場合、本発明者らが試験を行った知見によると、貝類や藻類等の生物が付着し易くなった。
従って、ニッケル銅合金中のＢｅ量を、０．０２質量％以上１．８質量％以下としたが、下限を０．０３質量％、上限を０．１０質量％、更には０．０５質量％とすることが好ましい。

上記したニッケル銅合金は、使用環境に応じて種々の形状に加工し使用できる。
例えば、鋳造加工や塑性加工を行い、継手（フランジやエルボ）、配管、線材等の部品（構造物）に加工して使用できる。
また、薄板材（例えば、厚さが４ｍｍ以下程度）に加工し、この薄板材をそのまま、又は、他の板材に貼り合わせて、使用することもできる。
更に、例えば、電気めっきや溶融めっき等を用いて他の材料にめっきしたり、また、溶射等を用いて他の材料に被覆したりして、使用することもできる。

続いて、本発明の一実施の形態に係る海洋生物の付着を防止したニッケル銅合金の製造方法について説明する。
ニッケル銅合金は、Ｂｅの含有量が０．０２質量％以上１．８質量％以下（下限が０．０３質量％、上限が０．１０質量％、更には０．０５質量％）となるように、Ｎｉを含む銅合金の溶湯にＢｅを添加して撹拌した後、凝固させることで得られる。
なお、前記したように、銅合金には、Ｎｉを８．０質量％以上２０．０質量％以下含む合金、例えば白銅を使用できる。

この銅合金は、上記した組成となるように各金属を秤量し、溶解炉で溶解することで得られる。
使用にあっては、溶解炉で溶解させたニッケル銅合金（Ｂｅ含有）を、鋳型へ注入して冷却し凝固させたり、また、凝固させた後に塑性加工を施したりすることができる。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
まず、生物の付着状況を確認するため、生物繁茂期の７月初旬より数ヶ月間、条件の異なる海中に、図１（Ａ）に示す試験材（従来例）と、図１（Ｂ）に示す試験片（実施例１）を、それぞれ浸漬させた結果について説明する。なお、図１（Ａ）に示す試験材は、鉄（ＳＳ４００）、ステンレス（ＳＵＳ３０４）、及び、銅（Ｃ１２２０）で構成され、図１（Ｂ）に示す試験片は、Ｎｉを含む銅合金に前記した構成の白銅（Ｎｉの含有量：１０．０質量％）を使用し、Ｂｅの含有量を０．０４質量％（誤差も含めると０．０３質量％～０．０５質量％）にしたニッケル銅合金で構成されたものである。

（試験１）
図１（Ａ）に示す試験材と図１（Ｂ）に示す試験片をそれぞれ、外海と河口の水が混じり合う湾内の海中に４ヶ月間浸漬させた。その結果を、以下に説明する。
試験材を構成する鉄の部分には、赤錆、土、藻類、及び、フジツボの付着が確認され、ステンレスと銅の各部分には、土、藻類、及び、フジツボの付着が確認された。
一方、ニッケル銅合金製の試験片には、貝類や藻類等の生物の付着がなかった。

（試験２）
図１（Ａ）に示す試験材と図１（Ｂ）に示す試験片をそれぞれ、港湾の海中に３ヶ月間浸漬させた。その結果を、以下に説明する。
試験材については、図２（Ａ）に示すように、その全体に管棲多毛類（エゾカサネカンザシ）が付着した。このエゾカサネカンザシは、円筒形の殻を造り、殻の口から鰓を出して呼吸し、また、餌をとるものであり、殻は石灰質で強固に付着するものである。
一方、試験片については、図２（Ｂ）に示すように、試験片が取付けられたロープに、上記した管棲多毛類が付着していたが、ニッケル銅合金製の試験片には、貝類や藻類等の生物の付着がなかった。

続いて、冬の海中に、鉄（ＳＳ４００）製の板（比較例１）、前記した構成の白銅（Ｎｉの含有量：１０．０質量％）製の円盤（比較例２）、及び、ニッケル銅合金製の板（実施例２）を、それぞれ浸漬させた結果について、図３を参照しながら説明する。なお、ニッケル銅合金製の板は、Ｎｉを含む銅合金に前記した構成の白銅（Ｎｉの含有量：１０質量％）を使用し、Ｂｅの含有量を０．０４質量％（誤差も含めると０．０３質量％～０．０５質量％）にしたニッケル銅合金で構成されている。
図３に示すように、鉄製の板（右端）については、その全体に貝類や藻類等の生物が付着した。また、白銅製の円盤（中央）については、鉄製の板よりも生物の付着を抑制できたが、部分的に付着が確認された。
一方、ニッケル銅合金製の板（左端）については、生物の付着がなかった。

更に、Ｂｅの含有量が１．８質量％以下のニッケル銅合金製の試験片についても、上記と同様の条件で試験を行ったが、上記した実施例１、２と同様、貝類や藻類等の生物の付着はなかった。しかし、Ｂｅの含有量が１．８質量％を超えたニッケル銅合金製の試験片については、貝類や藻類等の生物の付着が確認された。
以上のことから、本発明の海洋生物の付着を防止したニッケル銅合金及びその製造方法により、従来よりも貝類や藻類等の生物の付着を抑制、更には防止できることを確認できた。これにより、従来よりも、配管等のメンテナンス作業を行う頻度を低減できる。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の海洋生物の付着を防止したニッケル銅合金及びその製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。

Claims

海中で使用される、又は、海水と接触する構造物の材料となる、白銅とＢｅからなるニッケル銅合金であって、
前記白銅は、Ｎｉを９．０質量％以上１１．０質量％以下、Ｍｎを０．０２質量％以上１．０質量％以下、Ｆｅを１．０質量％以上１．８質量％以下、Ｚｎを０又は０を超え０．５０質量％以下、Ｐｂを０又は０を超え０．０２質量％以下、含み、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなり、かつ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、及び、Ｎｉの合計量が９９．５質量％以上であり、前記ニッケル銅合金は、前記Ｂｅを０．０２質量％以上０．０５質量％以下含ませたことを特徴とする海洋生物の付着を防止したニッケル銅合金。
海中で使用される、又は、海水と接触する構造物の材料となる、白銅とＢｅからなるニッケル銅合金の製造方法であって、
Ｎｉを９．０質量％以上１１．０質量％以下、Ｍｎを０．０２質量％以上１．０質量％以下、Ｆｅを１．０質量％以上１．８質量％以下、Ｚｎを０又は０を超え０．５０質量％以下、Ｐｂを０又は０を超え０．０２質量％以下、含み、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなり、かつ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、及び、Ｎｉの合計量が９９．５質量％以上である前記白銅の溶湯に、前記Ｂｅを含有量が前記ニッケル銅合金の０．０２質量％以上０．０５質量％以下となるように添加して凝固させることを特徴とする海洋生物の付着を防止したニッケル銅合金の製造方法。