JP7299012B2 - 不動態化処理方法、不動態化処理液及び不動態化処理容器 - Google Patents
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Description
本開示は、不動態化処理方法、不動態化処理液及び不動態化処理容器に係り、特に、ステンレス鋼部品を不動態化処理する不動態化処理方法、不動態化処理液及び不動態化処理容器に関する。
水門や原子力設備部品等のステンレス鋼部品の製作工程において、溶接、切断などの加工によりステンレス鋼部品の耐食性を担う不動態皮膜が除去される。このため、ステンレス鋼部品の組み立て後には、一般的に不動態化処理が行われている。ステンレス鋼部品の不動態化処理方法には、加温した硝酸水溶液等の強酸性溶液にステンレス鋼部品を浸漬して不動態化処理する方法が行われている（特許文献１参照）。
ところで、ステンレス鋼部品を強酸性溶液に浸漬して不動態化処理する場合には、強酸性溶液からなる不動態化処理液を、例えば４０℃から８０℃に加温して処理することが行われている。このためステンレス鋼部品を強酸性溶液に浸漬して不動態化処理する場合には、不動態化処理液を加温する加温装置が必要になるので処理設備が複雑になる可能性がある。このことから、例えば、ステンレス鋼部品を据付現場で不動態化処理する場合には、ステンレス鋼部品の不動態化処理が困難になる場合がある。
そこで本開示の目的は、ステンレス鋼部品をより簡易に不動態化処理することが可能なステンレス鋼部品の不動態化処理方法、不動態化処理液及び不動態化処理容器を提供することである。
本開示に係る不動態化処理方法は、ステンレス鋼部品の不動態化処理方法であって、前記ステンレス鋼部品を、光触媒活性物質と、場合により増粘剤および配位子化合物より選択された一以上と、水と、残部不可避的不純物よりなる不動態化処理液に浸漬または塗布し、紫外線及び可視光線の少なくとも一方を照射して不動態化処理する不動態化処理工程を備えることを特徴とする。
本開示に係る不動態化処理方法において、前記光触媒活性物質は、二酸化チタンまたは三酸化タングステンとしてもよい。
本開示に係る不動態化処理方法において、二酸化チタンの結晶構造は、アナターゼ型としてもよい。
本開示に係る不動態化処理方法において、前記不動態化処理液における前記光触媒活性物質の含有率は、０．１質量％以上としてもよい。
本開示に係る不動態化処理方法において、前記不動態化処理液は、増粘剤を含んでいてもよい。
本開示に係る不動態化処理方法において、前記不動態化処理液における前記増粘剤の含有率は、０質量％より大きく１０質量％以下としてもよい。
本開示に係る不動態化処理方法において、前記不動態化処理液は、鉄イオンを捕捉する配位子化合物を含んでいてもよい。
本開示に係る不動態化処理液は、ステンレス鋼部品を不動態化処理する不動態化処理液であって、前記不動態化処理液は、光触媒活性物質と、場合により増粘剤および配位子化合物より選択された一以上と、水と、残部不可避的不純物よりなることを特徴とする。
上記構成によれば、不動態化処理液を加温する必要がないので、ステンレス鋼部品をより簡易に不動態化処理することが可能となる。
［第一実施形態］
以下に本開示の第一実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、ステンレス鋼部品の不動態化処理方法の構成を示すフローチャートである。
以下に本開示の第一実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、ステンレス鋼部品の不動態化処理方法の構成を示すフローチャートである。
まず、ステンレス鋼部品について説明する。ステンレス鋼部品は、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト・フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、析出硬化型ステンレス鋼等で形成されている。これらのステンレス鋼は、Ｆｅ－Ｃｒ系合金、Ｆｅ－Ｃｒ－Ｎｉ系合金、Ｆｅ－Ｃｒ－Ｎｉ－Ｍｏ系合金、Ｆｅ－Ｃｒ－Ｎｉ－Ｍｏ－Ｃｕ系合金、Ｆｅ－Ｃｒ－Ｎｉ－Ｍｎ系合金等からなり、例えば、Ｃｒを１２質量％以上含有しているＦｅ系合金であるとよい。ステンレス鋼部品は、例えば、水門、インペラ、原子力設備部品等とすることが可能である。
前処理工程（Ｓ１０）は、ステンレス鋼部品の表面の自然酸化皮膜を除去する工程である。ステンレス鋼部品に不動態皮膜を形成する前に、ステンレス鋼部品の表面に自然発生的に形成された耐食性が低い自然酸化皮膜を除去するとよい。
ステンレス鋼部品の前処理には、硝フッ酸溶液等を使用した酸洗処理や、機械研磨、電解研磨、電解砥粒研磨等の研磨処理を用いることが可能である。ステンレス鋼部品の表面を酸洗処理や研磨処理することにより、ステンレス鋼部品の表面に形成された自然酸化皮膜を除去することができる。また、ステンレス鋼部品の表面を研磨処理することにより、溶接や切断等の加工で形成された加工面を平滑化することができる。なお、ステンレス鋼部品の前処理として、脱脂洗浄処理を合わせて行うとよい。ステンレス鋼部品の酸洗処理、研磨処理、脱脂洗浄処理については、一般的な金属材料の前処理に用いられる方法が適用可能である。
不動態化処理工程（Ｓ１２）は、ステンレス鋼部品を、光触媒活性物質と、水とを含む不動態化処理液に浸漬または塗布し、紫外線及び可視光線の少なくとも一方を照射して不動態化処理する工程である。まず、ステンレス鋼部品を不動態化処理する不動態化処理液について説明する。図２は、不動態化処理液１０を溜めた不動態化処理容器１２の構成を示す模式図である。
不動態化処理液１０は、光触媒活性物質１４と、水とを含んで構成されている。光触媒活性物質１４は、紫外線及び可視光線の少なくとも一方が照射されると、水や、水中の溶存酸素等と光触媒反応して、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）や活性酸素（Ｏ２
―）を生成することができる。より詳細には、光触媒活性物質１４は、水を酸化してヒドロキシラジカル（・ＯＨ）を生成する。また、光触媒活性物質１４は、水中の溶存酸素を還元して活性酸素（Ｏ２
―）を生成する。ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）や活性酸素（Ｏ２
―）は、例えばオゾンよりも強い酸化力を有している。これにより、ステンレス鋼部品の表面で不動態化反応が生じ、ステンレス鋼部品の表面に不動態皮膜を形成することができる。
光触媒活性物質１４には、紫外線応答型の光触媒活性物質や、可視光応答型の光触媒活性物質等を用いることが可能である。光触媒活性物質１４は、二酸化チタン（ＴｉＯ２）または三酸化タングステン（ＷＯ３）とするとよい。これらの光触媒活性物質１４は、優れた光触媒活性を発現することができる。二酸化チタンには、結晶構造がアナターゼ型の二酸化チタンを用いてもよく、結晶構造がルチル型の二酸化チタンを用いてもよい。二酸化チタンには、アナターゼ型の二酸化チタンを用いるとよい。アナターゼ型の二酸化チタンは、ルチル型の二酸化チタンよりも、約１０倍の光触媒活性を有しているからである。二酸化チタンには、Ｃｒ，Ｆｅ，Ｖ，Ｍｎ等の遷移金属イオンが含まれていてもよい。また、二酸化チタンは、三酸化タングステンよりも安価であるので、不動態化処理コストを低減することができる。二酸化チタンや三酸化タングステン等の光触媒活性物質１４には、市販品を用いることができる。
光触媒活性物質１４は、粉末状のものを用いるとよい。粉末状の光触媒活性物質１４を用いることにより、不動態化処理液１０中に光触媒活性物質１４を分散させることができる。粉末状の光触媒活性物質１４を用いる場合には、粉末粒子の平均粒子径が１ｎｍ以上１０μｍ以下とするとよい。粉末状の光触媒活性物質１４の平均粒子径が１ｎｍより小さいと、不動態化処理液１０中で粉末粒子が凝集して分散し難くなるからである。粉末状の光触媒活性物質１４の平均粒子径が１０μｍより大きくなると、不動態化処理液１０中に粉末粒子を均一に分散させることが難しくなるからである。粉末状の光触媒活性物質１４の平均粒子径が１ｎｍ以上１０μｍ以下である場合には、不動態化処理液１０中に粉末粒子をより均一に分散させることができる。なお、平均粒子径とは、例えば、レーザ回折・散乱法で測定した粒子の粒度分布を用いて、粒径の小さい方から粒度分布の結果を累積し、その累積した値が５０％となる粒度（メディアン直径）である。
不動態化処理液１０における光触媒活性物質１４の含有率は、０．１質量％以上とするとよく、０．５質量％以上とすることが好ましい。不動態化処理液１０における光触媒活性物質１４の含有率が０．１質量％より小さい場合には、不動態化処理液１０中に生成するヒドロキシラジカル（・ＯＨ）や活性酸素（Ｏ２
―）が少なくなるので、不動態化処理時間が長くなる可能性があるからである。不動態化処理液１０における光触媒活性物質１４の含有率の上限は、特に限定されないが、例えば、５０質量％以下とするとよい。不動態化処理液１０中の光触媒活性物質１４の含有率が５０質量％であれば、不動態化処理液１０中にヒドロキシラジカル（・ＯＨ）や活性酸素（Ｏ２
―）を十分に生成可能であるからである。
不動態化処理液１０は、増粘剤を含んでいてもよい。不動態化処理液１０に増粘剤を含ませることにより不動態化処理液１０の粘性が高くなり、例えばゲル状やペースト状等になる。これにより不動態化処理液１０をステンレス鋼部品に塗布等して不動態化処理する場合でも、ステンレス鋼部品の表面に不動態化処理液１０が保持され易くなる。
増粘剤は、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、キサンタンガム、ペクチン、グアーガム、タマリンドガム、カラギーナン、プロピレングリコール等の有機系増粘剤を用いることができる。増粘剤は、これらの有機系増粘剤を単独で用いてもよいし、複数の有機系増粘剤を組み合わせて用いてもよい。
増粘剤には、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を用いることが好ましい。カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）は、水に溶解し易いからである。また、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）は、半合成高分子であるので、他の天然高分子（グアーガム、カラギーナン等）よりも紫外線等が照射されたときに分解し難いからである。更に、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）は、キサンタンガムやペクチン等の有機系増粘剤よりも安価であり、入手性がよいからである。
不動態化処理液１０における増粘剤の含有率は、０質量％より大きく１０質量％以下であるとよい。不動態化処理液１０における増粘剤の含有率が１０質量％より大きくなると、不動態化処理液１０の粘性が高くなり過ぎるからである。不動態化処理液１０の粘性が高くなり過ぎると、ステンレス鋼部品を不動態化処理液１０に浸漬するときに、ステンレス鋼部品が湿潤状態になり難くなる場合がある。また、不動態化処理液１０の粘性が高くなり過ぎると、ステンレス鋼部品に不動態化処理液１０を塗布するときに、均一に塗布できない場合がある。
不動態化処理液１０は、鉄イオンを捕捉する配位子化合物を含んでいるとよい。鉄イオンを捕捉する配位子化合物は、ステンレス鋼部品の表面における鉄イオンを捕捉して、ステンレス鋼部品の表面から鉄イオンを除去することができる。これにより不動態皮膜中のクロム成分をより濃化させることができるので、不動態皮膜の耐食性を向上させることが可能となる。また、鉄イオンを捕捉する配位子化合物が鉄イオンを捕捉して鉄錯体化合物を形成した場合には、鉄錯体化合物は、紫外線や可視光線を吸収することにより、エネルギを吸収して励起状態になる。これにより不動態化処理液１０中で、疑似的な光合成反応が生じる。より詳細には、この疑似的な光合成反応は、不動態化処理液１０中で電子と正電荷が分離し、電子を受けた側は水素を発生し、正電荷を受けた側は酸素を発生し、不動態化処理液１０中の水の電気分解が生じる。この結果、不動態化処理液１０中には、より多くの酸素が供給されるので活性酸素（Ｏ２
―）が多くなり、光触媒反応や不動態化反応を促進することができる。
鉄イオンを捕捉する配位子化合物には、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、ピリジン、ピロール、１、１０-フェナントロリン一水和物、２、２’－ビピリジン、水溶性ポルフィリン等の水溶性の配位子化合物を用いることが可能である。これらの鉄イオンを捕捉する配位子化合物は、水溶性であるので、不動態化処理液１０に溶解することができる。鉄イオンを捕捉する配位子化合物には、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、１、１０-フェナントロリン一水和物、２、２’－ビピリジン、水溶性ポルフィリンを用いるとよい。エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、１、１０-フェナントロリン一水和物、２、２’－ビピリジン、水溶性ポルフィリンは、ピリジンやピロールよりも高分子であることから、不動態化処理液１０中に生成するヒドロキシラジカル（・ＯＨ）や活性酸素（Ｏ２
―）により酸化や分解され難いからである。これらの鉄イオンを捕捉する配位子化合物には、市販品を用いることができる。
不動態化処理液１０における鉄イオンを捕捉する配位子化合物の含有率は、０質量％より大きく０．１質量％以下であるとよい。不動態化処理液１０中の鉄イオンを捕捉する配位子化合物の含有率が０．１質量％であれば、ステンレス鋼部品の表面の鉄イオンを十分に捕捉可能であるからである。
不動態化処理液１０は、有機溶媒を含んでいてもよい。不動態化処理液１０が有機溶媒を含まない場合には、水の比誘電率が高いので、光触媒反応により生成したヒドロキシラジカル（・ＯＨ）が水と反応し易くなり、水の分解を促進し易くなる。これによりステンレス鋼部品を不動態化処理するために使用されるヒドロキシラジカル（・ＯＨ）が減少する可能性がある。これに対して不動態化処理液１０中に有機溶媒を含む場合には、有機溶媒は水よりも比誘電率が低く分解し難いので、生成したヒドロキシラジカル（・ＯＨ）が不動態化反応を優先的に起すようにすることができる。
有機溶媒には、エタノール、メタノール、アセトン、ジメチルスルホキシド等の水溶性の有機溶媒を用いることができる。有機溶媒には、アセトン、エタノール、メタノールを用いるとよい。アセトン、エタノール、メタノールは、ジメチルスルホキシドより比誘電率が小さいからである。有機溶媒には、アセトン、エタノールを用いることが好ましい。アセトン、エタノールは、メタノールよりも比誘電率が更に小さいからである。これらの有機溶媒には、市販品を用いることができる。
不動態化処理液１０中の有機溶媒の含有率は、０．１質量％以上５０質量％以下とするとよい。有機溶媒の含有率が０．１質量％より小さい場合には、光触媒反応により生成したヒドロキシラジカル（・ＯＨ）が水の分解を促進し易くなり、不動態化処理するためのヒドロキシラジカル（・ＯＨ）が減少する可能性があるからである。有機溶媒の含有率が５０質量％より大きい場合には、不動態化処理液１０中の水分の含有率が小さくなるので、光触媒反応により生成するヒドロキシラジカル（・ＯＨ）や活性酸素（Ｏ２
―）が少なくなるからである。
不動態化処理液１０に含まれる水は、特に限定されないが、水道水、イオン交換水（脱イオン水）等を用いることが可能である。このように不動態化処理液１０は、中性で構成されており、硝酸水溶液やクロム酸水溶液等の強酸性溶液を用いる必要がないので、環境負荷を低減することができる。
ステンレス鋼部品は、不動態化処理液１０に浸漬または塗布し、紫外線及び可視光線の少なくとも一方を照射して不動態化処理される。図３は、ステンレス鋼部品１６を不動態化処理液１０に浸漬して不動態化処理する方法を説明するための模式図である。
ステンレス鋼部品１６は、不動態化処理容器１２に溜めた不動態化処理液１０に浸漬される。次に、光源１８から不動態化処理液１０に紫外線及び可視光線の少なくとも一方が照射される。光源１８は、例えば、不動態化処理容器１２に溜めた不動態化処理液１０に対して鉛直方向上方に配置することができる。光源１８は、光触媒活性物質１４に光触媒反応を生じさせるために、紫外線のみを照射してもよいし、可視光線のみを照射してもよいし、紫外線と可視光線の両方を照射してもよい。光触媒活性物質１４が紫外線応答型である場合には、光源１８から紫外線（例えば、波長が２００ｎｍ～３８０ｎｍ）を含む光線が照射される。光触媒活性物質１４が可視光線応答型である場合には、光源１８から可視光線（例えば、波長が３８０ｎｍ～８００ｎｍ）を含む光線が照射される。例えば、光触媒活性物質１４に紫外線応答型の二酸化チタンを用いる場合には、光源１８から紫外線を含む光線が照射される。
不動態化処理液１０に含まれる光触媒活性物質１４は、紫外線及び可視光線の少なくとも一方が照射されることにより、水や、水中の溶存酸素と反応して、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）や活性酸素（Ｏ２
―）を生成する。そして、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）や活性酸素（Ｏ２
―）は、ステンレス鋼部品１６の表面と不動態化反応して不動態皮膜を形成する。不動態化処理中は、不動態化処理液１０を攪拌機等で撹拌するとよい。これにより、不動態化処理液１０中に、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）や活性酸素（Ｏ２
―）を、ステンレス鋼部品１６の周りに均一に分散させることができる。また、不動態化処理液１０を撹拌することにより、不動態化処理液１０中に分散されている光触媒活性物質１４の凝集を抑制することができる。不動態化反応後には、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）や活性酸素（Ｏ２
―）は、不安定物質であることから、水や酸素に分解される。これにより環境負荷を更に低減することができる。なお、不動態化処理後には不動態皮膜が形成されたステンレス鋼部品１６を水洗するとよい。
紫外線及び可視光線の少なくとも一方の光線の照射時間は、例えば、３０分間から１時間程度とするとよい。光源１８は、紫外線及び可視光線の少なくとも一方が照射可能であればよく、特に限定されない。光源１８には、例えば、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、蛍光灯、ＬＥＤ等を用いることができる。
ステンレス鋼部品１６に不動態化処理液１０を塗布して不動態化処理する場合には、一般的な塗布方法が適用可能である。不動態化処理液１０の塗布方法には、刷毛塗り、へら塗り、ローラ塗り、スプレーによる噴霧等を用いることができる。塗装手段や塗装装置についても、塗料等の塗布に用いられる一般的な刷毛、へら、ローラ、スプレーガン等を用いることができる。そして、不動態化処理液１０を塗布したステンレス鋼部品１６に光源１８から紫外線及び可視光線の少なくとも一方を照射して不動態化処理すればよい。
ステンレス鋼部品１６に不動態化処理液１０を塗布して不動態化処理する場合には、不動態化処理液１０に増粘剤が含まれているとよい。これにより不動態化処理液１０がペースト状やゲル状等になるので、不動態化処理液１０がステンレス鋼部品１６に保持されやすくなる。また、ステンレス鋼部品１６の据付現場で不動態化処理する場合や、ステンレス鋼部品１６が水門等の大型部品である場合にも、容易に不動態化処理することができる。
次に、ステンレス鋼部品１６の表面に形成される不動態皮膜について説明する。図４は、不動態皮膜２０が形成されたステンレス鋼部品１６の構成を示す図である。不動態皮膜２０は、ステンレス鋼部品１６の表面に形成されるＣｒ酸化物層２２と、Ｃｒ酸化物層２２の表面に形成されるＦｅとＣｒとの水酸化物層２４と、を備えている。Ｃｒ酸化物層２２は、酸化クロム（例えば、Ｃｒ２Ｏ３等）で形成されている。不動態化処理液１０に鉄イオンを捕捉する配位子化合物が含まれている場合には、鉄イオンがこの配位子化合物にトラップされるので、水酸化物層２４中のクロム濃度が高くなる。これにより、不動態皮膜２０の耐食性をより向上させることができる。
以上、上記構成によれば、ステンレス鋼部品を、光触媒活性物質と、水とを含む不動態化処理液に浸漬または塗布し、紫外線及び可視光線の少なくとも一方を照射して不動態化処理するので、不動態化処理液を加温する必要がなく、常温で不動態化処理することができる。これにより、ステンレス鋼部品をより簡易に不動態化処理することができるので、ステンレス鋼部品の据付現場でも不動態化処理が可能となる。
上記構成によれば、光触媒反応で生成する酸化力が大きいヒドロキシラジカル（・ＯＨ）や活性酸素（Ｏ２
―）でステンレス鋼部品の表面と不動態化反応させて不動態皮膜を形成するので、大気環境下に放置して不動態皮膜を自然生成させるよりも短期間で不動態皮膜を形成することができる。
上記構成によれば、光触媒活性物質と、水とを含む不動態化処理液を用いて不動態化処理するので、強酸性溶液を用いる必要がない。このように、上記構成によれば、中性の不動態化処理液を用いて不動態化処理するので、環境負荷を低減することができる。また、光触媒反応で生成するヒドロキシラジカル（・ＯＨ）や活性酸素（Ｏ２
―）は不安定物質であることから、不動態化処理後には水や酸素等に分解する。これにより環境負荷を更に低減することができる。
［第二実施形態］
次に、本開示の第二実施形態について図面を用いて詳細に説明する。第二実施形態におけるステンレス鋼部品の不動態化処理方法は、第一実施形態と不動態化処理工程が相違している。なお、第一実施形態と同様の構成には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
次に、本開示の第二実施形態について図面を用いて詳細に説明する。第二実施形態におけるステンレス鋼部品の不動態化処理方法は、第一実施形態と不動態化処理工程が相違している。なお、第一実施形態と同様の構成には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
ステンレス鋼部品の不動態化処理方法は、ステンレス鋼部品を、光触媒活性物質で形成される光触媒層が内面に設けられた不動態化処理容器に溜められており、水を含む不動態化処理液に浸漬し、紫外線及び可視光線の少なくとも一方を照射して不動態化処理する不動態化処理工程を備えている。なお、不動態化処理工程の前には、ステンレス鋼部品の表面の自然酸化皮膜を除去する前処理工程を備えているとよい。この前処理工程は、第一実施形態の前処理工程（Ｓ１０）と同様であるので詳細な説明を省略する。
まず、ステンレス鋼部品を不動態化処理する不動態化処理容器について説明する。図５は、不動態化処理容器３０の構成を示す図である。不動態化処理容器３０は、容器本体３２と、容器本体３２の内面に設けられ、光触媒活性物質で形成される光触媒層３４を備えている。容器本体３２は、ステンレス鋼部品１６を不動態化処理液に浸漬可能に構成されている。容器本体３２は、金属材料や合成樹脂等で形成することができる。
光触媒層３４は、容器本体３２の内面に設けられ、光触媒活性物質で形成されている。光触媒層３４を形成する光触媒活性物質には、第一実施形態の光触媒活性物質１４と同様のものを適用可能である。光触媒層３４は、例えば、二酸化チタン（ＴｉＯ２）または三酸化タングステン（ＷＯ３）で形成することができる。光触媒層３４は、容器本体３２の内面の全面に被覆されていてもよいし、容器本体３２の内面の一部に設けられていてもよい。光触媒層３４が容器本体３２の内面の一部に設けられている場合には、光触媒層３４が容器本体３２の底面のみに設けられていてもよいし、容器本体３２の内周面のみに設けられていてもよい。光触媒層３４の厚みは、例えば、０．１μｍ以上１００μｍ以下とするとよい。光触媒層３４の厚みが０．１μｍより小さいと、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）や活性酸素（Ｏ２
―）が生成し難くなるからである。光触媒層３４の厚みが１００μｍより大きいと、光触媒層３４が剥離し易くなるからである。
光触媒層３４は、例えば、物理蒸着法（ＰＶＤ法）や化学蒸着法（ＣＶＤ法）等により形成することができる。物理蒸着法には、一般的なスパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法等を用いるとよい。また、光触媒層３４は、粉末状の光触媒活性物質をバインダと混合してペースト状にして容器本体３２の内面に塗布することにより形成することも可能である。
図６は、不動態化処理容器３０を用いた不動態化処理方法を説明するための図である。ステンレス鋼部品１６は、不動態化処理容器３０に溜めた水を含む不動態化処理液４０に浸漬し、紫外線及び可視光線の少なくとも一方を照射して不動態化処理される。不動態化処理容器３０には、水を含む不動態化処理液４０が溜められている。不動態化処理液４０の水には、第一実施形態の不動態化処理液１０の水と同様の水道水やイオン交換水（脱イオン水）等を用いることができる。不動態化処理液４０は、更に、第一実施形態の不動態化処理液１０と同様の増粘剤、鉄イオンを捕捉する配位子化合物、有機溶媒を含んでいてもよい。
次に、光源１８から不動態化処理容器３０の光触媒層３４に向けて紫外線及び可視光線の少なくとも一方が照射される。光源１８は、例えば、不動態化処理容器３０に溜めた不動態化処理液４０に対して鉛直方向上方に配置することができる。光触媒層３４は、紫外線及び可視光線の少なくとも一方が照射されることにより、水や、水中の溶存酸素と反応して、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）や活性酸素（Ｏ２
―）を生成する。そして、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）や活性酸素（Ｏ２
―）は、ステンレス鋼部品の表面と不動態化反応して不動態皮膜を形成する。紫外線及び可視光線の少なくとも一方の光線の照射時間は、例えば、３０分間から１時間程度とするとよい。光源１８は、第一実施形態の光源１８と同様のものを適用可能である。不動態化処理中は、不動態化処理液４０を攪拌機等で撹拌するとよい。
なお、上記構成では、不動態化処理液４０に光触媒活性物質が含まれていないが、不動態化処理液４０に光触媒活性物質を含ませるようにしてもよい。不動態化処理液４０が光触媒活性物質を含む場合には、不動態化処理容器３０に紫外線及び可視光線の少なくとも一方を照射することにより、不動態化処理容器３０の光触媒層３４と、不動態化処理液４０中の光触媒活性物質とにより、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）や活性酸素（Ｏ２
―）を生成することができる。これにより、ステンレス鋼部品１６の不動態化処理を促進することが可能となる。不動態化処理液４０に含ませる光触媒活性物質には、第一実施形態の不動態化処理液１０に含まれる光触媒活性物質１４と同様のものを用いるとよい。
以上、上記構成によれば、ステンレス鋼部品を、光触媒活性物質で形成される光触媒層が内面に設けられた不動態化処理容器に溜められており、水を含む不動態化処理液に浸漬し、紫外線及び可視光線の少なくとも一方を照射して不動態化処理することにより、不動態化処理液を加温する必要がなく、常温で不動態化処理することができる。これにより、ステンレス鋼部品をより簡易に不動態化処理することができるので、ステンレス鋼部品の据付現場でも不動態化処理が可能となる。
上記構成によれば、光触媒反応で生成する酸化力が大きいヒドロキシラジカル（・ＯＨ）や活性酸素（Ｏ２
―）でステンレス鋼部品の表面と不動態化反応させて不動態皮膜を形成するので、大気環境下に放置して不動態皮膜を自然生成させるよりも短期間で不動態皮膜を形成することができる。
上記構成によれば、水を含む不動態化処理液を用いて不動態化処理するので、強酸性溶液を用いる必要がない。このように、上記構成によれば、中性の不動態化処理液を用いて不動態化処理するので、環境負荷を低減することができる。また、光触媒反応で生成するヒドロキシラジカル（・ＯＨ）や活性酸素（Ｏ２
―）は不安定物質であることから、不動態化処理後には水や酸素等に分解する。これにより環境負荷を更に低減することができる。
不動態皮膜の耐孔食性を評価するため耐食性評価試験を行った。
（試験片の前処理）
試験片には、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４の冷間圧延鋼板で形成された矩形状の板材を用いた。試験片の寸法は、長さ１００ｍｍ、幅６０ｍｍ、板厚１．２ｍｍとした。前処理として、試験片を酸洗処理して自然酸化皮膜を除去した。酸洗処理は、試験片を硝フッ酸溶液に１時間浸漬させることにより行った。硝フッ酸溶液には、ラスノンウエルＭ５００－Ｆを使用した。
試験片には、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４の冷間圧延鋼板で形成された矩形状の板材を用いた。試験片の寸法は、長さ１００ｍｍ、幅６０ｍｍ、板厚１．２ｍｍとした。前処理として、試験片を酸洗処理して自然酸化皮膜を除去した。酸洗処理は、試験片を硝フッ酸溶液に１時間浸漬させることにより行った。硝フッ酸溶液には、ラスノンウエルＭ５００－Ｆを使用した。
（不動態皮膜の形成）
実施例１の試験片における不動態皮膜の形成方法について説明する。まず、不動態皮膜を形成するための不動態化処理液について説明する。不動態化処理液は、イオン交換水５００ｍｌに、光触媒活性物質である二酸化チタン（ＩＶ）粉末を撹拌・分散させて作製した。二酸化チタン粉末には、結晶構造がアナターゼ型のものを用いた。二酸化チタン粉末の平均粒子径は、３μｍから１０μｍとした。不動態化処理液中の二酸化チタン粉末の含有率は、１質量％とした。次に、作製した不動態化処理液をトレイに入れ、前処理した試験片を不動態化処理液に浸漬させた。そして、紫外線照射装置（低圧水銀ランプ）により、不動態化処理液に紫外線を１時間照射して不動態皮膜を形成した。
実施例１の試験片における不動態皮膜の形成方法について説明する。まず、不動態皮膜を形成するための不動態化処理液について説明する。不動態化処理液は、イオン交換水５００ｍｌに、光触媒活性物質である二酸化チタン（ＩＶ）粉末を撹拌・分散させて作製した。二酸化チタン粉末には、結晶構造がアナターゼ型のものを用いた。二酸化チタン粉末の平均粒子径は、３μｍから１０μｍとした。不動態化処理液中の二酸化チタン粉末の含有率は、１質量％とした。次に、作製した不動態化処理液をトレイに入れ、前処理した試験片を不動態化処理液に浸漬させた。そして、紫外線照射装置（低圧水銀ランプ）により、不動態化処理液に紫外線を１時間照射して不動態皮膜を形成した。
次に、比較例１の試験片の処理方法について説明する。処理液は、二酸化チタン粉末を含まず、イオン交換水のみで構成した。前処理した試験片を作製した処理液（イオン交換水）に浸漬して、紫外線を照射せずに処理することにより比較例１の試験片とした。
（耐食性評価試験）
実施例１及び比較例１の各試験片について、耐孔食性を評価するために耐食性評価試験を行った。まず、耐食性評価試験方法について説明する。耐食性評価試験については、ＪＩＳ Ｇ ０５７８－２０００のステンレス鋼の塩化第二鉄腐食試験方法に準拠して行った。具体的には、各試験片を５０℃、０．２ｍｏｌ/ｌ塩酸酸性の２０質量％塩化第二鉄溶液に４時間浸漬させて、各試験片の浸漬時間に対する重量変化を測定した。そして、各試験片について、腐食速度（単位時間当たりの腐食減量）を求めた。
実施例１及び比較例１の各試験片について、耐孔食性を評価するために耐食性評価試験を行った。まず、耐食性評価試験方法について説明する。耐食性評価試験については、ＪＩＳ Ｇ ０５７８－２０００のステンレス鋼の塩化第二鉄腐食試験方法に準拠して行った。具体的には、各試験片を５０℃、０．２ｍｏｌ/ｌ塩酸酸性の２０質量％塩化第二鉄溶液に４時間浸漬させて、各試験片の浸漬時間に対する重量変化を測定した。そして、各試験片について、腐食速度（単位時間当たりの腐食減量）を求めた。
図７は、耐食性評価試験の結果を示すグラフである。図７のグラフでは、縦軸に各試験片を取り、横軸に腐食速度（ｇ／ｍ２・ｈｒ）を取り、各試験片の腐食速度を棒グラフで示している。なお、各試験片の耐食性については、腐食速度が大きいほど耐食性が低く、腐食速度が小さいほど耐食性が高いことを示している。実施例１の試験片の腐食速度は、約１００（ｇ／ｍ２・ｈｒ）であった。比較例１の試験片の腐食速度は、約５００（ｇ／ｍ２・ｈｒ）であった。この試験結果から、実施例１の試験片は、耐食性に優れていることがわかった。このように、光触媒活性物質である二酸化チタン粉末と、水とを含む不動態化処理液を用いて紫外線を照射してステンレス鋼部品に不動態化処理することにより、不動態皮膜の形成が可能であることが明らかになった。
１０、４０ 不動態化処理液
１２、３０ 不動態化処理容器
１４ 光触媒活性物質
１６ ステンレス鋼部品
１８ 光源
２０ 不動態皮膜
２２ Ｃｒ酸化物層
２４ 水酸化物層
３２ 容器本体
３４ 光触媒層
１２、３０ 不動態化処理容器
１４ 光触媒活性物質
１６ ステンレス鋼部品
１８ 光源
２０ 不動態皮膜
２２ Ｃｒ酸化物層
２４ 水酸化物層
３２ 容器本体
３４ 光触媒層
Claims (8)
- ステンレス鋼部品の不動態化処理方法であって、
前記ステンレス鋼部品を、光触媒活性物質と、場合により増粘剤および配位子化合物より選択された一以上と、水と、残部不可避的不純物よりなる不動態化処理液に浸漬または塗布し、紫外線及び可視光線の少なくとも一方を照射して不動態化処理する不動態化処理工程を備えることを特徴とする不動態化処理方法。 - 請求項１に記載の不動態化処理方法であって、
前記光触媒活性物質は、二酸化チタンまたは三酸化タングステンであることを特徴とする不動態化処理方法。 - 請求項２に記載の不動態化処理方法であって、
二酸化チタンの結晶構造は、アナターゼ型であることを特徴とする不動態化処理方法。 - 請求項１から３のいずれか１つに記載の不動態化処理方法であって、
前記不動態化処理液における前記光触媒活性物質の含有率は、０．１質量％以上であることを特徴とする不動態化処理方法。 - 請求項１から４のいずれか１つに記載の不動態化処理方法であって、
前記不動態化処理液は、増粘剤を含むことを特徴とする不動態化処理方法。 - 請求項５に記載の不動態化処理方法であって、
前記不動態化処理液における前記増粘剤の含有率は、０質量％より大きく１０質量％以下であることを特徴とする不動態化処理方法。 - 請求項１から６のいずれか１つに記載の不動態化処理方法であって、
前記不動態化処理液は、鉄イオンを捕捉する配位子化合物を含むことを特徴とする不動態化処理方法。 - ステンレス鋼部品を不動態化処理する不動態化処理液であって、
前記不動態化処理液は、光触媒活性物質と、場合により増粘剤および配位子化合物より選択された一以上と、水と、残部不可避的不純物よりなることを特徴とする不動態化処理液。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018235292A JP7299012B2 (ja) | 2018-12-17 | 2018-12-17 | 不動態化処理方法、不動態化処理液及び不動態化処理容器 |
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