JPH10503240A - ステンレス鋼酸処理 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、以下の工程を包含する、ステンレス鋼表面の洗浄および不動態化方法を包含する：１）上記表面を15〜48ml/リットルの酸処方物と接触させる工程であって、上記酸処方物が約１％と60％との間の酸成分、約１％〜15％の界面活性剤、および約39％と98％との間の水を含有する、工程；２）接触を維持し、上記表面から残渣を追い出しそして取り除く工程；３）接触を持続し、上記表面から遊離した遊離鉄イオンを錯体化し、上記表面上に酸化物フィルムを形成する工程；および４）接触を持続し、上記錯体化したイオンを上記酸化物フィルム中に沈澱させる工程。

Description

【発明の詳細な説明】 ステンレス鋼酸処理発明の背景 本発明は、ガスフロー設備、製剤製造設備、および半導体プロセッシング設備 のようなステンレス鋼表面の洗浄および不動態化のための組成物および方法に関 する。 過去15年間、半導体プロセッシング設備における清浄度の必要が、少なくとも 100倍に増加している。半導体の特徴的なサイズは、過去数年で半分に小さくさ れ、そして充填密度は、同期間に２倍あるいは３倍になった。また、変化速度は 、過去の速度を保持するよりはむしろ加速しているようである。これらの変化と 共に、半導体プロセッシングにおける汚染により引き起こされる問題が、より深 刻にさえなっている。清浄度はまた、健康および製剤工業において重要であり、 処理プロセスの汚染を低減する必要により押し進められる。 過去において、これらのプロセスに使用されるステンレス鋼設備は、ほとんど 一般的には溶媒の使用により洗浄されている。大気汚染およびオペレーターの健 康の危険の問題に加えて、溶媒は完全には洗浄しない。溶媒はフィルムおよび粒 子残渣を残す。超音波洗浄もまた、後の放出のために、粒子を装置のパーツの裂 け目に運び得る。商標Freonで販売されているクロロフルオロカーボン洗浄溶媒 、ならびに1,1,1-トリクロロエタンおよび塩化メチレンは、公知の洗浄溶媒の例 である。 従来の溶媒、方法および装置により洗浄された構成部品の清浄度の欠乏は、問 題であり、ここで活性イオンおよび有機汚染（例えば、有機フィルム）は、構成 部品上に残存する。活性イオン（例えば、金属イオン）は、設備が使用されるべ きプロセスに有害な影響を与え得る。 洗浄された鋼表面の不動態化は、洗浄された湿った鋼のフラッシュ発錆（flas h rusting）のような状態を防止するために重要である。 先行技術において、洗浄された鋼は、しばしば硝酸溶液で処理することにより 不動態化され、発錆しないように変化した表面特性を提供する。アンモニアまた はアミンでアルカリ性にされたクエン酸希釈溶液が、洗浄された鋼表面の不動態 化に使用されている。これらの同じ溶液はまた、亜硝酸ナトリウムと組み合わせ て使用されている。 水溶性アミンが、腐食を低減するために、時々鋼用のラテックスまたは水分散 コーティングに添加される。水溶性アミンはまた、洗浄された鋼用の最終リンス に添加されているが、常に他の物質（例えば、他のアルカリ性化学物質、クエン 酸、亜硝酸ナトリウムなど、そして米国特許第3,072,502号；第3,154,438号；第 3,368,913号；第3,519,458号；および第4,045,253号に例示されている）と組み 合わされ、それゆえ、これらのリンスは、続いて付与された保護コーティングの 最適性能に対して有害な不溶性残渣を鋼表面に残している。 先行技術において、洗浄された鋼は、しばしばアルカリ性亜硝酸ナトリウム溶 液で処理することにより不動態化され、発錆しないように変化した表面特性を提 供する。 アンモニアまたはアミンでアルカリ性にされたクエン酸希釈溶液が、洗浄され た鋼表面の不動態化に使用されている。これらの同じ溶液はまた、亜硝酸ナトリ ウムと組み合わせて使用されている。 米国特許第4,590,100号は、非水性保護コーティングの付与に先だつ腐食を阻 害するために、前もって洗浄された鋼を、ほとんど純粋な水（これは、アミンで わずかにアルカリ性にされる）のリンスで不動態化し得、その結果、水の乾燥後 に鋼表面上に残存するいかなる少量のアミン残渣も、それ自体蒸発し、そしてこ のようにして残存するいかなるアミン残渣も、鋼の表面上にいかなる水溶性また はイオン性残渣も残すことなく、非水性保護コーティング中に取り込まれるプロ セスを記載する。 米国特許第5,252,363号および第5,321,061号は、金属を白銹病から保護し、そ して一般的に塗布可能な表面を提供するために、新たに電気メッキされた金属上 にコーティングを堆積させるのに有用な水性有機樹脂含有組成物を記載する。有 機樹脂は、実質的に少なくとも１つの水分散性または乳濁性エポキシ樹脂、ある いは少なくとも１つの水分散性または乳濁性エポキシ樹脂を含む樹脂混合物から なる。 米国特許第5,039,349号は、半導体プロセッシング設備および製剤プロセッシ ング設備のような表面を、完全またはほぼ完全な清浄度まで洗浄するための方法 および装置を記載し、これは、ジェットが洗浄されるべき表面上を流れ、そして こするように、加熱された洗浄溶液のジェットを噴霧し、リンス液体を生成する ことを含む。リンス液体は、濾過され、そして洗浄されるべき表面上に再循環さ れる。 本発明の目的は、ステンレス鋼表面を洗浄しかつ不動態化する酸ベースの処方 物を提供することである。発明の要旨 本発明は、ステンレス鋼表面を洗浄しかつ不動態化する、ステンレス鋼の処理 方法である。特定すれば、本発明は、以下の工程を包含するステンレス鋼表面の 洗浄および不動態化方法である： １）表面を15〜45ml/リットルの酸処方物と接触させる工程であって、該酸処 方物が約１％と60％との間の酸成分、約１％〜15％の界面活性剤、および約39％ と98％との間の水を含有する、工程； ２）接触を維持し、上記表面から残渣を追い出しそして取り除く工程； ３）接触を持続し、上記表面から遊離した遊離鉄イオンを錯体化し、上記表面 上に酸化物フィルムを形成する工程；および ４）接触を持続し、錯体化したイオンを上記酸化物フィルム中に沈澱させる工 程。 界面活性剤は、アニオン性、カチオン性、非イオン性、および両性イオン性界 面活性剤からなる群から選択され、洗浄性能を増強する。発明の詳細な説明 本発明によるステンレス鋼の処理方法は、酸成分および水を含有する組成物を ステンレス鋼表面に接触させる工程を包含する。組成物は、ステンレス鋼表面の 使用の間（例えば、製剤または半導体プロセッシングの間）にステンレス鋼表面 上に形成した残渣を表面から取り除き、同時にステンレス鋼表面から遊離した遊 離鉄イオンを錯体化し、そしてステンレス鋼表面上に酸化物フィルムを形成し、 そして錯体化したイオンを酸化物フィルム中に沈澱させることにより、ステンレ ス鋼表面を処理する。 本発明の方法に有用な組成物は、約１％と60％との間の酸成分、約１％〜15％ の界面活性剤、および約39％と98％との間の水を含有する。特に指示しない限り 、全ての量は、重量／重量パーセントである。 界面活性剤は、アニオン性、カチオン性、非イオン性、および両性イオン性界 面活性剤からなる群から選択され、洗浄性能を増強する。このような界面活性剤 の例は、水溶性塩または高級脂肪酸モノグリセリドモノサルフェート（例えば、 水素化やし油脂肪酸のモノサルフェート化モノグリセリドのナトリウム塩）、高 級アルキルサルフェート（例えば、ラウリル硫酸ナトリウム）、アルキルアリー ルスルホネート（例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム）、高級アル キルスルホアセテート、1,2ジヒドロキシプロパンスルホネートの高級脂肪酸エ ステル、および低級脂肪族アミノカルボン酸化合物の実質的に飽和の高級脂肪族 アシルアミド（例えば、脂肪酸、アルキル基またはアシル基中に12〜16個の炭素 を有するもの）などを包含するが、これらに限定されない。最後に述べたアミド の例は、N-ラウロイルサルコシン、ならびにN-ラウロイル、N-ミリストイル、ま たはN-パルミトイルサルコシンのナトリウム、カリウム、およびエタノールアミ ン塩である。 さらなる例は、エチレンオキシドと、疎水性長鎖（例えば、約12〜20個の炭素 原子の脂肪族鎖）を有する種々の反応性水素含有化合物との縮合生成物であり、 この縮合生成物（「エトキサマー（ethoxamer）」）（例えば、ポリ（エチレン オキシド）と脂肪酸、脂肪アルコール、脂肪アミド、多価アルコール（例えば、 ソルビタンモノステアレート）およびポリプロピレンオキシド（例えば、Pluron ic物質）との縮合生成物）は、親水性ポリオキシエチレン部分を含む。 Miranol JEM（Rhone-Poulenc,Cranbury,New Jerseyから入手可能な双性カルボ キシレート界面活性剤）が、代表的に適切な界面活性剤である。 本発明に適切な酸成分は、ヒドロキシ酢酸およびクエン酸を包含する。リン酸 がまた使用され、遊離鉄イオンを対応するリン酸塩として共沈させることにより 、表面を不動態化し得る。酢酸は、本発明の方法に適切ではない。必要に応じて 、組成物は、１つ以上の酸成分を含有し得る。 本発明に適切な水は、蒸留水、軟水、または硬水であり得る。 ステンレス鋼表面を洗浄および不動態化するための本発明の方法は、以下の工 程を包含する： １）表面を15〜45ml/リットルの酸処方物と接触させる工程であって、該酸処 方物が約１％と60％との間の酸成分、約１％〜15％の界面活性剤、および約39％ と98％との間の水を含有する、工程； ２）接触を維持し、上記表面から残渣を追い出しそして取り除く工程； ３）接触を持続し、上記表面から遊離した遊離鉄イオンを錯体化し、上記表面 上に酸化物フィルムを形成する工程；および ４）接触を持続し、錯体化したイオンを上記酸化物フィルム中に沈澱させる工 程。 本発明のプロセスにより、洗浄および不動態化の両方は、最初の処理の約20〜 30分以内で達成される。好ましくは、本方法は以下の工程を包含する： １）表面を22〜38ml/リットルの酸処方物と接触させる工程であって、該酸処 方物が約15％と40％との間の酸、約１％〜15％の界面活性剤、および約59％と84 ％との間の水を含有する、工程； ２）接触を維持し、上記表面から残渣を追い出しそして取り除く工程; ３）接触を持続し、上記表面から遊離した遊離鉄イオンを錯体化し、上記表面 上に酸化物フィルムを形成する工程；および ４）接触を持続し、錯体化したイオンを上記酸化物フィルム中に沈澱させる工 程。 １つの好ましい実施態様において、本方法は以下の工程を包含する： １）表面を22〜38ml/リットルの酸処方物と接触させる工程であって、上記酸 処方物が約15％と40％との間のヒドロキシ酢酸、約１％〜15％の界面活性剤、お よび約59％と84％との間の水を含有する、工程； ２）接触を維持し、上記表面から残渣を追い出しそして取り除く工程； ３）接触を持続し、上記表面から遊離した遊離鉄イオンを錯体化し、上記表面 上に酸化物フィルムを形成する工程；および ４）接触を持続し、錯体化したイオンを上記酸化物フィルム中に沈澱させる工 程。 別の好ましい実施態様において、本方法は以下の工程を包含する： １）表面を22〜38ml/リットルの酸処方物と接触させる工程であって、該酸処 方物が約15％と40％との間のクエン酸、約１％〜15％の界面活性剤、および約59 ％と84％との間の水を含有する、工程； ２）接触を維持し、上記表面から残渣を追い出しそして取り除く工程； ３）接触を持続し、上記表面から遊離した遊離鉄イオンを錯体化し、上記表面 上に酸化物フィルムを形成する工程；および ４）接触を持続し、錯体化したイオンを上記酸化物フィルム中に沈澱させる工 程。 別の実施態様において、上記酸は、リン酸であり、そして錯体化したイオンは 、フィルム中に沈澱する鉄リン酸塩を形成する。 本発明の１つの特定の実施態様において、洗浄されかつ不動態化されるべきス テンレス鋼の製造容器に存在する製剤生成物のような物質は、容器から取り除か れる。取り除かれるべき物質の塊は、容易にステンレス鋼の容器から流れ出るが 、残渣フィルムはステンレス鋼表面に残存したままである。 本発明に使用される組成物は、いくつかの方法のうちの１つ以上で、フィルム コート表面と接触させられる。フィルムコート表面に接触させる１つの方法は、 全てのフィルムコート表面が組成物と接触するように、フィルムコート表面上に 組成物をふりまく固定スプレーボール機構（fixed spray-ball mechanism）の使 用による。フィルムコート表面に接触させる別の方法は、容器内の種々の位置で 、全てのフィルムコート表面が組成物と接触するように、フィルムコート表面上 に組成物をふりまく柔軟性スプレーボール機構（flexible spray-ball mechanis m）の使用による。別の方法は、全てのフィルムコート表面が組成物と接触する ように、容器を充填することである。 接触が開始された後、フィルムは追い出され、そして組成物中に可溶化される か、分散されるかまたは乳濁され、そして容器から取り除かれる。遊離鉄イオン は、表面から遊離し、そして表面上に酸化物フィルムを形成する。鉄の錯体化イ オンは、酸化物フィルム中に沈澱する。容器から取り除かれた組成物は、必要に 応じて廃棄されるか、または再利用される。 本発明の方法を用いて、ステンレス鋼は、１つの処理で洗浄および不動態化さ れ得る。本方法は、ステンレス鋼表面の洗浄に加えて、不動態保護フィルムを提 供する。 実施例２の表２は、本発明の方法を用いて得られた不動態化特性を評価する研 究から得られたデータを示す。１年当たりのmil(MPY)で電気化学的に測定された 腐食速度は、最初は高いが、不動態フィルムが形成された後に急速に降下し、そ して低いままである。続いてこれらの不動態化電極を同一の処方物の新たな溶液 に曝すと、先に形成された不動態フィルムの保護効果により腐食速度は上昇しな い。腐食反応が開始すると、遊離した遊離鉄イオンが錯体化される。酸成分に曝 すと、酸化物フィルムが金属表面上に形成する。錯体は容易に沈澱し、そして酸 化物フィルムに取り込まれ、酸化物フィルムの完全性を増強する。 実施例１（コントロール） ステンレス鋼316電極を、34％硝酸溶液（ステンレス鋼表面の不動態化に使用 する標準溶液）で処理した。電極を新たに希釈した溶液に浸漬し、そして腐食速 度（１年当たりのmilで測定される）をモニターすることにより、腐食速度プロ フィールを作製した。プロフィールは、短時間の初期腐食を示し、保護フィルム を形成し、続いて長時間実質的にさらなる腐食を示さなかった。 実施例２ 酸を水に添加することにより、以下の処方物を有する組成物を調製した： 各処方物を、31ml/リットルの濃度まで希釈し、ステンレス鋼316電極を80℃で 希釈した処方物に浸漬し、そして腐食速度（１年当たりのmilで測定される）の モニターを続けることにより評価した。また、水のみを評価した。表２は、表１ に記載の処方物１、２、または３、あるいは水を用いて得られた腐食速度を示す 。 データは、ステンレス鋼の特定の酸処方物への曝露が初期腐食効果を引き起こ し、この結果不動態フィルム処方物が形成し、続いて時間にわたり腐食速度が低 下することを示す。 実施例３ 製剤発酵容器の洗浄および不動態化 洗浄されかつ不動態化されるべきステンレス鋼製剤発酵容器に存在する製剤生 成物を、容器から取り除く。生成物の塊を取り除いた後、残渣フィルムはステン レス鋼表面上に残存する。29.4％のヒドロキシ酢酸および70.6％の水の希釈（31 ml/リットル）組成物を、フィルムコート表面上に噴霧する。フィルムを追い出 し、組成物中に分散させ、そして容器から取り除く。遊離鉄イオンが表面から遊 離し、そして表面上に酸化物フィルムを形成する。鉄の錯体化イオンは、酸化物 フィルム中に沈澱する。容器から取り除いた組成物を、必要に応じて廃棄するか または再利用する。 フィルムコート表面と酸および界面活性剤の組成物との間の接触の最初の20〜 30分以内に、不動態化保護酸化物フィルムが表面上に形成する。 本発明の方法を用いて、ステンレス鋼は、１つの処理で洗浄および不動態化さ れ得る。本方法は、ステンレス鋼表面の洗浄に加えて、不動態保護フィルムを提 供する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．以下の工程を包含する、ステンレス鋼表面の洗浄および不動態化方法： １）該表面を15〜45ml/リットルの酸処方物と接触させる工程であって、該酸 処方物が約１％と60％との間の酸成分、約１％〜15％の界面活性剤、および約39 ％と98％との間の水を含有する、工程； ２）接触を維持し、該表面から残渣を追い出しそして取り除く工程； ３）接触を持続し、該表面から遊離した遊離鉄イオンを錯体化し、該表面上に 酸化物フィルムを形成する工程；および ４）接触を持続し、該錯体化したイオンを該酸化物フィルム中に沈澱させる工 程。 ２．以下の工程を包含する、請求項１に記載の方法： １）該表面を22〜38ml/リットルの酸処方物と接触させる工程であって、該酸 処方物が約15％と40％との間の酸成分、約１％〜15％の界面活性剤、および約59 ％と84％との間の水を含有する、工程； ２）接触を維持し、該表面から残渣を追い出しそして取り除く工程； ３）接触を持続し、該表面から遊離した遊離鉄イオンを錯体化し、該表面上に 酸化物フィルムを形成する工程；および ４）接触を持続し、該錯体化したイオンを該酸化物フィルム中に沈澱させる工 程。 ３．以下の工程を包含する、請求項２に記載の方法： １）該表面を22〜38ml/リットルの酸処方物と接触させる工程であって、該酸 処方物が約15％と40％との間のヒドロキシ酢酸、約１％〜15％の界面活性剤、お よび約59％と84％との間の水を含有する、工程； ２）接触を維持し、該表面から残渣を追い出しそして取り除く工程； ３）接触を持続し、該表面から遊離した遊離鉄イオンを錯体化し、該表面上に 酸化物フィルムを形成する工程；および ４）接触を持続し、該錯体化したイオンを該酸化物フィルム中に沈澱させる工 程。 ４．以下の工程を包含する、請求項２に記載の方法： １）該表面を22〜38ml/リットルの酸処方物と接触させる工程であって、該酸 処方物が約15％と40％との間のクエン酸、約１％〜15％の界面活性剤、および約 59％と84％との間の水を含有する、工程； ２）接触を維持し、該表面から残渣を追い出しそして取り除く工程； ３）接触を持続し、該表面から遊離した遊離鉄イオンを錯体化し、該表面上に 酸化物フィルムを形成する工程；および ４）接触を持続し、該錯体化したイオンを該酸化物フィルム中に沈澱させる工 程。 ５．以下の工程を包含する、請求項２に記載の方法： １）該表面を22〜38ml/リットルの酸処方物と接触させる工程であって、該酸 処方物が約15％と40％との間のリン酸、約１％〜15％の界面活性剤、および約59 ％と84％との間の水を含有する、工程； ２）接触を維持し、該表面から残渣を追い出しそして取り除く工程； ３）接触を持続し、該表面から遊離した遊離鉄イオンを錯体化し、該表面上に 酸化物フィルムを形成する工程；および ４）接触を持続し、該錯体化したイオンを該酸化物フィルム中に沈澱させる工 程。