JPS60243289A - 酸洗処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は酸洗処理方法に関し、さらに詳しくは金属材料
、特に、チタン、ステンレス鋼等の酸洗処理方法に関す
る。

［従来技術］ 一般に金属材料、特に、チタンやステンレス鋼等の板や
管、線等を熱間加工により製造した場合に、その表面に
酸化スケールが生成し、この酸化スケールは最終製品と
して仕上げる前に除去する必要がある。

しかし、このチタン、ステンレス鋼等の表面に生成した
スケールは非常に安定しており、酸やアルカリに可溶性
ではないことが多いので、一旦、ショツトブラストやサ
ンドブラスト等により、スケールに微細な割れを生成さ
せてから、その後、ＨＮＯ３−ＨＦ浴中で浸漬すること
により、スケールの割れているところから、ＨＮＯ３−
ＨＦ混酸が浸透して素地チタン、ステンレス鋼を腐蝕さ
せてスケールを素地から剥離すると共に、素地表面性状
を美麗にしている。

このように、チタン、ステンレス鋼等の酸洗には、ＨＮ
Ｏ，−ＨＦ混酸浴が使用されているが、この浴は次のよ
うな特性を有し、最良の酸洗浴として位置づけられてい
た。

（１）ＨＦの作用により酸洗速度が速い。

（２）ＨＮＯ，は酸洗速度の向上効果があると共に、チ
タンに対しては水素吸収抑制剤として作用している。

しかしながら、社会状勢の変化と共に、この酸洗浴に対
して、次のような問題が発生してきた。

け）酸洗時にＨＩ’ＪＯ，が分解してＮＯｘが発生する
。

（２）酸洗廃液中にＮｏ、イオンが含まれ海洋に放棄で
きない。

［発明が解決しようとする問題点１ 本発明者は、従来より酸洗処理に使用されてきているＨ
ＮＯ３−ＨＦ酸洗浴から発生するＮＯｘが発生しない、
即ち、金属材料、特に、チタン１．ステンレス鋼等の酸
洗処理が可能な酸洗浴中にＨＮＯ３を含まない酸洗浴に
ついて鋭意研究の結果、弗酸に過酸化水素および塩酸ま
たは硫酸を含む水溶液が適していることを知見し、金属
材料、特に、チタン、ステンレス鋼等の酸洗処理方法を
開発したのである。

１問題点を解決するための手段１ 本発明に係る酸洗処理方法の特徴とするところは、 金属材料を混酸浴にて酸洗処理をするに当り、その混酸
浴が 弗酸　０，５〜５＋ｕｔ％、 過酸化水素　０．５〜４ｗｔ％ を含有し、かつ、 塩酸　２〜１５ｕ＋ｔ％、硫酸　５〜２０ｕ＋ｔ％のう
ちから選んだ１種 を含有する水溶液であるという点にある。

次に本発明に係る酸洗処理方法について詳細に説明する
。

本発明に係る酸洗処理方法において使用される混ａ浴に
含有される酸およびその含有割合【二ついて、図面を°
参照しつつ説明する。

弗酸（ＨＦと示すことがある。）について。

酸洗速度を維持するために必要な酸であり、第１図に示
すように最低で０．５ｗｔ％以上含有されることが必要
で、含有量が多ければ多い程酸洗速度からは好ましいが
、後記するようにＨＦ含有量が多すぎると酸洗に伴なう
発熱反応に上り浴温か上昇しすぎ、酸洗速度の管理が困
難になり、かつ、ＨＦミストの発生等により６０℃以下
の温度で操業しなければならず、この意味からもＨＦ含
有量はその上限を５ｕ＋ｔ％とするのが良い。よって、
弗酸の含有量は　０．５〜５ｗｔ％とする。

塩酸（ＨＣＩと示すことがある。）または硫酸（Ｈ２Ｓ
Ｏ，と示すことがある）について。

ＨＦ単独溶液では、チタン或いはステンレス鋼（ＳＵＳ
３０４）の酸洗が進むと次第に酸洗速度が低下してくる
。これは、次式に示すように、Ｔｉ＋４８Ｆ→ＴｉＦ；
＋２Ｈ２ Ｆｅ　＋４ＨＦ−＋ＦｅＦ＜＋２Ｈｘ の反応が起り、Ｔｉ或いはＦｅ（ＳＵＳ’３０４）が１
モル溶解すると４モルのＨＦが消費されることに原因が
ある。

そのため、ＨＦ含有水溶液中にＨＣＩまたはＨ２ＳＯ４
を含有させることにより、 Ｔｉの場合は、（Ｆｅの場合も同じである。）２Ｔｉ＋
４ＨＦ＋３ＨＣＩ →ＴｉＦ＝＋ＴｌＣｌ３　＋７／２Ｈ２３Ｔｉ＋４ＨＦ
＋３Ｈ２ＳＯ。

→ＴｉＦ、十Ｔｌ２（Ｓｏ、）、＋５Ｈ２の反応により
、ＨＣＩの含有によりＴｉ１モルの溶解に対しＨＦが２
モル、Ｈ２ＳＯ，の含有によりＴｉ１モルの溶解に対し
ＨＦが４７３モル消費されるだけであり、ＨＦ消費量が
少なくなるため酸洗能力が持続するようになる。

さらに、ＭＣＩまたはＨ２ＳＯ４を含有させることによ
り酸洗浴の［Ｈ＋１濃度が高くなり酸洗速度−を高くす
る効果がある。

これらの説明について第２図および第３図に示す。

第゛２図（ａ）（１＋）に示されていることから次のこ
とがわかる。第２図において、チタン、ステンレス鋼試
験片は厚さ３關、幅４０ｎ＋ｍ、長さ５０ｍ＋ｎであり
、浴温１９℃の１ｕ＋ｔ％ＨＦ−ＨＣＩ（Ｈ２ＳＯ，）
の酸洗浴５００ｍ１中に５分間浸漬した結果を示したも
のである。

（１）ＭＣＩ含有量が２．５ｗｔ％未満、Ｈ２ＳＯ４含
有量が５ｕｉｔ％未満では含有させる効果が少ない。

（２）ＨＣＩ５〜１５ｗｔ％、Ｈ２Ｓ０４５−２０ｗｔ
％の範囲の含有量において酸洗速度が上昇する。

（３）ＨＣＩ　１５ｗｔ％、Ｈ２Ｓ　Ｏ＋　２０　ｕｈ
　ｔ　％　ヲ越ｘ、、テ含有されると含有量の増加と共
に酸洗速度が上昇するが、また、５ＵＳ３０４の酸洗反
応が激し過ぎて反応温度を抑制することができず、さら
に、浴温が上昇することおよびＨＣＩ、Ｈ２ＳＯ４のミ
ストが発生する等の問題がある。よって、ＨＣＩ含有量
は２〜ｌ５ｗｔ％、）（２Ｓｏ４含有量は５〜２０ｕ＋
ｔ％とする。

第３図に示されていることからは次のことがわかる。第
３図において、チタン試験片厚さ３ＩＩＩＩＩｌ、幅４
０闘、長さ５０ＩＩＩＩ１１であり、浴温１８℃の５０
０ａ＋ｌの酸洗浴中に浸漬した結果を示しである。

（１）ｌｉｕｔ％ＨＦ含有酸洗浴（第３図で一〇−〇−
で示す。）では、２００分の浸漬で酸洗速度は２．５μ
ｍ／ｍｉｎから０．２５μｍ／ｍ　ｉ　ｎに低下し、即
ち、０．１倍となる。

（２）１ａ＋ｌ％ＨＦ−１０ｗｔ％ＨＣＩ酸洗浴（第３
図で−・−・−で示す。）では同じ条件で０．６６倍に
低下する。

（３）１ａ＋ｌ％ＨＦ−１０１Ｉｌｔ％）（２ＳＯ，酸
洗浴（第３図で一△−Δ−で示す。）では同じ条件で０
．５８倍に低下する。

従って、ＨＦにＨＣＩまたはＨ２ＳＯ，を含有させた酸
洗浴においては、酸洗速度の経時的低下率が大幅に緩和
されることがわか′１ 過酸化水素（Ｈ２Ｏ２と示すことがある。）につν）て
。

上記に説明したように、ＨＦ−ＨＣｌ−Ｈ２Ｏ２、ＨＦ
−Ｈ２ＳＯ，−Ｈ２Ｏ２系の酸洗浴につｂ）て説明した
けれども、これらの酸洗浴は次に示す問題のあることが
わかった。

（１）チタン、ステンレスｆｉｌｌ（ＳＵＳ　３０８）
上りこスマットが生成する。

（２）チタンに水素吸収が起る。

（３）チタン、ステンレス鋼の表面粗さが大きし・（光
沢度が小さい）。

このような問題点を同時に解決する方法として、過酸化
水素を含有させることが有効であることが明らかになっ
た。即ち、 （１）チタン、ステンレス鋼上に生成するスマ・ントは
、Ｔ；（ＯＨ）３、Ｆｅ（ＯＨ）２等の腐蝕生成物であ
り、これらはチタン、ステンレス鋼の酸洗時において、 ２Ｈ９＋２ｅ→Ｈ２・・・・（ａ） の反応で水素を発生するため、金属表面では［Ｈηの欠
乏を米し、その結果［ＯＨ′″］が増えて浴中のＴｉミ
コやＦｅ２＋と反応してＴｉ（ＯＨ）、やＦｅ（ＯＨ）
２が生成することになる。

しかして、１１□０２は金属表面に吸着し、Ｈ２Ｏ２＋
２Ｈ”＋２ｅ−２８２０””（ｂ）の反応により（ａ）
式を抑制し、金属表面の［ＯＨ−］を高めることがない
ためスマットの生成を防止する。

（２）Ｈ，Ｏ，が酸洗浴に含有されていると、チタン表
面において式（、）の代りに式（ｂ）の反応が起るので
水素の発生がなく、従って、チタンの水素吸収も防止さ
れる。

（３）Ｈ２Ｏ２はチタン、ステンレス鋼の表面に存在す
る凹部に優先的に吸着５し、その部分の電位が貴となり
カソード反応（ｂ）を分担するため、表面凸部が７メ一
ド反応（Ｔｉ−Ｔｉ’↑＋３ｅ、　Ｆｅ−＊Ｆｔａ２Ｆ
＋２ｅ）となって凸部が溶解する。その結果、金属表面
が次第に均一となる。これは第６図に模式図により示し
である。

このように、酸洗浴中にＨ２Ｏ２が含有されてい−ると
上記に説明した３つの効果があるが、その含有量につい
ては第４図に示すことから決定することができる。第４
図においては、１ｕｌＬ％ＨＦ　−１０ｕ＋ｔ％ＨＣＩ
酸洗浴中におけるチタペステンーレス鋼の酸洗能におよ
ぼすＨ２Ｏ２の含有効果の４種類の試験を示し、試験片
チタン、ステンレス鋼共、厚％　３　ｍｍ、幅４０ｍ＋
ｎ長＠　５０　ｍａｎで、５００ｍ１．２０°Ｃの浴に
５分浸漬した結果を示しである。

（１）チタン、ステンレス鋼の第４図（ａ）に示す酸洗
速度からは、Ｈ２Ｏ２含有量は０．５〜・４ｕ＋Ｌ％が
好適であり、４ｗｔ％を越えて含有されると酸洗ができ
なくなる。

（２）チタン、ステンレス鋼のスマット付着防止士から
は、第４図（１））に示すようにＨ２Ｏ２含有量は０．
５ｕ＋ｔ％以上において効果を発揮するが、第４図（、
）の酸洗速度および後記する酸洗後表面粗さの関係から
Ｈ２Ｏ２含有量は５ｕｉｔ％を越えて含有させることは
スマット付着防止については無駄である。

（３）チタンの水素吸収防止上からは、第４図（ｃ）に
示すようにＨ２Ｏ２含有量は０．５ｕ＋ｔ％以上が好ま
しい効果を発揮するが、（２）における説明と同様にＨ
２Ｏ２含有量は５ｕｉｔ％を越えて含有させても無駄で
ある。

（４）酸洗後の表面粗さについては、第４図（ｄ）に示
すようニ８２０２含有量は０．５−４．Ｏｕ＋ｊ％とす
るのが良いことがわかる。

なお、ＨＦ−Ｈ２ＳＯ，−Ｈ２Ｏ，−Ｈ２Ｏ系の酸洗浴
についても上記と同様な実験の結果、Ｈ２Ｏ２含有量の
適正範囲は−０，５〜４ｕ＋Ｌ％であることを確認して
いる。

よって、Ｈ２Ｏ２含有量は０．５〜４１％とする。

なお、Ｈ２Ｏ２と同様の作用をする物質としてオゾン（
０３）がある。

以上説明したように、酸洗浴の適正な範囲を決定したが
、このうちでＨＦ−ＨＣｌ、−Ｈ７Ｏ２−Ｈ２Ｏ系の酸
洗浴の浴組成とその適正領域を第５図に示す。なお、こ
の浴を用いて酸洗を行なう場合、酸洗速度を一定に保ち
、ミストの発生を防止する等の点から浴温度は１５〜６
０℃とするのが良い。　□ 第５図において、Ｉは適正域、ＩＩは酸洗不能域、ＩＩ
Ｉはミスト発生域、ＩＶは酸洗浴短寿命域、Ｖはミスト
発生、Ｖ＋はスマット生成域、Ｖｌｌは酸洗不能域であ
る。

［発明の効果１− 以上説明したように、本発明に係る酸洗処理方法は上記
の構成を有しているから、金属材料、特に、チタン、ス
テンレス鋼の酸洗処理において、酸洗速度は良好であり
、すスマット付着量も極めて少なく、また、水素吸収も
少なく、さらに、酸洗後の表面も極めて美麗であるとい
う優れた効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は酸洗速度と酸洗浴中のＨ−Ｆ含有量との関係ろ
示す図、第２図はチタン、ステンレス鋼の酸洗速度にお
よぼすＨＣＩまたはＨ２Ｓ６．含有の影響を示す図、第
３図はチタンの酸洗速度の経時変化を示す図、第４図は
酸洗浴にＨ２Ｏ２を含有させた効果を示す図、第５関は
酸洗剤の適正領域を示す図、第６図はＨ２Ｏ２含有によ
る作用を示すための模式図である。 ミ１ 矛６Ｂ １

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 金属材料を混酸浴にて酸洗処理するに当り、その混酸浴
   が 弗酸　０．５〜５ｕ＋ｔ％、 過酸化水素　０．５〜４ａ＋ｔ％ を含有し、かつ、 塩酸　２〜１５ｕ＋ｔ％、硫酸　５〜２０ｗｔ％のうち
   から選んだ１種 を含有する水溶液であることを特徴とする酸洗処理方法
   。