JPS621856A - 耐食性銅系部材とその製造法 - Google Patents
耐食性銅系部材とその製造法Info
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- JPS621856A JPS621856A JP61053232A JP5323286A JPS621856A JP S621856 A JPS621856 A JP S621856A JP 61053232 A JP61053232 A JP 61053232A JP 5323286 A JP5323286 A JP 5323286A JP S621856 A JPS621856 A JP S621856A
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- JP
- Japan
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- corrosion
- alloy
- resistant copper
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- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Prevention Of Electric Corrosion (AREA)
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。
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〕
本発明は給水給湯用配管、各種熱交換器部品、建築材、
機械部品、電気電子機器用部品、海上船舶等腐蝕環境で
用いられる耐食性銅系部材とその製造法に関するもので
ある。
機械部品、電気電子機器用部品、海上船舶等腐蝕環境で
用いられる耐食性銅系部材とその製造法に関するもので
ある。
一般にCu及びQu金合金耐食性、電気、熱伝導性、強
度、加工性及び外観色調等に優れ、古来より広範囲に使
用されている。例えば給水給湯用配管には耐食性、加工
性及び施工性に優れた鋼管が用いられ、発電所や海水淡
水化プラントのコンデンサー等、多種多様な熱交換器、
更には建築材等には、耐食性及び熱伝導性の優れたCu
−Ni合金、Cu−Zn、 Cu−3n合金等が用いら
れている。
度、加工性及び外観色調等に優れ、古来より広範囲に使
用されている。例えば給水給湯用配管には耐食性、加工
性及び施工性に優れた鋼管が用いられ、発電所や海水淡
水化プラントのコンデンサー等、多種多様な熱交換器、
更には建築材等には、耐食性及び熱伝導性の優れたCu
−Ni合金、Cu−Zn、 Cu−3n合金等が用いら
れている。
鋼管は給水給湯用配管として、鋼管などに比較し、はる
かに優れた耐食性を示し、腐蝕や錆を発生することはな
いが、残留塩素やPHなどの水質条件によっては孔食を
発生し、敷設後比較的短時間で漏洩事故を起すことがお
る。また水中に溶出したCuイオンが石ケンや垢に含ま
れる脂肪酸などと反応し、青色の不溶性Cu化合物を生
成し、洗濯物や浴槽を青色に染める所謂青い水問題を起
す。これ等の解決策としては、例えば水中にフィチン酸
を添加して銅管内面にキレート保護被膜を形成する方法
が知られているが、キレート保護被膜は永続性がないた
め、フィチン酸を連続的に添加しなければ効果がなく、
実用に際してはフィチン酸定量添加装置が必要となる。
かに優れた耐食性を示し、腐蝕や錆を発生することはな
いが、残留塩素やPHなどの水質条件によっては孔食を
発生し、敷設後比較的短時間で漏洩事故を起すことがお
る。また水中に溶出したCuイオンが石ケンや垢に含ま
れる脂肪酸などと反応し、青色の不溶性Cu化合物を生
成し、洗濯物や浴槽を青色に染める所謂青い水問題を起
す。これ等の解決策としては、例えば水中にフィチン酸
を添加して銅管内面にキレート保護被膜を形成する方法
が知られているが、キレート保護被膜は永続性がないた
め、フィチン酸を連続的に添加しなければ効果がなく、
実用に際してはフィチン酸定量添加装置が必要となる。
また耐食性の優れたCu−Ni合金やCu−zn合金で
も苛酷な環境、例えば海水などの塩分や硫化水素のよう
な硫黄分によってしばしば腐蝕を起す。特に熱交換器で
は熱交換能、軽量化、コストダウンの観点から薄肉化が
要求されているが、薄肉化の限界は多くの場合、腐蝕、
特に孔食などの局部腐蝕によって決まる。このように発
電所、海水淡水化プラント等の各種コンデンサーチュー
ブ、船舶用熱交換器、建築材等では合金化によっても限
界がおるため、特種ペンキ塗装、電気防食、インヒビタ
ー等が利用されているが熱交換能の低下や実用上の制約
が多い。このためより耐食性に冨み、かつCu系材料の
性能を低下させないようなCu系部材の開発が強く望ま
れている。
も苛酷な環境、例えば海水などの塩分や硫化水素のよう
な硫黄分によってしばしば腐蝕を起す。特に熱交換器で
は熱交換能、軽量化、コストダウンの観点から薄肉化が
要求されているが、薄肉化の限界は多くの場合、腐蝕、
特に孔食などの局部腐蝕によって決まる。このように発
電所、海水淡水化プラント等の各種コンデンサーチュー
ブ、船舶用熱交換器、建築材等では合金化によっても限
界がおるため、特種ペンキ塗装、電気防食、インヒビタ
ー等が利用されているが熱交換能の低下や実用上の制約
が多い。このためより耐食性に冨み、かつCu系材料の
性能を低下させないようなCu系部材の開発が強く望ま
れている。
(問題点を解決するための手段)
本発明はこれに鑑み種々検討の結果、Cu又はCLI合
金からなる部材の少なくとも腐蝕媒体と接する面、又は
全表面の耐食性を改善した耐食性銅系部材とその製造法
を開発したものである。
金からなる部材の少なくとも腐蝕媒体と接する面、又は
全表面の耐食性を改善した耐食性銅系部材とその製造法
を開発したものである。
本発明耐食性銅系部材は、Cu又はCu合金部材の少な
くとも腐蝕媒体と接する表面又は表面近傍に、芯部より
Zn、3n、Alの何れか1種以上の高濃度層を形成し
たことを特徴とするものである。
くとも腐蝕媒体と接する表面又は表面近傍に、芯部より
Zn、3n、Alの何れか1種以上の高濃度層を形成し
たことを特徴とするものである。
また本発明製造法は、Cu又はCu合金部材の少なくと
も腐蝕媒体と接する表面に、ln、Sn、AIの何れか
1種以上を被着した後、加熱拡散処理して、部材表面又
は表面近傍に芯部よりZn、Sn、 Af!の何れか1
種以上の高濃度層を形成したことを特徴とするものであ
る。
も腐蝕媒体と接する表面に、ln、Sn、AIの何れか
1種以上を被着した後、加熱拡散処理して、部材表面又
は表面近傍に芯部よりZn、Sn、 Af!の何れか1
種以上の高濃度層を形成したことを特徴とするものであ
る。
即ち本発明は上記の如<Cu又はCu合金の少なくとも
腐蝕媒体と接する表面近傍に、芯部よりZn、Sn、A
lの何れか1種以上(以下Zn等と略記)の温度を高め
たものであり、望ましくはZn等の10%以上のCu合
金層、更には10〜40%のCu合金層としたものであ
る。
腐蝕媒体と接する表面近傍に、芯部よりZn、Sn、A
lの何れか1種以上(以下Zn等と略記)の温度を高め
たものであり、望ましくはZn等の10%以上のCu合
金層、更には10〜40%のCu合金層としたものであ
る。
Zn等の濃度は芯部に向って連続的に減少する分布が特
に有効であり、Cu又はCLI合金部材としてはCuを
始め各種Cu合金、更にはCu以外の基体上にCuサヤ
0合金を複合したものを用いる。
に有効であり、Cu又はCLI合金部材としてはCuを
始め各種Cu合金、更にはCu以外の基体上にCuサヤ
0合金を複合したものを用いる。
これ等は何れも表面にZn等を被着後、加熱拡散処理す
ることにより容易に造られる。例えば板、条、管等の素
材に予じめZn等を被着するか、成形された中間部材や
完成品にZn等を被着した後、加熱拡散処理する。Zn
等の被着には電気メッキ、溶融メッキ、蒸着、)容易、
クラッド、塗装等任意の方法が用いられる。CuとZn
等は約150℃以上、特に250 ’C以上に加熱する
ことにより、容易に拡散する。処理時間は温度により異
なるが数秒〜数時間で、要求される耐食性などの特性に
合せて選定する。尚塗装のように被着したzn等が密接
に結合していない場合には、7n等の融点以上、Cu又
はCLI系部材の融点以下の温度に加熱する。また加熱
処理において7n等及びCu又はCu合金部材に酸化が
生じて健全な拡散が得られない場合には真空中、還元性
ガス中又は非酸化性雰囲気中において加熱処理するとよ
い。
ることにより容易に造られる。例えば板、条、管等の素
材に予じめZn等を被着するか、成形された中間部材や
完成品にZn等を被着した後、加熱拡散処理する。Zn
等の被着には電気メッキ、溶融メッキ、蒸着、)容易、
クラッド、塗装等任意の方法が用いられる。CuとZn
等は約150℃以上、特に250 ’C以上に加熱する
ことにより、容易に拡散する。処理時間は温度により異
なるが数秒〜数時間で、要求される耐食性などの特性に
合せて選定する。尚塗装のように被着したzn等が密接
に結合していない場合には、7n等の融点以上、Cu又
はCLI系部材の融点以下の温度に加熱する。また加熱
処理において7n等及びCu又はCu合金部材に酸化が
生じて健全な拡散が得られない場合には真空中、還元性
ガス中又は非酸化性雰囲気中において加熱処理するとよ
い。
(作 用)
Cu又はCu合金部々Aの表層にZn等の高濃度層を形
成することにより、耐食性、特に耐孔食性を著しく向上
する。例えばCu−Zn合金はCuヤ他のCu金合金あ
るCu−Ni合金、Cu−Fe合金に比べて適度に卑で
あり、芯部を電気化学的に保護する。即ちNaC1水溶
液中でのCuの腐蝕電位は約−450〜−300m V
(VS、 AQCjりで必るのに対し、Znの腐蝕電
位は一1O(10〜−1200mVの大きな卑の電位と
なり、Znが激しく腐蝕するのに対し、Cu又はCu合
金部材は長期にわたり保護される。特に耐食性はZn1
度が芯部に向って連続的に変化する場合、電位も同様の
プロファイルを描くので、芯部方向への腐蝕の進行を効
果的に防止できる。またZn等の低融点、軟質の物性は
半田付、ろう付、溶接等の面で実用上不都合となる場合
が多いが、本発明部材では一般のCu系材料と同一の処
理加工を行なうことができる。
成することにより、耐食性、特に耐孔食性を著しく向上
する。例えばCu−Zn合金はCuヤ他のCu金合金あ
るCu−Ni合金、Cu−Fe合金に比べて適度に卑で
あり、芯部を電気化学的に保護する。即ちNaC1水溶
液中でのCuの腐蝕電位は約−450〜−300m V
(VS、 AQCjりで必るのに対し、Znの腐蝕電
位は一1O(10〜−1200mVの大きな卑の電位と
なり、Znが激しく腐蝕するのに対し、Cu又はCu合
金部材は長期にわたり保護される。特に耐食性はZn1
度が芯部に向って連続的に変化する場合、電位も同様の
プロファイルを描くので、芯部方向への腐蝕の進行を効
果的に防止できる。またZn等の低融点、軟質の物性は
半田付、ろう付、溶接等の面で実用上不都合となる場合
が多いが、本発明部材では一般のCu系材料と同一の処
理加工を行なうことができる。
本発明部材における表面又は表面近傍のZn等の濃度は
10%以上、特に10〜40%で最も有効に作用するも
ので、濃度が10%未満では電位差が少なく、苛酷な条
件で安定した耐熱性を実現し難い。Zn等の高濃度層の
厚さは実用条件にもよるが、1μ以上、望ましくは3〜
30μであり、過剰の厚さは熱や電気の伝導性を損なう
。
10%以上、特に10〜40%で最も有効に作用するも
ので、濃度が10%未満では電位差が少なく、苛酷な条
件で安定した耐熱性を実現し難い。Zn等の高濃度層の
厚さは実用条件にもよるが、1μ以上、望ましくは3〜
30μであり、過剰の厚さは熱や電気の伝導性を損なう
。
本発明部材はZn等の熱拡散処理するもので、zn等の
極く薄い被着層を約2〜数倍に拡大することができるた
め、電気メッキや蒸着などで薄く被着してから短時間で
能率的に所望の防食層を形成することができる。しかし
て未反応のZn等を表面に残すことは、Zn等の効率上
不利であるが、本発明主目的である防食を十分可能にす
るもので、Zn等が表面に残存しても問題はない。
極く薄い被着層を約2〜数倍に拡大することができるた
め、電気メッキや蒸着などで薄く被着してから短時間で
能率的に所望の防食層を形成することができる。しかし
て未反応のZn等を表面に残すことは、Zn等の効率上
不利であるが、本発明主目的である防食を十分可能にす
るもので、Zn等が表面に残存しても問題はない。
実施例1
厚さ0.12mの純Cu板に下記の条件でZnメッキし
てから330 ’Cに加熱処理して第1表に示ず本発明
部材を得た。これ等にって塩水噴霧試験(JIS 12
371)を10日間行なってから、腐蝕生成物を酸洗除
去し、100c屑当りの貫通孔を調べた。その結果を純
Cu板と比較して第1表に示ず。尚表中濃度10%のZ
n層の厚さは断面のX線マイクロアナライザーで測定し
た。但し厚さ1μ以下の薄いものはAESの方法で測定
した。
てから330 ’Cに加熱処理して第1表に示ず本発明
部材を得た。これ等にって塩水噴霧試験(JIS 12
371)を10日間行なってから、腐蝕生成物を酸洗除
去し、100c屑当りの貫通孔を調べた。その結果を純
Cu板と比較して第1表に示ず。尚表中濃度10%のZ
n層の厚さは断面のX線マイクロアナライザーで測定し
た。但し厚さ1μ以下の薄いものはAESの方法で測定
した。
Znメッキ条件
Zr1C,f!2 240 q/12NH
+ C1250CJ/j! 液 温 40℃ 電流密度 10A/dm第1表から明ら
かなように、l1TICu板(No、8>と比較し、本
発明部材Nα1〜7は何れも孔食数が激減しており、特
に本発明部材NQ 1〜5では皆無に近いことが判る。
+ C1250CJ/j! 液 温 40℃ 電流密度 10A/dm第1表から明ら
かなように、l1TICu板(No、8>と比較し、本
発明部材Nα1〜7は何れも孔食数が激減しており、特
に本発明部材NQ 1〜5では皆無に近いことが判る。
実施例2
厚さ0.1mの10%N 1−Cu合金板に、実施例1
と同様にしてZnメッキを施してから510°Cに加熱
処理し、これを0.053711171の厚さで圧延し
て第2表に示す本発明部材を得た。これ等を人工海水中
に5日間浸漬してから貫通孔を調べた。その結果を無処
理の10%Ni−Cu合金板(厚さ0.053m>と比
較して第2表に示す。
と同様にしてZnメッキを施してから510°Cに加熱
処理し、これを0.053711171の厚さで圧延し
て第2表に示す本発明部材を得た。これ等を人工海水中
に5日間浸漬してから貫通孔を調べた。その結果を無処
理の10%Ni−Cu合金板(厚さ0.053m>と比
較して第2表に示す。
第2表から明らかなように本発明部材の孔食数は激減し
ていることが判る。また無処理の10%N1−Cu合金
に比べ、本発明部材Nα9.10の導電率の低下は夫々
1.1%lAC3,1,8%lAC3に留まった。これ
は10%Ni−Cu合金の導電率とあまり変らない。即
ち電気熱伝導性の低下が軽微であり、熱交換部材とした
場合、耐食性向上による薄肉化効果により、熱交換能は
十分に改善できる。
ていることが判る。また無処理の10%N1−Cu合金
に比べ、本発明部材Nα9.10の導電率の低下は夫々
1.1%lAC3,1,8%lAC3に留まった。これ
は10%Ni−Cu合金の導電率とあまり変らない。即
ち電気熱伝導性の低下が軽微であり、熱交換部材とした
場合、耐食性向上による薄肉化効果により、熱交換能は
十分に改善できる。
実施例3
直径22.22#、肉厚0.81#!Il+、長ざ50
00.のりん脱酸鋼管の内面に、亜鉛粉末(−200m
esh )200gと、ポリプラン50gと、n−ヘキ
サン100cc@a合したスラリーを塗布し、N2雰囲
気中500℃の温度に10分間加熱処理し、管内面に厚
さ10μのCu−Zn合金層(拡散層)を介して厚さ1
0μのZn層を有する本発明部材を製造した。
00.のりん脱酸鋼管の内面に、亜鉛粉末(−200m
esh )200gと、ポリプラン50gと、n−ヘキ
サン100cc@a合したスラリーを塗布し、N2雰囲
気中500℃の温度に10分間加熱処理し、管内面に厚
さ10μのCu−Zn合金層(拡散層)を介して厚さ1
0μのZn層を有する本発明部材を製造した。
これについて孔食に対する性能を評価するため500時
間の循環通水試験を行ない、孔食の発生状況を無処理の
りん脱酸鋼管と比較した。通水試験は孔食の発生を促進
させるために60℃に昇温し、残留塩素を3〜4ppm
に保った水道水を用い、I R/secの流速で通水し
、毎日1回折しい上水道水と交換した。
間の循環通水試験を行ない、孔食の発生状況を無処理の
りん脱酸鋼管と比較した。通水試験は孔食の発生を促進
させるために60℃に昇温し、残留塩素を3〜4ppm
に保った水道水を用い、I R/secの流速で通水し
、毎日1回折しい上水道水と交換した。
その結果無処理の鋼管では通水開始後、約150時間で
孔食が発生し、500時間後では孔食の最大深さが0.
15Mまで進行した。これに対しZnの高濃度層を設け
た本発明部材では500時間後でも、一部Znが溶出し
てCu−Zn合金層の露出が認められたが、孔食の発生
は全く認められなかった。
孔食が発生し、500時間後では孔食の最大深さが0.
15Mまで進行した。これに対しZnの高濃度層を設け
た本発明部材では500時間後でも、一部Znが溶出し
てCu−Zn合金層の露出が認められたが、孔食の発生
は全く認められなかった。
実施例4
実施例3の本発明部材について青い水の発生に対する性
能評価試験を行なった。試験は管内に上水道水(含有C
uイオン<0.01ppm)を封入し、これを60℃の
恒温槽中に24時間保持した後、Cuイオンの溶出量を
測定した。その結果を無処理のCu管と比較して第3表
の示ず。
能評価試験を行なった。試験は管内に上水道水(含有C
uイオン<0.01ppm)を封入し、これを60℃の
恒温槽中に24時間保持した後、Cuイオンの溶出量を
測定した。その結果を無処理のCu管と比較して第3表
の示ず。
第3表
第3表から明らかなように本発明部材Nα12〜14は
何れもCuイオンの溶出量が少なく、無処理のCu管N
α15.16と比較し、Cuイオンの溶出量が約115
0まで低下してあり給水湯系において、溶出するCLI
イオンに起因する青い水の発生防止に有効である。
何れもCuイオンの溶出量が少なく、無処理のCu管N
α15.16と比較し、Cuイオンの溶出量が約115
0まで低下してあり給水湯系において、溶出するCLI
イオンに起因する青い水の発生防止に有効である。
実施例5
直径22.4M、肉厚1 、245mIrK長さto、
ooosのアルミニウム黄銅管(JIS H3300C
6870)の内面に3n粉末(−200mesh> 8
0gとポリブテン309とn−ヘキサン6CCとを混合
したスラリーを塗布し、NZ雰囲気中500°Cに10
分間加熱処理し、管内面に厚さ8μのC1,J−3μ合
金層(拡散層)を介して厚さ8μのSn層を形成し、火
力発電所の復水機に使用する本発明部材を製造した。
ooosのアルミニウム黄銅管(JIS H3300C
6870)の内面に3n粉末(−200mesh> 8
0gとポリブテン309とn−ヘキサン6CCとを混合
したスラリーを塗布し、NZ雰囲気中500°Cに10
分間加熱処理し、管内面に厚さ8μのC1,J−3μ合
金層(拡散層)を介して厚さ8μのSn層を形成し、火
力発電所の復水機に使用する本発明部材を製造した。
これについて人工海水を30日間循環通水試験を行ない
、無処理のアルミニウム黄銅管と比較した。試験条件は
室温で2 m/secの流速により通水し、人工海水に
汚染海水を想定して硫化物目標濃度を312[+で0.
8ppmとし、1日に10回Na2Sを添加し、1日に
2回人工海水を更新した。
、無処理のアルミニウム黄銅管と比較した。試験条件は
室温で2 m/secの流速により通水し、人工海水に
汚染海水を想定して硫化物目標濃度を312[+で0.
8ppmとし、1日に10回Na2Sを添加し、1日に
2回人工海水を更新した。
その結果無処理のアルミニウム黄銅管では全面腐蝕が発
生し、最大腐蝕深さは120μまで進行したが、本発明
部材では一部のSnの溶出が認められたが、腐蝕はほと
んど進行せず、最大腐蝕深さも約10μであった。
生し、最大腐蝕深さは120μまで進行したが、本発明
部材では一部のSnの溶出が認められたが、腐蝕はほと
んど進行せず、最大腐蝕深さも約10μであった。
このように本発明によれば、Cu系部材の耐食性、特に
実用上致命的な局部的孔食を大幅に抑止、機器の薄肉化
を可能にするもので、各種熱交換器、一般機械部品、給
水給湯配管等広範な用途において大幅な性能、寿命の向
上、軽量化、コストダウンを達成することができる等工
業上顕著な効果を奏するものである。
実用上致命的な局部的孔食を大幅に抑止、機器の薄肉化
を可能にするもので、各種熱交換器、一般機械部品、給
水給湯配管等広範な用途において大幅な性能、寿命の向
上、軽量化、コストダウンを達成することができる等工
業上顕著な効果を奏するものである。
Claims (6)
- (1)Cu又はCu合金部材の少なくとも腐蝕媒体と接
する表面又は表面近傍に、芯部よりZn、Sn、Alの
何れか1種以上の高濃度層を形成したことを特徴とする
耐食性銅系部材。 - (2)部材の全表面又は全表面近傍に、芯部よりZn、
Sn、Alの何れか1種以上の高濃度層を形成する特許
請求の範囲第1項記載の耐食性銅系部材。 - (3)部材の表面又は表面近傍のZn、Sn、Alの何
れか1種以上の合計濃度を10%以上とする特許請求の
範囲第1項又は第2項記載の耐食性銅系部材。 - (4)Cu又はCu合金部材の少なくとも腐蝕媒体と接
する表面に、Zn、Sn、Alの何れか1種以上を被着
した後、加熱拡散処理して、部材表面又は表面近傍に、
芯部よりZn、Sn、Alの何れか1種以上の高濃度層
を形成することを特徴とする耐食性銅系部材の精造法。 - (5)部材の全面にZn、Sn、Alの何れか1種以上
を被着する特許請求の範囲第4項記載の耐食性銅系部材
の製造法。 - (6)Zn、Sn、Alの何れか1種以上を電気メッキ
、溶融メッキ、溶射又は塗装により被着する特許請求の
範囲第4項又は第5項記載の耐食性銅系部材の製造法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6044085 | 1985-03-25 | ||
JP60-60440 | 1985-03-25 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS621856A true JPS621856A (ja) | 1987-01-07 |
Family
ID=13142330
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61053232A Pending JPS621856A (ja) | 1985-03-25 | 1986-03-11 | 耐食性銅系部材とその製造法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS621856A (ja) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61221359A (ja) * | 1985-03-27 | 1986-10-01 | Toho Gas Kk | 給湯用銅管 |
JPS6465249A (en) * | 1987-09-04 | 1989-03-10 | Furukawa Electric Co Ltd | Production of fin material for heat exchanger |
JPS6465248A (en) * | 1987-09-04 | 1989-03-10 | Furukawa Electric Co Ltd | Production of corrosion-resistant copper alloy material having high heat and electric conductivity |
JPS6468460A (en) * | 1987-09-10 | 1989-03-14 | Furukawa Electric Co Ltd | Heat-exchanger fin material |
JPS6468459A (en) * | 1987-09-08 | 1989-03-14 | Furukawa Electric Co Ltd | Heat-exchanger fin material |
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