WO2024105887A1 - 保護被膜形成方法および保護被膜形成装置 - Google Patents
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Definitions
- This disclosure relates to a method and an apparatus for forming a protective coating.
- Non-Patent Documents 1 and 2 It has been reported that the corrosion rate of zinc plating in mild atmospheric environments is approximately 4.4-8.0 g/ m2 /year (0.6-1.1 ⁇ m/year) and in coastal areas is approximately 19.6 g/ m2 /year (2.8 ⁇ m/year) (Non-Patent Documents 1 and 2). However, corrosion progresses more rapidly in harsh environments such as coastal areas where the plate is directly exposed to seawater spray due to strong winds.
- This disclosure was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a technology that can reduce the corrosion rate of materials whose main component is zinc.
- At least one of a sulfate and a basic salt is dissolved in seawater to produce an aqueous solution, and the aqueous solution is sprayed onto a material whose main component is zinc to form a protective coating on the material.
- a protective coating forming device includes a storage unit that stores an aqueous solution in which at least one of a sulfate and a basic salt is dissolved in seawater, and a spray unit that sprays the aqueous solution onto a zinc-based material to form a protective coating on the material, and the storage unit includes a stirring unit that stirs the seawater and the sulfate and at least one of the basic salts.
- a protective film forming device includes a first storage unit that stores seawater, a second storage unit that stores water, a mixing unit that holds a mixed solution in which the seawater from the first storage unit and the water from the second storage unit are supplied in a predetermined ratio, a stirring unit that stirs the mixed solution with at least one of a sulfate and a basic salt to produce an aqueous solution in which at least one of the sulfate and the basic salt is dissolved in the mixed solution, and a spray unit that sprays the aqueous solution onto a material whose main component is zinc.
- This disclosure provides technology that can reduce corrosion of materials whose main component is zinc.
- FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a protective coating generating apparatus according to a first embodiment.
- FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a protective coating generating apparatus according to the second embodiment.
- FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a protective film generating apparatus according to a first modified example of the second embodiment.
- FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a protective film generating apparatus according to a second modified example of the second embodiment.
- FIG. 5 is a diagram showing the configuration of a protective film generating apparatus according to a third modified example of the second embodiment.
- ⁇ Method of producing protective coating> at least one of a sulfate salt and a basic salt is dissolved in seawater to produce an aqueous solution, and the aqueous solution is sprayed onto a zinc-based material to form a protective coating on the material.
- the aqueous solution according to the embodiment is obtained by dissolving at least one of a sulfate salt and a basic salt in seawater.
- the seawater may be artificial seawater containing sodium chloride as a main component.
- the seawater may be diluted with water.
- such an aqueous solution is sprayed onto the zinc-based material as a pretreatment, forming a high-quality protective film rich in gordaite on the surface of the zinc-based material.
- highly protective gordaite is usually precipitated by corrosion caused by sea salt particles after a zinc-plated product is installed in a coastal area, but many other corrosion products other than gordaite that are not as protective are also precipitated.
- an aqueous solution that efficiently precipitates gordaite with a high proportion is sprayed to form a protective film on the surface of the zinc-plated product in advance, which has a higher proportion of gordaite than corrosion caused by sea salt particles. This makes it possible to suppress subsequent corrosion caused by sea salt particles on the zinc-plated product on which the protective film has been formed.
- seawater it is possible to use only seawater in the aqueous solution, but it is preferable to dilute the seawater with water to avoid excessive corrosion of the zinc when forming the protective film. In other words, it is preferable to use a mixed solution of seawater and water. To slow down the corrosion rate, it is preferable to dilute the seawater with water 2 to 10 times, and more preferably 4 to 8 times. In the experimental example described below, the seawater was diluted 6 times.
- At least one of sulfates and basic salts is dissolved in seawater to produce an aqueous solution, which is used to intentionally precipitate a large amount of gordaite ( NaZn4 ( SO4 )(OH) 6Cl.6H2O ), which is particularly protective among the many types of zinc corrosion products.
- the chloride and sodium ions are supplied by seawater, which contains sodium chloride. Since sulfate ions and hydroxide ions are also contained in seawater, goradaite will precipitate even if zinc is merely corroded in seawater, but the sulfate ion and hydroxide ion contents in seawater are small. In this embodiment, by adding sulfate salts that generate sulfate ions and/or basic salts that generate hydroxide ions to seawater, more goradaite can be precipitated and corrosion can be suppressed.
- any substance that generates (supplies) sulfate ions can be used as the sulfate salt.
- the sulfate salt any substance that generates (supplies) sulfate ions.
- calcium sulfate which has low solubility in water, was used as the sulfate salt.
- Basic salts have an alkaline aqueous solution.
- substances that generate hydroxide ions such as carbonates, metal hydroxides, and metal oxides, can be used as basic salts.
- Zinc is an amphoteric metal, and corrosion progresses even in high pH ranges.
- basic magnesium carbonate which has low solubility in water and does not make the pH too high even when it becomes a saturated solution, is an ideal basic salt.
- small amounts of other basic salts can be used to prevent the pH from becoming too high.
- basic magnesium carbonate was used as the basic salt.
- the concentration of sulfate (e.g. calcium sulfate) contained in the aqueous solution is preferably 0.5 to 5 g/L.
- concentration of basic salt (e.g. basic magnesium carbonate) contained in the aqueous solution is preferably 0.05 to 0.5 g/L.
- Sulfate and basic salt in amounts greater than those that dissolve in the aqueous solution may be added and stirred to achieve a saturation of the concentrations of these two salts.
- a saturated solution of calcium sulfate and basic magnesium carbonate was used.
- aqueous solutions A to C were created by dissolving an insoluble amount of basic magnesium carbonate and/or calcium sulfate powder in a mixture of seawater and pure water in a volume ratio of 1:6 (the undissolved portion was allowed to precipitate). Each of these aqueous solutions was then sprayed onto a zinc plate and allowed to dry, and this process was repeated three times. Before carrying out this process, the initial weight of the zinc plate was measured.
- Aqueous solution A is an aqueous solution to which both calcium sulfate and basic magnesium carbonate have been added.
- Aqueous solution B is an aqueous solution to which only calcium sulfate has been added.
- Aqueous solution C is an aqueous solution to which only basic magnesium carbonate has been added.
- aqueous solution D is an aqueous solution in which seawater and pure water are simply mixed in a volume ratio of 1:6. Neither calcium sulfate nor basic magnesium carbonate has been added to aqueous solution D.
- the zinc plates that had been repeatedly sprayed with each aqueous solution and dried were exposed to a spot 10 m from the coastline for one year, and then retrieved.
- the weight of the retrieved zinc plates was measured after removing the corrosion products, and the corrosion rates were calculated from the difference between the weight after rust removal and the initial weight, and compared.
- the corrosion rates were standardized to a corrosion rate where the corrosion rate of aqueous solution D in the comparative example was set at 100.
- Table 1 shows the experimental results, that is, the corrosion rate (normalized) of each aqueous solution.
- Aqueous solution A to which both calcium sulfate and basic magnesium carbonate were added, was able to reduce the corrosion rate of zinc the most. It can be seen that aqueous solution B, to which only calcium sulfate was added, and aqueous solution C, to which only basic magnesium carbonate was added, were also able to reduce the corrosion rate compared to aqueous solution D (comparative example), to which neither calcium sulfate nor basic magnesium carbonate was added.
- Calcium sulfate supplies the sulfate ions necessary for gordaite precipitation.
- Basic magnesium carbonate supplies the hydroxide ions necessary for gordaite precipitation and makes the pH of the aqueous solution weakly alkaline.
- the aqueous solution of this embodiment can be controlled to conditions that make it difficult for zinc, an amphoteric metal, to corrode.
- any sulfate that can supply sulfate ions other than calcium sulfate can be suitably used as an additive.
- any basic salt e.g., carbonate, metal oxide, metal hydroxide
- hydroxide ions can be suitably used.
- sulfates and basic salts other than calcium sulfate and basic magnesium carbonate it is necessary to add an appropriate amount to the aqueous solution. Specifically, about 0.5 to 5 g/L of sulfate should be added.
- Basic salts should be added so that the pH of the aqueous solution does not exceed pH12.
- the solubilities in water at room temperature are 2.4 g/L and 0.25 g/L, respectively, so the saturated solutions can be used as is, and there is no problem with adding excessive amounts of calcium sulfate and basic magnesium carbonate.
- Another advantage is that calcium sulfate and basic magnesium carbonate can be of industrial or agricultural grade rather than reagent grade, meaning procurement costs are very low.
- the protective film generating device is a device that generates the aqueous solution according to the present embodiment described above and sprays the aqueous solution onto a material containing zinc as a main component, thereby forming a high-quality protective film on the surface of the material in advance.
- FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a protective film generating device 1 of the first embodiment.
- the protective film forming device 1 shown in the figure includes a tank section 10 (storage section) that stores an aqueous solution in which at least one of sulfates and basic salts is dissolved in seawater, and a spray section 20 (spray section) that sprays the aqueous solution onto a zinc-based material 30 in order to form a protective film on the material.
- the tank section 10 includes an agitation section 14 that agitates seawater and at least one of sulfates and basic salts.
- Seawater and sulfate and/or basic salt are supplied to the tank section 10. Water may be further supplied to the tank section 10 to dilute the seawater.
- the stirring section 14 stirs these materials, dissolving the powdered sulfate and/or basic salt into the seawater to produce the aqueous solution of this embodiment.
- the spray unit 20 sprays the aqueous solution produced in the tank unit 10 onto the zinc-based material 30. This allows a high-quality protective film to be formed on the surface of the zinc-based material 30.
- FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a protective film generating device 1A of the second embodiment.
- the protective film generating device 1A shown in the figure includes a seawater tank section 11 (first storage section) for storing seawater, a water tank section 12 (second storage section) for storing water, a mixing section 13, an agitation section 14, and a spray section 20 (spray section).
- the mixing section 13 holds a mixture of seawater from the seawater tank section 11 and water from the water tank section 12 supplied at a predetermined ratio.
- the agitation section 14 agitates the mixture and at least one of a sulfate and a basic salt to generate an aqueous solution in which at least one of the sulfate and the basic salt is dissolved in the mixture.
- the spray section 20 sprays the generated aqueous solution onto a material 30 whose main component is zinc.
- the mixing section 13 holds a mixed liquid in which seawater supplied from the seawater tank section 11 and water supplied from the water tank section 12 are mixed in a predetermined ratio.
- the stirring section 14 stirs the mixed liquid held in the mixing section 13 with the sulfate and/or basic salt fed into the stirring section 14, thereby dissolving the powdered sulfate and/or basic salt into the mixed liquid to generate the aqueous solution of this embodiment.
- the spray section 20 sprays the generated aqueous solution onto the material 30 whose main component is zinc. This allows a high-quality protective film to be formed on the surface of the material 30 whose main component is zinc.
- the protective coating generating device 1 in FIG. 1 when diluting seawater with water, the user must measure and mix the seawater and water themselves.
- the protective coating generating device 1A in FIG. 2 is equipped with a seawater tank section 11, a water tank section 12, and a mixing section 13, and the mixing section 13 can automatically generate a mixture of seawater and water by pouring seawater and water from the seawater tank section 11 and the water tank section 12 in a predetermined ratio.
- FIG. 3 is a diagram showing the configuration of protective coating generating apparatus 1B of Variation 1 of FIG. 2.
- the illustrated protective coating generating apparatus 1B has a mixing/stirring section 15 that integrates the mixing section 13 and the stirring section 14 of FIG. 2. In this way, the mixing section 13 and the stirring section 14 may be independent or integrated.
- FIG. 4 is a diagram showing the configuration of protective film generating device 1C of modified example 2 of FIG. 2.
- the illustrated protective film generating device 1C includes an agitation section 14 in a water tank section 12.
- the sulfate and/or basic salt powder does not have to be dissolved in a mixture of seawater and water.
- the water tank 12 and the stirring unit 14 are integrated, and the stirring unit 14 stirs the water in the water tank 12 with the sulfate and/or basic salt to dissolve the sulfate and/or basic salt in the water in the water tank 12.
- the mixing unit 13 mixes the seawater in the seawater tank unit 11 with the water in the water tank unit 12 in which the sulfate and/or basic salt has been dissolved, to generate the aqueous solution of this embodiment.
- a stirring unit 14 may be provided in the seawater tank section 11.
- the seawater tank 11 and the stirring unit 14 are integrated, and the stirring unit 14 stirs the seawater in the seawater tank 11 with the sulfate and/or basic salt to dissolve the sulfate and/or basic salt in the seawater in the seawater tank 11.
- the mixing unit 13 mixes the seawater in which the sulfate and/or basic salt has been dissolved from the seawater tank section 11 with the water in the water tank section 12 to generate the aqueous solution of this embodiment.
- the water tank 12 and the stirring unit 14 as in the protective coating generating device 1C in Figure 4, and increase the number of moles of sulfate ions contained in the water in the water tank 12 relative to the number of moles of chloride ions contained in seawater. Therefore, it is preferable to mix seawater and water in which sulfates and/or basic salts have been dissolved in the mixing unit 13 as in Figure 4, as this produces a high-quality protective coating.
- the protective film generation and protective film generation device of this embodiment makes it possible to form a good protective film on zinc at low cost. Specifically, by simply spraying an aqueous solution of seawater or a mixture of seawater and water with inexpensive additives such as calcium sulfate and basic magnesium carbonate dissolved therein onto the surface of a material whose main component is zinc as a pretreatment, the excellent effect of easily applying a good protective film to the surface of the material can be obtained.
- Protective film generating device 10 Tank section (storage section) 11: Seawater tank section (first storage section) 12: Water tank section (second storage section) 13: Mixing section 14: Stirring section 15: Mixing and stirring section 20: Spray section (spraying section) 30: Zinc-based materials
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Abstract
保護被膜形成方法であって、海水に、硫酸塩および塩基性塩の少なくとも一種を溶解して水溶液を生成し、前記水溶液を、亜鉛を主成分とした材料に噴霧して前記材料に保護皮膜を形成する。
Description
本開示は、保護被膜形成方法および保護被膜形成装置に関する。
亜鉛は鉄よりも腐食速度が遅いことから亜鉛めっき、亜鉛合金めっき、亜鉛合金ダイキャストなどが防食に広く使われている。亜鉛は腐食すると保護性の錆び（保護皮膜）が形成され、その後の腐食を抑制するという優れた機能を有している。
亜鉛めっきは、マイルドな環境における大気腐食では4.4-8.0 g/m2/年(0.6～1.1μｍ/年)程度の腐食速度、海岸地帯では19.6 g/m2/年(2.8μｍ/年)程度の腐食速度であると報告されているが（非特許文献1、２）、海岸エリアで強風時には直接海水飛沫がかかるような過酷な環境においてはより急速に腐食が進行する。
日本溶融亜鉛鍍金協会、「溶融亜鉛めっきの耐食性」、［online］、インターネット＜URL:https://www.aen-mekki.or.jp/mekki/tabid/75/Default.aspx＞
材料と環境，63, 116－120（2014）、「大気腐食評価技術に関わる最近の進歩と今後の展望」、［online］、インターネット＜URL:https://www.jstage.jst.go.jp/article/jcorr/63/4/63_116/_pdf＞
より良質な亜鉛の保護皮膜を形成し、腐食速度を低下させることで、亜鉛めっき、亜鉛合金めっき、亜鉛合金ダイキャストなどがなされた構造物をより長寿命にすることができる。亜鉛の腐食速度を低下させるために、アルミニウム、マグネシウム等の他の金属との合金を作る技術も普及しているが、合金は亜鉛単独に比べてコストがかかる。
本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、亜鉛を主成分とした材料の腐食速度を低減可能な技術を提供することを目的とする。
本開示の一態様の保護被膜形成方法は、海水に、硫酸塩および塩基性塩の少なくとも一種を溶解して水溶液を生成し、前記水溶液を、亜鉛を主成分とした材料に噴霧して前記材料に保護皮膜を形成する。
本開示の一態様の保護被膜形成装置は、海水に、硫酸塩および塩基性塩の少なくとも一種を溶解した水溶液を貯蔵する貯蔵部と、亜鉛を主成分とした材料に保護被膜を形成するために、前記材料に前記水溶液を噴霧する噴霧部と、を備え、前記貯蔵部は、前記海水と、前記硫酸塩および前記塩基性塩の少なくとも一種とを撹拌する撹拌部を備える。
本開示の一態様の保護被膜形成装置は、海水を貯蔵する第１貯蔵部と、水を貯蔵する第２貯蔵部と、第１貯蔵部の海水と、第２貯蔵部の水とが所定の割合で供給された混合液を保持する混合部と、前記混合液と、硫酸塩および塩基性塩の少なくとも一種とを撹拌し、前記混合液に硫酸塩および塩基性塩の少なくとも一種を溶解させた水溶液を生成する撹拌部と、亜鉛を主成分とした材料に前記水溶液を噴霧する噴霧部と、を備える。
本開示によれば、亜鉛を主成分とした材料の腐食を軽減可能な技術を提供することができる。
以下、本開示の実施形態について、図面を用いて説明する。
＜保護被膜の生成方法＞
本開示の本実施形態では、海水に、硫酸塩および塩基性塩の少なくとも一種を溶解して水溶液を生成し、前記水溶液を、亜鉛を主成分とした材料に噴霧して前記材料に保護皮膜を形成する。
本開示の本実施形態では、海水に、硫酸塩および塩基性塩の少なくとも一種を溶解して水溶液を生成し、前記水溶液を、亜鉛を主成分とした材料に噴霧して前記材料に保護皮膜を形成する。
まず、実施形態に係る水溶液について説明する。本実施形態の水溶液は、海水に、硫酸塩および塩基性塩の少なくとも一種を溶解したものである。海水は、塩化ナトリウムを主成分とした人工海水でもよい。海水は、水で希釈してもよい。
通常、飛来塩分で海水が大気腐食する場合、亜鉛の腐食生成物において、gordaite以外の腐食生成物の割合が多い皮膜が形成されるため、その後の腐食の進行を抑制する効果が低い。gordaiteは、亜鉛が腐食する際に生成される物質であり、防食性が高く、その後の腐食の進行を抑制する効果が得られる。
本実施形態では、亜鉛を主成分とした材料に、前処理としてこのような水溶液をあらかじめ噴霧しておくことで、亜鉛を主成分とした材料の表面にgordaiteが多い良質な保護皮膜を形成する。この保護被膜をあらかじめ形成しておくことで、亜鉛を主成分とした材料の後の腐食の進行を抑制することができる。
具体的には、保護性の高いgordaiteは、通常は亜鉛めっき製品を海岸エリアに設置した後、海塩粒子による腐食により析出されるが、gordaite以外の保護性のそれほど高くない別の腐食生成物も多く析出される。本実施形態では、gordaiteの割合を多く、効率的に析出させる水溶液を噴霧して、海塩粒子による腐食よりもgordaiteの割合が多い保護皮膜を亜鉛めっき製品の表面にあらかじめ形成させておく。これにより、保護皮膜が形成された亜鉛めっき製品のその後の海塩粒子による腐食を抑制することができる。
水溶液に海水のみを使用することも可能であるが、保護皮膜を形成させる際に過剰に亜鉛が腐食すること避けるために、海水を水で希釈することが望ましい。すなわち、海水と水とを混合した混合液を用いることが望ましい。腐食速度を低下させるために、海水は、水で２～１０倍に希釈するのが好ましく、４～８倍に希釈するのがより好ましい。後述する実験例では、海水を６倍に希釈した。
本実施形態では、このような海水に硫酸塩および塩基性塩の少なくとも一種を溶解して水溶液を生成する。この水溶液を用いることで、多種類の亜鉛の腐食生成物の中でも、特に保護性の高いgordaite（NaZn4(SO4)(OH)6Cl・6H2O）を、意図的に多く析出させる。
塩化物イオンおよびナトリウムイオンは、塩化ナトリウムを含む海水から供給される。
硫酸イオンと、水酸化物イオンは海水にも含まれているので、海水で亜鉛が腐食しただけでもGoradaiteは析出するが、海水の硫酸イオンと水酸化物イオンの含有量は少ない。本実施形態では、硫酸イオンを発生させる硫酸塩および／または水酸化物イオンを発生させる塩基性塩を海水に追加することで、より多くのGoradaiteを析出させて腐食を抑制することができる。
硫酸イオンと、水酸化物イオンは海水にも含まれているので、海水で亜鉛が腐食しただけでもGoradaiteは析出するが、海水の硫酸イオンと水酸化物イオンの含有量は少ない。本実施形態では、硫酸イオンを発生させる硫酸塩および／または水酸化物イオンを発生させる塩基性塩を海水に追加することで、より多くのGoradaiteを析出させて腐食を抑制することができる。
硫酸塩は、硫酸イオンを発生させる（供給する）物質であれば、何を用いてもよい。後述する実験例では、硫酸塩に水への溶解度が低い硫酸カルシウムを用いた。
塩基性塩は、水溶液がアルカリ性を示す。塩基性塩には、例えば、炭酸塩、金属水酸化物、金属酸化物など、水酸化物イオンを発生させる物質を用いることができる。亜鉛は両性金属であり、高pH領域でも腐食が進む。このため、塩基性塩には、水への溶解度が低く、飽和溶液になってもpHが高くなりすぎない塩基性炭酸マグネシウムが好適である。ただし、pHが高くなりすぎないように、他の塩基性塩を少量用いても良い。後述する実験例では、塩基性塩に塩基性炭酸マグネシウムを用いた。
水溶液に含まれる硫酸塩（例えば硫酸カルシウム）の濃度は、0.5以上5g/l以下が好ましい。水溶液に含まれる塩基性塩（例えば塩基性炭酸マグネシウム）の濃度は、塩基性炭酸マグネシウムの濃度は0.05g/L以上0.5g/l以下が好ましい。水溶液に溶解する以上の量を硫酸塩および塩基性塩を添加して撹拌し、この２つの塩の濃度は飽和させて用いても良い。後述する実験例では、硫酸カルシウムおよび塩基性炭酸マグネシウムの飽和溶液を用いた。
＜実験例１＞
次に、本実施形態の実験例について説明する。
次に、本実施形態の実験例について説明する。
海水と純水を１：６の体積比で混合した混合水に、溶け切らない量の塩基性炭酸マグネシウムおよび／または硫酸カルシウムの粉末を溶解（溶け切らない分は沈殿）させた複数の水溶液Ａ～Ｃを作成した。そして、この複数の水溶液をそれぞれ亜鉛板に噴霧（スプレー）し、乾燥させる作業を３回繰り返した。この作業を行う前に、亜鉛版の初期重量を測定しておく。
水溶液Ａは、硫酸カルシウムと塩基性炭酸マグネシウムの両方を添加した水溶液である。水溶液Ｂは、硫酸カルシウムのみを添加したと水溶液である。水溶液Ｃは、塩基性炭酸マグネシウムのみを添加した水溶液である。比較例としての水溶液Ｄは、海水と純水を１：６の体積比で混合しただけの水溶液である。水溶液Ｄには、硫酸カルシウムと塩基性炭酸マグネシウムをいずれも添加されていない。
各水溶液の噴霧および乾燥を繰り返した作業後の亜鉛板を、海岸線から10ｍの地点に1年間暴露し、その後回収した。回収した亜鉛板から腐食生成物を除去した後の重量を測定し、この除錆後の重量と初期重量との差から腐食速度を算出して比較した。ここでは、腐食速度を、比較例の水溶液Ｄの腐食速度を100とした場合の腐食速度に規格化した。
表１は、実験結果である、各水溶液の腐食速度（規格化後）を示すものである。
硫酸カルシウムおよび塩基性炭酸マグネシウムの両方を添加した水溶液Ａが、亜鉛の腐食速度を最も低下できていた。硫酸カルシウムのみを添加した水溶液Ｂと、塩基性炭酸マグネシウムのみを添加した水溶液Ｃも、硫酸カルシウムと塩基性炭酸マグネシウムのいずれも添加しない水溶液Ｄ（比較例）と比較して腐食速度を低下できていることがわかる。
このように、硫酸カルシウムまたは塩基性炭酸マグネシウムを用いた場合に効果が得られ、両方用いる場合にはより良好な結果が得られることがわかった。
硫酸カルシウムは、gordaite析出に必要な硫酸イオンを供給するものである。塩基性炭酸マグネシウムは、gordaite析出に必要な水酸化イオンを供給するとともに、水溶液のpHを弱アルカリ性にする。これにより、本実施形態の水溶液は、両性金属である亜鉛が腐食しにくい条件に制御することができる。
なお、gordaiteの化学式（NaZn4(SO4)(OH)6Cl・6H2O）からわかるように、硫酸カルシウム以外にも硫酸イオンを供給できる硫酸塩であれば、添加剤として好適に利用できる。塩基性炭酸マグネシウム以外にも、水酸化物イオンを供給して水溶液をアルカリ性にできる塩基性塩（例えば、炭酸塩、金属酸化物、金属水酸化物）であれば好適に利用できる。
ただし、硫酸カルシウムおよび塩基性炭酸マグネシウム以外の硫酸塩および塩基性塩を使用する場合は、適量を水溶液に添加する必要がある。具体的には、硫酸塩は0.5～5g/l程度、添加する必要がある。塩基性塩は、水溶液のpHがpH12を超えないように添加する必要がある。硫酸カルシウムおよび塩基性炭酸マグネシウムの場合、常温での水への溶解度がそれぞれ2.4ｇ/Lおよび0.25g/Lで飽和溶液をそのまま使うことができるため、過剰な量の硫酸カルシウムおよび塩基性炭酸マグネシウムを投入しても問題ない。
例えば、過剰な量の硫酸カルシウムおよび塩基性炭酸マグネシウムを、あらかじめ後述する撹拌部に投入しておき、沈殿物が減ってきたら硫酸カルシウムおよび塩基性炭酸マグネシウムを補充するなどすれば、投入する粉末を計量する必要がないため、オペレーションを簡素化できる。これは他の硫酸塩や塩基にはない大きなメリットである。
また、硫酸カルシウムおよび塩基性炭酸マグネシウムは、試薬グレードではなく工業用、または農業用のグレードを使っても問題ないため、調達コストが非常に低いという利点もある。
実験例１では、純水を用いたが、雨水、水道水、井戸水、河川水、工業用水、農業用水など微量の不純物を含む水を用いてもよい。海水についても、塩化ナトリウムが主成分の塩を含む人工海水を用いてもよい。
なお、実験例１では、亜鉛板を用いた場合について説明しているが、亜鉛めっき、亜鉛合金めっき（亜鉛-アルミニウム合金めっき、亜鉛-アルミニウム-マグネシウム合金めっき、などめっきに用いる金属の主成分が亜鉛であるもの）、亜鉛合金ダイキャスト（合金に用いる金属の主成分が亜鉛であるもの）など、亜鉛が主成分の材料に対して良好な結果が得られることは容易に推測できる。
＜保護被膜生成装置＞
次に、本実施形態の保護被膜生成装置について説明する。保護被膜生成装置は、上述した本実施形態の水溶液を生成し、亜鉛を主成分とした材料に前記水溶液を噴霧することで、前記材料の表面に良質な保護皮膜をあらかじめ形成させる装置である。
次に、本実施形態の保護被膜生成装置について説明する。保護被膜生成装置は、上述した本実施形態の水溶液を生成し、亜鉛を主成分とした材料に前記水溶液を噴霧することで、前記材料の表面に良質な保護皮膜をあらかじめ形成させる装置である。
図１は、第１実施例の保護被膜生成装置１の構成を示す図である。図示する保護皮膜形成装置１は、海水に、硫酸塩および塩基性塩の少なくとも一種を溶解した水溶液を貯蔵するタンク部１０（貯蔵部）と、亜鉛を主成分とした材料３０に保護被膜を形成するために、前記材料に前記水溶液を噴霧するスプレー部２０（噴霧部）と、を備える。タンク部１０は、海水と、硫酸塩および塩基性塩の少なくとも一種を撹拌とする撹拌部１４を備える。
タンク部１０に、海水と、硫酸塩および／または塩基性塩とを供給する。海水を希釈するために、さらに水をタンク部１０に供給してもよい。撹拌部１４がこれらの材料を撹拌することで、粉末状の硫酸塩および／または塩基性塩が海水に溶解して本実施形態の水溶液が生成される。
スプレー部２０は、タンク部１０内で生成された水溶液を、亜鉛を主成分とした材料３０に噴霧する。これにより、亜鉛を主成分とした材料３０の表面に良質な保護皮膜を形成させることができる。
図２は、第２実施例の保護被膜生成装置１Ａの構成を示す図である。図示する保護被膜生成装置１Ａは、海水を貯蔵する海水タンク部１１（第１貯蔵部）と、水を貯蔵する水タンク部１２（第２貯蔵部）と、混合部１３と、撹拌部１４と、スプレー部２０（噴霧部）と、を備える。混合部１３は、海水タンク部１１の海水と、水タンク部１２の水とが所定の割合で供給された混合液を保持する。撹拌部１４は、混合液と、硫酸塩および塩基性塩の少なくとも一種とを撹拌し、前記混合液に硫酸塩および塩基性塩の少なくとも一種を溶解させた水溶液を生成する。スプレー部２０は、亜鉛を主成分とした材料３０に生成した水溶液を噴霧する。
海水タンク部１１に海水を入れ、水タンク部１２に水を入れ、撹拌部１４に硫酸塩および／または塩基性塩を入れる。混合部１３は、海水タンク部１１から供給される海水と、水タンク部１２から供給される水とが所定の割合で混合された混合液を保持する。撹拌部１４は、混合部１３に保持された混合液と、当該撹拌部１４に投入された硫酸塩および／または塩基性塩とを撹拌することで、粉末状の硫酸塩および／または塩基性塩を混合液に溶解させて本実施形態の水溶液を生成する。スプレー部２０は、生成された水溶液を、亜鉛を主成分とした材料３０に噴霧する。これにより、亜鉛を主成分とした材料３０の表面に良質な保護皮膜を形成させることができる。
図１の保護被膜生成装置１では、海水を水で希釈する場合、ユーザは、自分で海水と水とをそれぞれ計量して混合する必要がある。一方、図２の保護被膜生成装置１Ａでは、海水タンク部１１と、水タンク部１２と、混合部１３とを備えることで、混合部１３が所定の割合で海水および水を、海水タンク部１１および水タンク部１２から投入することで、海水と水の混合液を自動で生成することができる。
図３は、図２の変形例１の保護被膜生成装置１Ｂの構成を示す図である。図示する保護被膜生成装置１Ｂは、図２の混合部１３と撹拌部１４を一体化した混合・撹拌部１５を有する。このように、混合部１３と撹拌部１４は、独立したものであっても、一体化したものであってもよい。
図４は、図２の変形例２の保護被膜生成装置１Ｃの構成を示す図である。図示する保護被膜生成装置１Ｃは、水タンク部１２の中に撹拌部１４を備える。
硫酸塩および／または塩基性塩の粉末を溶解させるのは、海水と水との混合液でなくてもよい。図４では、水タンク１２と撹拌部１４とを一体化し、撹拌部１４は、水タンク１２の水と、硫酸塩および／または塩基性塩とを撹拌して、水タンク１２の水に硫酸塩および／または塩基性塩を溶解させる。この場合、混合部１３は、海水タンク部１１の海水と、水タンク部１２の硫酸塩および／または塩基性塩が溶解した水とを混合して本実施形態の水溶液を生成する。
また、図５に示す変形例３の保護被膜生成装置１Ｄのように、海水タンク部１１の中に撹拌部１４を備えてもよい。図５では、海水タンク１１と撹拌部１４とを一体化し、撹拌部１４は、海水タンク１１の海水と、硫酸塩および／または塩基性塩とを撹拌して、海水タンク１１の海水に硫酸塩および／または塩基性塩を溶解させる。この場合、混合部１３は、海水タンク部１１の硫酸塩および／または塩基性塩が溶解した海水と、水タンク部１２の水とを混合して本実施形態の水溶液を生成する。
ただし、図４の保護被膜生成装置１Ｃのように、水タンク１２と撹拌部１４を一体化して、海水に含まれる塩化物イオンのモル数に対する、水タンク１２中の水に含まれる硫酸イオンのモル数を多くさせることが好ましい。そのため、図４のように、海水と、硫酸塩および／または塩基性塩を溶解させた水とを混合部１３で混合させる方が、良質な保護皮膜ができるため好ましい。
以上に説明したように、本実施形態の保護被膜生成および保護被膜生成装置によれば、低コストで亜鉛に良好な保護皮膜を形成できるようになる。具体的には、海水または海水と水の混合液に、硫酸カルシウム、塩基性炭酸マグネシウムなどの安価な添加剤を溶解しただけの水溶液を、前処理として亜鉛を主成分とする材料の表面にスプレーするだけで、簡単に良好な保護皮膜を前記材料の表面に付与できるという優れた効果が得られる。
すなわち、この良質な保護被膜を形成することで、亜鉛を主成分とする材料におけるその後の腐食速度を大幅に低減することのでき、亜鉛を主成分とする材料を用いた屋外の構造物の長寿命化を実現することができる。
なお、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想内で、様々な変形および組み合わせが可能である。
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ：保護被膜生成装置
１０：タンク部（貯蔵部）
１１：海水タンク部（第１貯蔵部）
１２：水タンク部（第２貯蔵部）
１３：混合部
１４；撹拌部
１５：混合・撹拌部
２０：スプレー部（噴霧部）
３０：亜鉛を主成分とする材料
１０：タンク部（貯蔵部）
１１：海水タンク部（第１貯蔵部）
１２：水タンク部（第２貯蔵部）
１３：混合部
１４；撹拌部
１５：混合・撹拌部
２０：スプレー部（噴霧部）
３０：亜鉛を主成分とする材料
Claims (5)
- 海水に、硫酸塩および塩基性塩の少なくとも一種を溶解して水溶液を生成し、
前記水溶液を、亜鉛を主成分とした材料に噴霧して前記材料に保護皮膜を形成する
保護被膜形成方法。 - 前記海水は、純水で希釈された
請求項１に記載の保護被膜形成方法。 - 前記硫酸塩は硫酸カルシウムであり、前記水溶液における前記硫酸塩の濃度は0.5g/L以上であり、
前記塩基性塩は塩基性炭酸マグネシウムであり、前記水溶液における前記塩基性塩の濃度は0.05g/L以上度である
請求項１または２に記載の保護被膜形成方法。 - 海水に、硫酸塩および塩基性塩の少なくとも一種を溶解した水溶液を貯蔵する貯蔵部と、
亜鉛を主成分とした材料に保護被膜を形成するために、前記材料に前記水溶液を噴霧する噴霧部と、を備え、
前記貯蔵部は、前記海水と、前記硫酸塩および前記塩基性塩の少なくとも一種とを撹拌する撹拌部を備える
保護皮膜形成装置。 - 海水を貯蔵する第１貯蔵部と、
水を貯蔵する第２貯蔵部と、
第１貯蔵部の海水と、第２貯蔵部の水とが所定の割合で供給された混合液を保持する混合部と、
前記混合液と、硫酸塩および塩基性塩の少なくとも一種とを撹拌し、前記混合液に硫酸塩および塩基性塩の少なくとも一種を溶解させた水溶液を生成する撹拌部と、
亜鉛を主成分とした材料に保護被膜を形成するために、前記材料に前記水溶液を噴霧する噴霧部と、を備える
保護皮膜形成装置。
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|---|---|
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- 2022-11-18 WO PCT/JP2022/042906 patent/WO2024105887A1/ja unknown
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