JP2023172995A - 防蝕亜鉛 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Alを0.1質量%~0.5質量%、ミッシュメタルを0.01質量%~0.1質量%、残部がZnと不可避の不純物からなる防蝕亜鉛、又はミッシュメタルを0.03質量%~0.08質量%、残部がZnと不可避の不純物からなる防蝕亜鉛である。
【選択図】なし
Description
一方、環境への配慮という観点から、欧州連合(EU)において、電子・電気機器における特定化学物質の使用を制限するRoHS指令が公布され、2006年7月に施行された。これにより、防蝕亜鉛のカドミウム含有率は100ppm以下に規制され、従来のカドミウム含有防蝕亜鉛は、今後は使用が避けられることが予想される。
したがって、RoHS指令で規制されるカドミウム含有率が100ppm以下であっても防蝕性能に優れる新たな防蝕亜鉛の開発が強く望まれている。
<1> Alを0.1質量%~0.5質量%、ミッシュメタルを0.01質量%~0.1質量%、残部がZnと不可避の不純物からなることを特徴とする、防蝕亜鉛である。
<2> ミッシュメタルを0.03質量%~0.08質量%、残部がZnと不可避の不純物からなることを特徴とする、防蝕亜鉛である。
<3> Cdを0.002質量%未満含有することを特徴とする、前記<1>又は<2>に記載の防蝕亜鉛である。
<4> 前記不可避の不純物が、Feを0.005質量%未満、Pdを0.004質量%未満、およびCuを0.003質量%未満の少なくともいずれか1種の元素を含むことを特徴とする、前記<3>に記載の防蝕亜鉛である。
<5> 前記ミッシュメタルが、ランタン、ネオジムおよびセリウムのいずれか一方又は双方を含むことを特徴とする、前記<1>又は<2>に記載の防蝕亜鉛である。
<6> 前記ミッシュメタルが、ランタンおよびセリウムの双方であることを特徴とする、前記<1>又は<2>に記載の防蝕亜鉛である。
<7> 前記ミッシュメタルを含有しない場合に比べて結晶構造が微細化していることを特徴とする、前記<1>又は<2>に記載の防蝕亜鉛である。
本発明の防蝕亜鉛は、第1の形態では、Alを0.1質量%~0.5質量%、ミッシュメタルを0.01質量%~0.1質量%、残部がZnと不可避の不純物からなる。ここでミッシュメタルの含有量の上限は、0.08質量%又は0.05質量%とすることができる。
本発明の防蝕亜鉛は、第2の形態では、ミッシュメタルを0.03質量%~0.08質量%、残部がZnと不可避の不純物からなる。
本発明の第1および第2の形態のミッシュメタル含有防蝕亜鉛は、RoHS指令で規制する値を超えるカドミウムを含む従来の防蝕亜鉛の代替品となり得る、優れた溶解性能を有している。
前記ミッシュメタルとしては、例えば、セリウム、ランタン、ネオジムなどの合金が挙げられる。
本発明においては、ミッシュメタルを含有する防蝕亜鉛とは、ランタン、セリウム、ネオジムなどの希土類元素を含有する防蝕亜鉛を示し、ここで、前記ミッシュメタルとして、ランタンおよびセリウムのいずれか一方又は双方を含むことが好ましく、ランタンおよびセリウムの双方を含むことがより好ましい。本発明の防蝕亜鉛はミッシュメタルを含有することにより、ミッシュメタルを含有しない場合に比べて結晶構造が微細化する。その結果、ミッシュメタル含有防蝕亜鉛の高い溶解性能を実現できる。
前記不可避不純物としては、例えば、Al、Si、Ti、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Cd、Pd、Sr、Zr、Be、Baなどの元素が挙げられる。いずれの元素も本発明の防蝕亜鉛の特性を阻害しない範囲の含有量であることが必要であり、一元素あたり0.01質量%未満であることが好ましく、少ないほどより好ましく、検出限界未満であることが特に好ましい。また、前記不可避不純物を合計した含有量が、0.2質量%未満であることがより好ましく、0.1質量%未満であることがさらに好ましく、検出限界未満であることが特に好ましい。具体的には、前記不可避の不純物として、Feを0.005質量%未満、Pdを0.004質量%未満、およびCuを0.003質量%未満の少なくともいずれか1種の元素を含むことが好ましい。また、防蝕亜鉛中のCdは、本発明によれば、低減しても十分な防食性能を発揮でき、0.005質量%未満とすることが好ましく、0.002質量%未満とすることがより好ましい。
前記船舶関係としては、例えば、船体外板、船内バラストタンク、船舶内燃機、推進器、船舶用熱交換器などが挙げられる。
前記海水を使用する陸上施設としては、例えば、各種熱交換器、冷却器、復水器、ポンプ、海上鉄構造物などが挙げられる。
前記地中施設としては、例えば、土中埋設鉄管、鉄塔の脚部、各種タンクの底部などが挙げられる。
実験に使用した亜鉛合金の組成を表1に示す。試料は秋田ジンクソリューションズ株式会社で作製し、各亜鉛合金の組成はICP(Thermo Scientific社製のiCAP6000)により分析した。純亜鉛以外は亜鉛合金中に添加した亜鉛以外の各種含有物を示している。
略称として、実施例1のミッシュメタル含有亜鉛を「MM」、比較例1のケイ素含有亜鉛を「Si」、比較例2の純亜鉛を「Zn」、比較例3のカドミウム含有亜鉛を「Cd」、比較例4のマグネシウム含有亜鉛を「Mg」、比較例5のマグネシウム・ミッシュメタル含有亜鉛を「Mg-MM」と表記する。
なお、表1中のFe、Cu、Pd、Cd(比較例3を除く)、及びAl(比較例2のみ)はいずれも不可避不純物としての含有量を示す。また、比較例4、5の亜鉛合金にはアルミニウムが多く含まれているが、これは亜鉛合金中に存在する微量の鉄が犠牲陽極としての性能を低下させることを防ぐ目的で添加されているものである。
図1は、サイクリック・ボルタンメトリー(CV)測定装置の概略図である。作用極を各種亜鉛合金、対極を作用極に対して十分大きな面積を持ったニッケル線、参照極をAg/AgCl(sat.KCl)とし、人工海水3%NaCl水溶液中でCVを測定した。作用極は面積1cm2の板状亜鉛合金を1000番の耐水研磨紙により研磨した後、アセトンで表面を洗浄し十分に乾燥させた。その後、側面および背面をエポキシ樹脂により被覆し、表面積が1cm2となるようにした。測定範囲は-1500mV~-900mV、掃引速度は1mV/24sとした。電流の測定と電位の掃引にはポテンショ・ガルバノスタットNP_G1001ED(日亜計測工業株式会社製)およびポテンシャルスキャナーES511A(日亜計測工業株式会社製)を用いた。
自己腐食がどの程度起こっているかは、測定された電気量と亜鉛電極の腐食源とを比較することで調べることができる。また、ミッシュメタル含有亜鉛、カドミウム含有亜鉛以外の電極上で起こっているカソード反応は、酸素の還元反応(O2+2H2O+4e-→4OH-)であると考えられ、高い溶解性能を示した2つの電極ではこの反応よりも優先的にカソード反応が起こっていると考えられる。
図15は、ガルバニック電流測定装置の概略図である。作用極を実施例1および比較例1~5の各種亜鉛合金、対極を作用極とほぼ同じ面積を持った板状鉄電極とし、3%NaCl水溶液中で乾燥空気を流しながら作用極と対極のガルバニック電流を無抵抗電流計(N-ZR5AA、日亜計測工業株式会社製)により測定した。作用極と対極はCV測定と同様の方法により作製し、表面積は1cm2とした。
この図16の結果から、実施例1のミッシュメタル含有亜鉛電極は2.5mAcm-2~3.0mAcm-2の安定した電流密度を維持し、これは比較例3のカドミウム含有亜鉛電極に比べて高い値であった。また、比較例3のカドミウム含有亜鉛は40日前後から電流密度が低下しているのに対し、実施例1のミッシュメタル含有亜鉛は、測定開始から50日後まで電流密度の低下は少なく、安定した値を示した。このことから、実施例1のミッシュメタル含有亜鉛は、比較例3のカドミウム含有亜鉛に比べて長時間で安定した溶解が続くことがわかった。
参考のため、比較例1、2、4および5の電極も含めてガルバニック電流を7日間測定したデータと比較すると図17のようになる。やはり実施例1のミッシュメタル含有亜鉛が比較例1、2、4および5の電極に対しても優れた溶解性能を有することがわかった。
合金の構造的分析として、溶解前後の電極表面をSEM-EDXにより測定した。対象は溶解前の電極に関しては実施例1および比較例1~5で示した6種類の全電極、ガルバニック電流測定を14日間行った溶解後の電極に関しては、実施例1のミッシュメタル含有亜鉛および比較例3のカドミウム含有亜鉛の2種類とした。SEM-EDXはJSM-6460LV(JOEL社製)であり、各亜鉛電極はカーボン蒸着した後に分析を行った。
以上の結果から、実施例1のミッシュメタル含有亜鉛がカドミウム含有亜鉛の代替品となり得る、優れた溶解性能を示すことがわかった。
Claims (7)
- Alを0.1質量%~0.5質量%、ミッシュメタルを0.01質量%~0.1質量%、残部がZnと不可避の不純物からなることを特徴とする、防蝕亜鉛。
- ミッシュメタルを0.03質量%~0.08質量%、残部がZnと不可避の不純物からなることを特徴とする、防蝕亜鉛。
- Cdを0.002質量%未満含有することを特徴とする、請求項1又は2に記載の防蝕亜鉛。
- 前記不可避の不純物が、Feを0.005質量%未満、Pdを0.004質量%未満、およびCuを0.003質量%未満の少なくともいずれか1種の元素を含むことを特徴とする、請求項3に記載の防蝕亜鉛。
- 前記ミッシュメタルが、ランタン、ネオジムおよびセリウムのいずれか一方又は双方を含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載の防蝕亜鉛。
- 前記ミッシュメタルが、ランタンおよびセリウムの双方であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の防蝕亜鉛。
- 前記ミッシュメタルを含有しない場合に比べて結晶構造が微細化していることを特徴とする、請求項1又は2に記載の防蝕亜鉛。
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