(57)【要約】【課題】海水に対して耐食性、耐久性に優れた耐海水用磁性材料を提供する。【解決手段】磁性体からなる基板の海水と接触する表面に、ＣｒＮ、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＢＮ、ＢＣＮ、ＡｌＢＮからなるナイトライド系材料、および水素を含むダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、ＴｉＣからなるカーボン系材料から選択される少なくとも１種以上の材料で構成される被覆層を有し、該被覆層は１層もしくは２層以上の被覆層で構成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体からなる基板の海水と接触する表面に、ＣｒＮ、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＢＮ、ＢＣＮ、ＡｌＢＮからなるナイトライド系材料、および水素を含むダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、ＴｉＣからなるカーボン系材料から選択される少なくとも１種以上の材料で構成される被覆層を有し、該被覆層は１層もしくは２層以上の被覆層で構成されていることを特徴とする耐食性磁性材料。
【請求項２】
前記基板の表面に前記ナイトライド系材料から選択される１種の被覆層からなる下地層と、該下地層の被覆層の表面に更に前記水素を含むダイヤモンドライクカーボンからなる被覆層が積層されている請求項１に記載の耐食性磁性材料。
【請求項３】
前記磁性体からなる基板は、１０ｃｇｓ以上の磁化率を有するステンレス、鉄、ニッケル、コバルト、サマリウム、ネオジウム、タングステン、クロム、アルミニウム、バリウム、ストロンチウム、ホウソ、白金、ニオブ、マンガン、プラセオジム、磁性ポリマーから選択される少なくとも１種もしくは２種以上の合金もしくは酸化物の集合体である請求項１または請求項２に記載の耐食性磁性材料。
【請求項４】
前記被覆層は、基板に対して、蒸着、アーク蒸着、スパッタリングあるいはプラズマ溶射して基板と一体化して形成し、該被覆層の厚さ０．０１μｍ以上１００μｍ以下としている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の耐食性磁性材料。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の耐食性磁性材料を、海水処理用に用いる磁気分離装置の磁気フィルタ、該磁気フィルタを収容する配管、該磁気分離装置と接続する配管、該配管に介設したポンプの少なくとも１つの構成材とし、前記被覆層を海水と接触する面に配置していることを特徴とする海水処理装置。
【請求項６】
前記磁気分離装置を、バラスト水、油田随伴水を含む海水浄化用、あるいは海水淡水化処理用としている請求項５に記載の海水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐食性磁性材料および該材料を用いた海水処理装置に関し、例えば、オイルタンカーに搭載する海水からなるバラスト水や海水を含む油田随伴水の処理用の磁気分離装置の構成材として好適に用いられるものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、工場排水、生活排水等が河川を経由して海水に流れ込み、海水の汚染が拡大する傾向がある。
これらの汚染された水に含まれる固形物等を除去処理する場合、水量が大量であるため洗浄処理の高速化が要求される。かつ、汚染の要因となる微生物、プランクトン、菌体を多く含む水処理では、前記の被除去物をミクロン単位の空孔を有する濾過膜で捕捉する必要があり、この場合には濾過膜の通過に時間がかかり、かつ、濾過膜に捕捉粒子が堆積して目詰まりが発生しやすいため、間欠的に洗浄が必要である等の理由から、処理水の高速大量処理が困難である。
【０００３】
また、近年、船舶に積載するバラスト水の処理が問題となっている。バラスト水は空荷状態でも安全に航行するために積載される海水であり、バラスト水は出港時に付近の海域から取水し、入港時の積荷の積載時に海洋へ排水される。即ち、出港地の海水からなるバラスト水が入港地で排水され、例えば、日本から出港したオイルタンカーがオイル産油国のクエート等の中近東へ航行してオイルを搭載する場合、日本海域の海水がバラスト水として積載され、中近東の海域で洋上に排水されることとなる。
このようにバラスト水が取水した海域と異なる海域に排水されると、海水中の生物が本来の生息地でない海域に移動させられることとなり、海洋の生態系に大きな影響を及ぼすこととなる。
【０００４】
このため、一部の国では既にバラスト水の排出を規制しており、２００４年２月には、国際海事機関において、「船舶のバラスト水および沈殿物の規制および管理」のための国際条約が採択され、２００９年以降の建造船に対し、基準に適合したバラスト水処理システムの設置が求められ、かつ、９５％以上のバラスト水を浄化処理することが求められている。
しかしながら、バラスト水タンクの容量が１５００トン〜５０００トンと大型のタンカーにおいて、出港から入港までの航海中に洋上で、バラスト水を処理水に交換処理する場合、非常に高速に大量処理する必要がある。しかも、海水中には藻等のミクロン単位の微生物が含まれるため、前記のように高速に大量処理することは困難である。
【０００５】
さらに、従来より含油排水の処理も必要とされる場合が多い。この種の含油排水として、例えば、油田随伴水がある。油田随伴水は、原油試掘の際、海水を地層の油層に注入して圧力を高めて生産性を確保しており、そのため、油を含む海水からなる排水が多量に発生し、該含油排水が油田随伴水と称されている。この油田随伴水は、非水性油分を除去処理した後に廃棄する必要がある。
【０００６】
従来、本出願人は、特開２０００−２５４５４４号公報（特許文献１）において、藻等の植物性微生物からなる被除去物を含む原水を、比較的高速で被除去物を分離除去できる磁気分離装置を提供している。
該磁気分離装置は、原水に鉄酸化物粒子からなる磁性粒子を添加して、被除去物に磁性を付与した後に、磁気フィルタを通過させて、被除去物を磁気フィルタに磁着して分離除去している。このように磁気で被除去物を分離除去しているため、磁気フィルタの水通過用の空孔を広くしても被除去物を分離除去でき、水処理の高速化を図ることができる。
【０００７】
前記磁気分離装置を海水処理に用いた場合、該磁気分離装置を構成する磁性材料の海水と接する表面が、海水中に含まれる塩分等によって磁性が低下したり、磁性材料の表面に腐食が発生し、交換やメンテナンス作業に多大の労力と手間が生じる恐れがあり、海水に対する耐食性を高める必要がある。
【０００８】
従来、海水に接する磁性材料としては、例えば、特開２０００−１７６３０６号公報（特許文献２）おいて海水中に浮遊する重油を回収するため、マグネタイト等の磁性体を海上へ散布して油に付着させる一方、回収船のブイに磁力を付与し、あるいは磁力を有するフェンスで囲み、重油に付着したマグネタイトをブイあるいはフェンスに付着させて重油を回収することが記載されている。
しかしながら、前記ブイやフェンスは磁石を内蔵させて磁性体とする事が記載されているだけで、海水に接触するブイやフェンスの素材自体の記載はなく、当然のことながら、海水に接触する材料に耐食性を付与していることは示唆もされていない。
【０００９】
また、特開平５−３０２１４８号公報（特許文献３）には、海水に晒される橋梁の構造材として、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．５〜２％、Ｍｎ：０．０５〜０．１％、Ｐ：０．０１〜０．２％、Ｃｒ：１〜５％，Ａｌ：０．５〜３％、およびＮ：０．００５〜０．５％を鉄（Ｆｅ）に含有させた高耐食性強磁性型制振合金が提案されている。
【００１０】
しかしながら、前記金属のうち耐食性に有効なＣｒは１〜５％、Ｎは０．００５〜０．５％と微量で、鉄の含有率が９０％を越えた合金であるため、鉄分が材料の表面に現出し、海水による鉄の腐食が発生および進行しやすい恐れがあり、さらに、海水に対する耐食性、耐久性を高める必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−２５４５４４号公報
【特許文献２】特開２０００−１７６３０６号公報
【特許文献３】特開平５−３０２１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は前記した問題に鑑みてなされたもので、海水と接触する磁性材料の耐食性、耐久性を高めることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するため、本発明は、磁性体からなる基板の海水と接触する表面に、ＣｒＮ、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＢＮ，ＢＣＮ、ＡｌＢＮからなるナイトライド系材料、および水素を含むダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、ＴｉＣからなるカーボン系材料から選択される少なくとも１種以上の材料で構成される被覆層を有し、該被覆層は１層もしくは２層以上の被覆層で構成されていることを特徴とする耐食性磁性材料を提供している。
【００１４】
前記のように、本発明では、基板自体に耐海水性の成分を配合して合金化しているのではなく、磁性体からなる基板の表面に海水に対して耐食性、耐久性を備えた被覆層を設けている。これにより基板を特殊な合金で形成する必要はなく、かつ、磁力の程度が既知の基板を用いることが出来る。かつ、被覆層を海水に対して耐食性、耐久性を有する前記ナイトライド系の金属材料あるいは前記カーボン系の無機材料からのみなる被覆層とし、鉄等の基板を海水に接触させていないため、前記特許文献３の合金よりも耐食性、耐海水性が優れた材料とすることができる。
【００１５】
前記ナイトライド系の金属材料では、Ｎが特に耐海水性に優れているため、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｂからなる耐海水性に優れた金属に配合し、錆びが発生し易く耐食性が低い鉄との合金としていないため、耐海水性を高めることができる。
前記ナイトライド系材料において、各合金の比率は以下の範囲とすることが好ましい。
特に、基板が金属である場合には、熱膨張係数の点から、前記被覆層では、基板側はナイトライド系材料の金属をリッチにし、表面側にかけて窒素を増加させる傾斜構造が好ましい。
前記ナイトライド系材料は、以下の範囲で変化させることが可能である。
ＣｒＮはＣｒ：Ｎ＝９９：１〜２０：８０
ＴｉＮはＴｉ：Ｎ＝９９：１〜２０：８０
ＡｌＮはＡｌ：Ｎ＝９９：１〜２０：８０
ＢＮはＢ：Ｎ＝９５：１〜２０：８０
ＡｌＢＮはＡｌ：Ｂ：Ｎ＝９８：１：１〜２０：２０：６０
ＢＣＮはＢ：Ｃ：Ｎ＝８０：１５：５〜２０：２０：６０
【００１６】
前記カーボン系統では、特に水素を含むダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）が好ましく、ＴｉＣ（Ｔｉ：Ｃ＝９０：１０〜３０：７０）が耐海水性に優れていることを、本発明者は実験により知見している。
【００１７】
特に、前記基板の表面に前記ナイトライド系材料から選択される１種の被覆層からなる下地層と、該下地層の金属被覆層の表面に更に前記水素を含むダイヤモンドライクカーボンからなる被覆層が積層されていることが好ましい。
【００１８】
前記磁性体からなる基板は、１０ｃｇｓ以上の磁化率を有するステンレス、鉄、ニッケル、コバルト、サマリウム、ネオジウム、タングステン、クロム、アルミニウム、バリウム、ストロンチウム、ホウソ、白金、ニオブ、マンガン、プラセオジム、磁性ポリマーから選択される少なくとも１種もしくは２種以上の合金もしくは酸化物の集合体からなる。
前記基板は必要とされる強度、引張力等の機械的物性から任意のものを用いることができるが、少なくとも１０ｃｇｓ以上の磁化率を有するものとしている。
これは、前記表面被覆層で被覆した場合、１０ｃｇｓ未満の磁化率では磁力が弱くなることによる。
【００１９】
前記被覆層は、基板に対して、蒸着、アーク蒸着、スパッタリングあるいはプラズマ溶射で基板と一体化して形成し、該被覆層の厚さ０．０１μｍ以上１００μｍ以下としていることが好ましい。
前記被覆層の厚さは、被覆層が１層の場合は１層の厚さ、複数層とした場合は合計厚さである。
【００２０】
前記被覆層の厚さを０．０１μｍ以上としているのは、０．０１μｍ未満では、他部材との接触で摩損が発生しやすく、特に、常時、摺動する相手方部材があると慴接により摩損が発生し耐久性が損なわれることに因る。
一方、被覆層の厚さが１００μｍを越えると、磁気フィルタの磁化率、飽和磁気特性などの磁気特性が劣化する。また、重量が増加しコスト高になり、かつ、基材の種類によっては発生する磁力が弱くなることに因る。
前記被覆層の厚さは、さらに好ましくは０．１μｍ〜５μｍである。
【００２１】
前記被覆層は海水と接触する面にだけ設ければ良く、配管中に海水を流通する場合には、配管の内周面を前記蒸着、アーク蒸着、スパッタリングあるいはプラズマ溶射等からなるドライプロセスで被覆層を形成している。これは被覆層を形成するセラミックの融点が高いためメッキ等のウエットプロセスを用いることが困難であることによる。
全面が海水と接触する場合には、基板の全面に前記被覆層を設けている。
前記のように、アーク蒸着、スパッタリングあるいはプラズマ溶射で被覆層を形成すると、該被覆層が基板と強固に一体化でき、経年使用しても基板と被覆層との間にクラック等が発生して剥離するのを防止できる。特に、微小な微粉などによる、膜中のボイドには注意する必要があり、蒸着時の基板の設置方法も重要となる。例えば、上向きに基板をなるべく設置せずに、下向き、横向きなどが好適である。
【００２２】
また、本発明は、前記した耐食性磁性材料を、海水処理用に用いる磁気分離装置の磁気フィルタ、該磁気フィルタを収容する配管、該磁気分離装置と接続する配管、該配管に介設したポンプの少なくとも１つの構成材とし、前記被覆層を海水と接触する面に配置していることを特徴とする海水処理装置を提供している。
【００２３】
前記磁気分離装置は、バラスト水、油田随伴水を含む海水浄化用、あるいは淡水化処理用として好適に用いることができる。
前述したように、近年、条約により船舶に積載するバラスト水の処理が求められており、大量のバラスト水を出向港から到着港に達するまでに高速で処理する必要があり、高速に大量のバラスト水を処理できる点から磁気分離装置が好適に用いられる。
油田随伴水の浄化用装置および海水の淡水化処理装置においても大量の海水を高速に処理する必要があるため磁気分離装置が好適に用いられる。
このように、磁気分離装置において海水と接触する面に磁性体からなる構成材を配置する場合、前記した耐食性磁性材料を用いて形成すると、耐食性、耐久性を高めることができ、磁気分離装置自体の耐用年数を長期化することができる。
【００２４】
なお、本発明の耐食性磁性材料は、磁気分離装置の構成材に限らず、基板がステンレス、鉄等の磁性体である場合、該磁性体の表面を前記被覆層で被覆しておくと、耐食性、耐久性が優れたものとなるため、海水と接する構成材として好適に用いることができる。特に、ポンプ等の常時摺動が負荷される構成材や、海水を中空糸膜の濾過装置で浄化する場合において、該濾過装置の槽や配管を形成する構成材としても好適に用いることができる。
さらに、前記特許文献２に記載の海洋に重油が流出した際に、海洋に浮遊する重油に磁性粒子を散布して磁気分離装置で重油を回収する場合においても、回収用部材や磁気分離装置の構成材として本発明の耐食性磁性材料を用いることができる。
【発明の効果】
【００２５】
前述したように、本発明の耐食性磁性材料は、海水と接触する磁性体からなる基板表面に海水に対して耐食性、耐久性が優れた被覆層を設けているため、耐海水性が優れた材料とすることができる。特に、基板自体を耐海水性を有する特殊な合金で形成する必要はなく、海水に接触する面のみに前記被覆層を設ければ良いため、簡単に耐食性および耐久性に優れた耐海水用材料とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の耐海水用磁性材料の第一実施形態の断面図である。
【図２】第二実施形態の断面図である。
【図３】第三実施形態の断面図である。
【図４】第四実施形態のバラスト水処理に磁気分離装置を用いた場合を概略的に示す全体図である。
【図５】磁気分離装置の断面図である。
【図６】（Ａ）は磁気分離装置に用いる磁気フィルタを示す側面図、（Ｂ）は要部拡大断面図である。
【図７】バラスト水処理のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１、図２、図３に、本発明の耐食性磁性材料の第一〜第三実施形態を示す。
図１に示す第一実施形態の耐食性磁性材料１Ａは、基板２の表面に、ＣｒＮ、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＢＮ，ＢＣＮ、ＡｌＢＮから選択される１種のナイトライド系材料からなる被覆層３を設けている。本実施形態ではＣｒＮ（窒化クロム）からなる被覆層３とし、基板２は磁化率が１０ｃｇｓ以上のステンレスからなる磁性体としている。
前記ＣｒＮはＣｒ：Ｎを９０：１０〜４０：６０の配合比としたものが好適であり、本実施形態のＣｒＮはＣｒ：Ｎを６０：４０としている。
【００２８】
前記ＣｒＮからなる被覆層３は基板２に対して、蒸着、アーク蒸着、スパッタリングあるいはプラズマ溶射で基板と一体化して形成しており、本実施形態ではアーク蒸着法を採用している。
アーク蒸着は溶融したＣｒＮを雰囲気温度３０℃〜２００℃とした条件下で、ステンレスからなる基板２の一面の全面に、厚さ０．０１μｍ以上〜１００μｍ以下で蒸着して被覆層３を積層し、一体化して形成している。本実施形態では、基板２の厚さが８００μｍで、被覆層３の厚さを３．５μｍとしている。
【００２９】
図２に示す第二実施形態の耐食性磁性材料１Ｂは、基板２の表面に、水素を含むダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）あるいはＴｉＣからなるカーボン系の被覆層３を備えている。該カーボン系のうちＤＬＣが特に耐海水性に優れているため、本実施形態の被覆層３はＤＬＣで形成している。
また、本実施形態では、基板２は磁化率が１０ｃｇｓ以上で、厚さが第一実施形態よりも厚い１５００μｍの鉄からなる磁性体としている。
前記ＤＬＣからなる被覆層３は基板２に対して、第一実施形態と同様に、蒸着、アーク蒸着、スパッタリングあるいはプラズマ溶射で基板と一体化して形成しており、本実施形態ではスパッタリングを採用し、被覆層３の厚さも第一実施形態より厚い８μｍとしている。
【００３０】
図３に示す第三実施形態の耐食性磁性材料１Ｃは、第一実施形態と同じステンレスからなる基板２の表面に、第一実施形態と同じＣｒＮからなる下地層の被覆層３−１を設け、該被覆層３−１の表面に第二実施形態と同じＤＬＣからなる表面側の被覆層３−２を設け、２層の被覆層３−１、３−２を有する構造としている。
【００３１】
前記被覆層３−１は基板２に対してアーク蒸着で形成し、その後、該被覆層３−１の表面にＤＬＣをスパッタリングして被覆層３−２を形成している。
ステンレスからなる基板２の厚さは２７００μｍ、ＣｒＮからなる被覆層３−１の厚さは５μｍ、ＤＬＣからなる被覆層３−２の厚さは５μｍとし、被覆層３−１と３−２の合計厚さを１０μｍ、耐食性磁性材料の全体厚さを２７１０μｍとしている。
【００３２】
前記第一〜第三実施形態の耐食性磁性材料の評価試験を行った。
【００３３】
前記第一〜第三実施形態の各耐海水用磁性材料を、１００日間、海水に浸漬して実験した結果、いずれも、被覆層３で被覆していない基板のみからなる場合と比較して、腐食が発生せず、耐食性に優れていることが認められた。その中でも、特に、第三実施形態の下地の被覆層３−１をＣｒＮとし、表面側の被覆層３−２をＤＬＣとした場合、耐食性が優れていた。
【００３４】
図４乃至図７に第四実施形態を示す。
第四実施形態はバラスト水処理用として用いる磁気分離装置からなり、該磁気分離装置の構成材として前記耐食性磁性材料を用いている。
【００３５】
図４に示すように、船舶１００に搭載したバラスト水用タンク１０１からポンプ１２を介設した配管１１を通して、海水からなるバラスト水Ｑ１を船舶１００に搭載した磁気分離装置１０へ送給している。かつ、磁気分離装置１０へ流通させる前に磁性粒子Ｐを磁性粒子供給槽１３でバラスト水Ｑ１に投入し、バラスト水中に浮遊及び沈殿する藻類を含む植物微生物もしくは動物微生物からなる非磁性物質に付着して磁性を付与している。
前記バラスト水タンク１０１、配管１１、ポンプ１２のハウジングおよび回転部材（図示せず）からなる構成材、および磁性粒子供給槽１３はステンレス、鉄等の強度を有する材料で形成している。これらのステンレス、鉄は磁性体であるため、海水と接する面には腐食が発生しやすいため、前記第一〜第三実施形態のいずれかからなる耐食性磁性材料で前記タンク１０１、配管１１、ポンプ１２および磁性粒子供給槽１３を形成し、耐食性、耐久性を高めている。
【００３６】
磁気分離装置１０は、図５に示すように、磁石１５で囲んだ配管１６に磁気フィルタ１８を並設した構成からなり、前記海水と接触する配管１６、磁気フィルタ１８を前記第一〜第三実施形態のいずれかからなる耐海水用磁性材料で形成している。図５中、１９は磁気フィルタ１８の洗浄機構を示す。
【００３７】
具体的には、前記配管１６はステンレスからなる基板の海水と接触する内周面を前記ナイトライド系あるいは／およびカーボン系の被覆層で被覆した耐海水用磁性材料で形成している。
さらに、図６（Ａ）（Ｂ）に示す磁気フィルタ１８は、ステンレス、鉄、ニッケル、コバルト等を主成分とした磁性体からなる多数の孔を設けた多孔質の基板１８ａの全面を前記ナイトライド系あるいは／およびカーボン系の被覆層１８ｂで被覆した耐海水用磁性材料で形成している。なお、前記磁気フィルタ１８は前記被覆層を有する磁性体で形成した線材からなる金網としてもよい。
【００３８】
図７に示すように、前記磁気フィルタ１８を配管１６内に収容した磁気分離装置１０を複数段で設け、これら磁気分離装置１０とを接続する配管２１、ポンプ２２も耐海水用磁性材料で形成している。
さらに、磁気分離装置１０の下流に中空糸膜モジュール２５を槽２６内に収容した濾過装置２７を設け、該濾過装置２７で濾過済みの処理液を配管２８を介して前記バラスト水用タンク１０１へ戻している。
前記配管２１、ポンプ２２、濾過装置２７の槽２６、配管２８の内面も海水に接するため、前記ナイトライド系あるいは／およびカーボン系の被覆層で被覆した前記耐食性磁性材料で形成している。
【００３９】
前記のように、海水と接触する面に耐海水性を有する被覆層を設けた耐食性磁性材料を用いて磁気分離装置を構成すると、磁気分離装置自体の耐久性を向上させることができ、磁気分離装置の耐用年数を長くすることができる。
さらに、磁気分離装置で高速に大量のバラスト水から固形物を分離除去できると共に、該磁気分離装置で除去できなかった微細な固形物を確実に除去できる。
【００４０】
前記磁気分離装置は、バラスト水等の処理のみならず、油田随伴水、海水淡水化装置の脱塩工程の前処理装置、海水浄化装置に用いる場合においても、構成材としてステンレスや鉄等の磁性体を用いる場合、これら磁性体を前記ナイトライド系あるいは／およびカーボン系の被覆層で被覆した磁性材料を用いると、耐食性、耐久性を高めることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）  耐食性磁気材料
２  基板
３（３−１、３−２）被覆層
１０  磁気分離装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
2010177326.tif 000005
【図４】
2010177326.tif 000006
【図５】
2010177326.tif 000007
【図６】
2010177326.tif 000008
【図７】
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