(57)【要約】【課題】環境面等の諸規制に抵触するような有害物質を使用することなく、マグネシウム材に発生した錆を除去することができ、しかもマグネシウム母材に対する影響の少ない錆除去方法と、このような方法に好適なマグネシウム材の錆除去素装置を提供する。【解決手段】例えば、ＣＯ２含有水Ｗを貯溜した反応槽２と、この反応槽２にＣＯ２ガスを供給する炭酸ガス供給手段としての炭酸ガス発生槽３を備えた装置１を用い、反応槽２内に錆の発生した被処理マグネシウム材を浸漬して、当該被処理剤にＣＯ２含有水Ｗを接触させて、マグネシウムの酸化物や水酸化物を炭酸マグネシウムに変える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウムを含む材料から成り、錆の発生した物品にＣＯ２含有水を接触させることを特徴とするマグネシウム材の錆除去方法。
【請求項２】
上記ＣＯ２含有水の炭酸イオン濃度が飽和濃度であることを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム材の錆除去方法。
【請求項３】
上記ＣＯ２含有水の温度が０〜６０℃であることを特徴とする請求項１又は２に記載のマグネシウム材の錆除去方法。
【請求項４】
ＣＯ２含有水を貯溜可能な反応槽と、該反応槽にＣＯ２ガスを供給する炭酸ガス供給手段を備えたことを特徴とするマグネシウム材の錆除去装置。
【請求項５】
上記反応槽にイオン交換水又は純水を供給する給水手段と、反応槽中のＣＯ２含有水を排出する排水手段を備えていることを特徴とする請求項４に記載のマグネシウム材の錆除去装置。
【請求項６】
上記反応槽中のＣＯ２含有水を撹拌する撹拌手段と、上記ＣＯ２含有水を所定温度に保持する液温制御手段を備えていることを特徴とする請求項４又は５に記載のマグネシウム材の錆除去装置。
【請求項７】
上記炭酸ガス供給手段が、化学反応によりＣＯ２を生成させる炭酸ガス発生槽を備えていることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１つの項に記載のマグネシウム材の錆除去装置。
【請求項８】
上記炭酸ガス供給手段が、ＣＯ２を封入した高圧ガス容器と、該高圧ガス容器から供給されるＣＯ２の圧力を低下させる減圧弁と、上記ＣＯ２の流量を調整する流量調整弁と、上記ＣＯ２の圧力を検知する圧力計を備えていることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１つの項に記載のマグネシウム材の錆除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマグネシウム材に発生した錆を 環境面等の諸規制に抵触することなく、安全、且つ簡便に除去することができるマグネシウム材の錆除去方法と、当該錆除去方法に好適に用いることができるマグネシウム材の錆除去装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウム材に関する錆除去については、従来より、既定された方法や規格等がなく、僅かに、クロム酸を用いた方法で行われているに過ぎない。
すなわち、マグネシウムは、酸や塩類等と容易に反応することから、これ等の酸や塩類を除去剤として用いた場合には、錆（ＭｇＯ、ＭｇＯＨ）が除去された後において、母材（Ｍｇ）も錆と同様に、これ等酸や塩の影響を受けてしまうことがある。
【０００３】
そのため、高酸化力を有するクロム酸により処理する方法が、錆除去事例として認められる。
例えば、非特許文献１及び２には、マグネシウム合金の化学的前処理として、脱脂処理によって除去できない酸化皮膜や腐食生成物などを除去するために、クロム酸や弗酸、硝酸等を用いた酸洗いを行うことが記載されている。
【０００４】
また、非特許文献３には、塩水噴霧による腐食試験前後の重量変化によりマグネシウム合金ダイカスト材の耐食性を評価するに際して、試験後の試験片から腐食生成物を除去するために、２００ｇ／Ｌ無水クロム酸と１０ｇ／Ｌ硝酸銀混合溶液に浸漬することが記載されている。
【非特許文献１】日本マグネシウム協会編、「マグネシウム技術便覧」、第１版、カロス出版株式会社、２０００年５月１７日第１刷発行、ｐ．３２０
【非特許文献２】小島陽、井藤忠男監修、「マグネシウム合金の応用と成形加工技術」、株式会社シーエムシー、２００１年２月１日第１刷発行、ｐ．８９
【非特許文献３】日本マグネシウム協会表面処理分科会編、「技術研究報告Ｎｏ．３  マグネシウム合金ダイカスト材の表面処理標準板の評価試験報告書」、日本マグネシウム協会、平成１９年３月１６、ｐ．１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、クロム酸を始めとする上記した酸類は、その有害性が極めて高いことから、作業環境や廃液処理などに関する諸問題や、今後予想される規制強化などを考慮すると、これら処理液の使用自体を検討することが必要となる。
【０００６】
本発明は、従来の錆除去方法における上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、環境面等の諸規制に抵触するような有害物質を使用することなく、マグネシウム材に発生した錆を除去することができ、しかも母材に対する影響の少ない錆除去方法を提供することにある。また、このような方法に好適に使用することができるマグネシウム材の錆除去素装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、処理液（錆除去剤）として炭酸水、すなわちＣＯ２含有水を用いることによって、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００８】
本発明は上記知見に基づくものであって、本発明のマグネシウム材の錆除去方法は、マグネシウムを含む材料から成り、かつ錆の生成した物品に、ＣＯ２を含有する水を接触させることを特徴とする。
また、本発明のマグネシウム材の錆除去装置は、ＣＯ２含有水を貯溜することができる反応槽と、この反応槽の中にＣＯ２ガスを供給する炭酸ガス供給手段を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、錆の発生したマグネシウム材をＣＯ２含有水に接触させるようにしたため、作業環境や周辺環境、廃液処理などの問題を生じることなく、しかもマグネシウム材本体をほとんど浸食することなく、錆を除去することができる。
また、本発明の錆除去装置は、ＣＯ２含有水を貯溜可能な反応槽と、この反応槽にＣＯ２ガスを供給する炭酸ガス供給手段を備えたものとしたから、反応槽中のＣＯ２含有水内にマグネシウム材を浸漬することによって、マグネシウム材に発生した錆を効果的に除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明によるマグネシウム材の錆除去方法及び装置について、さらに具体的に説明する。
【００１１】
本発明のマグネシウム材の錆除去方法は、上記したように、錆の発生した、マグネシウムを含む材料から成る物品に、ＣＯ２含有水を接触させるようにしている。
したがって、物品上に生成した錆（ＭｇＯ、Ｍｇ（ＯＨ）２）が炭酸（Ｈ２ＣＯ３）と反応して炭酸水素マグネシウム（Ｍｇ（ＨＣＯ３）２）となって、物品の表面から脱離し、さらに安定な炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）へと変化することによって錆除去反応が進行するものと考えられる。
【００１２】
このとき、上記ＣＯ２含有水、すなわち炭酸水溶液は、弱酸性であって、クロム酸等の従来処理液に較べて、Ｍｇとの反応が緩やかであるため、マグネシウム材との接触時間が多少長くなったとしても、マグネシウム材本体部分に与える影響が少ないことになる。
なお、本発明において、マグネシウムを含む材料とは、典型的なものとしては、マグネシウム合金に代表されるが、マグネシウムを含み、保管時の環境条件によってＭｇＯやＭｇ（ＯＨ）２ が生成されるものである限り、特に限定されない。
【００１３】
図１は、本発明によるマグネシウム材の錆除去装置の第１の実施形態を示すものである。
図に示すマグネシウム材の錆除去装置１は、ＣＯ２含有水を被処理材に接触させて、錆除去反応を生じさせる反応槽２と、炭酸ガス供給手段としての炭酸ガス発生槽３と、給水手段としての給水装置５と、排水手段としての排水装置７から主に構成されている。
【００１４】
上記反応槽２は、内部に、錆除去剤であるＣＯ２含有水Ｗ（炭酸水溶液）と共に、錆の発生した被処理マグネシウム材を収納して、密閉可能な構造を備え、上記した錆除去反応を進行させるために、上記各装置に連結されると共に、ヒーター２ａや攪拌機２ｂを備えている。
【００１５】
すなわち、当該反応槽２の底部には、上記反応を促進すべく、ＣＯ２含有水Ｗを加熱し、好適温度に保持するための液温制御手段としてのヒーター２ａを備えている。当該ヒーター２ａは、ＣＯ２含有水Ｗの液温を検知する温度センサーや、コントローラを備え、液温の自動制御が可能であることは言うまでもない。
さらに、反応槽２内には、撹拌機２ｂ（撹拌手段）が設けてあり、ＣＯ２含有水Ｗの液温を均一化すると共に、反応生成物の槽内での堆積を防止して、当該生成物を排水と共に槽外に円滑に排出させることができるようになっている。
【００１６】
炭酸ガス供給手段としての炭酸ガス発生槽３は、化学反応、例えば炭酸塩等から化学的にＣＯ２を遊離させ、炭酸ガス供給管４を介して反応槽２内にＣＯ２を供給し、反応槽２内に貯溜された水中のＣＯ２含有量、言い換えるとＣＯ３イオン濃度が低下しないようにする機能を有する。
【００１７】
一方、給水装置５は、給水タンク５ａと給水弁５ｂを備え、吸水管６を介して上記反応槽２に連結されており、タンク５ａ内の水（純水、イオン交換水）を給水弁５ｂによって水量調整しながら、反応槽３内に供給する。
当該給水装置５から反応槽２内に供給された水は、炭酸ガス発生槽３から供給されたＣＯ２を溶解してＣＯ２含有水Ｗとなる。
【００１８】
排水装置７は、排水タンク７ａと排水弁７ｂを備え、配水管８を介して上記反応槽２の底部に連結されており、錆除去反応によって生じた炭酸マグネシウムを主体とする生成物を水と共に排出する機能を有する。なお、この時の排水量は、給水装置５からの吸水量と基本的に一致していることが必要であり、上記排水弁７ｂと給水装置５の給水弁５ｂによって調整が行われる。
排水タンク７ａ中に溜まった排水については、特に有害物質も含まれていないことから、上記反応生成物の沈殿槽を設ける以外に、特に特別な廃水処理を施す必要はないものと考えられる。
【００１９】
上記炭酸ガス発生槽３によるＣＯ２供給においては、例えば、次式に示すような有機酸と炭酸水素ナトリウム（重曹）反応、すなわち酸のＨと重曹中のＮａが置換することによってＣＯ２が遊離する反応を例示することができる。
Ｒ−ＣＯＯＨ＋ＮａＨＣＯ３  →  Ｒ−ＣＯＯＮａ＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ
【００２０】
このような反応では、使用原料自体から引き起こされる危険性は少ないが、混合段階での反応が瞬時に開始することから、噴出や漏れ等が起きないように充分な密閉保持が望ましい。
そのためには、先ず、炭酸塩と、当該炭酸塩と反応する固形物酸等を溶解可能な範囲の量だけ、ほぼ等量ずつ秤量し、それぞれ水に溶解する。この理由として、乾燥した粉末のままの状態では、互いに接触しても反応は起こり得ない。従って、試薬を溶解し、反応可能な状態であるイオン化した状態にしておく必要性が生じたことによる。その後、溶解した酸の方を密閉可能な発生容器に移し、全量が容器の２分の１程度迄となるように水を添加し（または、容器１／２量の水に溶解）、ガス流路以外を密閉した状態とした後、発生容器の上部に設けた注入口より炭酸塩溶液を注ぎ入れるようにする。その後、注入口を密閉し、遊離したＣＯ２ガスを炭酸ガス供給管４を介して反応槽２内に導入する。
【００２１】
炭酸ガス発生槽３から供給されたＣＯ２は、給水装置５から供給されて、反応槽２内に溜められた水に溶込み、ＣＯ３イオンとなって、マグネシウム材から成る被処理物に生成された錆、すなわちマグネシウムの酸化物や水酸化物と反応し、被処理物の錆をその表面から離脱させる。この時の反応は、次式によるものと考えられる。
ＭｇＯ＋２Ｈ２ＣＯ３  →  Ｍｇ（ＨＣＯ３）２  ＋Ｈ２Ｏ   
炭酸生成：ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ  →  Ｈ２ＣＯ３
イオン化：Ｈ２ＣＯ３  →（ＣＯ３−２ ＋Ｈ２↑  及び  ＨＣＯ３−＋Ｈ＋↑）
反応１・・・  ＭｇＯ＋ＣＯ３−２   →（ＭｇＣＯ３＋Ｏ−２↑）
反応２・・・  ＭｇＯ＋ＨＣＯ３−  →（ＭｇＨＣＯ３＋＋Ｏ−２↑）
ＭｇＨＣＯ３＋  →（ＭｇＣＯ３＋Ｈ＋↑）
軽いＨ２は、容器上部に溜まるため、時々上部ガス抜き弁を開放し、大気中へ放つなどして内圧上昇を防いでやる必要がある。また、Ｈ２の一部は、同様に生じる１／２Ｏ２と結合して水へと変化する。
【００２２】
ＣＯ２が水に溶込むことによって、炭酸水となり、ＣＯ３イオンが得られるが、この場合の溶込み量、すなわち炭酸イオン濃度としては、上記錆除去反応の反応速度、除去効率の観点から飽和状態であることが望ましい。
ＣＯ２の溶込量は、その時の液温に左右されることから、反応時の液温を常時一定の範囲内で保持することが望ましく、反応槽２の底部に配置した液温制御手段としてのヒーター２ａが機能する。なお、反応槽２内の水、すなわちＣＯ２含有水Ｗの液温としては、温度が低すぎると、上記反応が円滑に進まず、逆に高すぎると、ＣＯ２の溶解度が低下する傾向があることから、０〜６０℃の範囲、さらに好ましくは１５〜２５℃の範囲内とすることが望ましい。
【００２３】
また、ＣＯ２を効率良く溶込ませるためには、水と接する時間や接触面積をより多くすることが望ましい。すなわち、気泡の滞留時間を長くする観点からは、反応槽２内に配置した攪拌機２ｂを作動させたり、ＣＯ２の気泡をできるだけ微細化し、表面積を増す観点から、ＣＯ２を水中でバブリングさせたりすることが望ましい。
【００２４】
さらに、送給されるＣＯ２ガスの量は、水への溶存可能な飽和量を上廻ることになるため、水に溶け込むことができなかった過剰なＣＯ２はそのまま大気中に放出されることになり兼ねない。そこで、上記反応槽２を密閉可能な耐圧構造とすると共に、図に示すように、溶け込むことのできない過剰なＣＯ２を反応槽３の上方側に滞留させ、当該反応槽内が液相と気相域で構成されるようにすることが望ましい。
すなわち、気相域に溜った過剰なＣＯ２により気相圧力が上昇することによって生じる気相−液相間での圧力バランスの崩れにより、気相域に滞留するＣＯ２の一部を水中に再度溶け込ませることができるようになる。
【００２５】
反応槽３内の被処理物の錆（ＭｇＯ、Ｍｇ（ＯＨ）２）とＣＯ３イオンとの間で、上記のような反応が進行するに伴って生成される炭酸マグネシウムなどの化合物は、ＣＯ２含有水Ｗ中に浮遊すると共に、反応槽３の底部に堆積された状態で存在する。
この反応生成物は、弱塩基性であることから、ＣＯ３イオンの酸濃度を低下させる働きを持つと共に、錆成分のＭｇＯなどに対するＣＯ３イオンの作用の阻害因子となり得る可能性が高い。 したがって、 適時に反応生成物を取除くために、上記排水装置７と共に、排水後の液補充のための給水装置５がそれぞれ機能する。
【００２６】
このとき、排水装置７は、反応槽２内に堆積された状態と液中に浮遊した状態の反応生成物を除去することができるように、上記したように、排水口を反応槽２の下部に設けると共に、排水時における生成物の反応槽壁面への付着を避ける意味から、ＣＯ２含有水Ｗを攪拌しながら排水することが必要となる。
したがって、給水装置５の注入口は完全浸漬可能な位置より僅かに上側に設けると共に、過剰給水とならないように、必要量に到達した時点で、給水を停止させることができるような自動制御機能を備えることが望ましい。
【００２７】
図２は、本発明のマグネシウム材の錆除去装置の第２の実施形態を示すものであって、当該錆除去装置１は、炭酸ガス供給手段として、図１（第１実施形態）に示した炭酸ガス発生槽３に替えて、炭酸ガス供給装置９を用いたこと以外は、基本的に図１に示した錆除去装置と変わるところはない。したがって、炭酸ガス供給装置９以外の構造、機能については、同一の参照符号を付すことによって、その説明を省略する。
【００２８】
図において、炭酸ガス供給手段としての炭酸ガス供給装置９は、炭酸ガスボンベのようなＣＯ２を封入した高圧ガス容器９ａと、減圧弁９ｂと、流量調整弁９ｃと、圧力計９ｄを備え、炭酸ガス供給管４を介して反応槽２に連結されている。
【００２９】
すなわち、当該炭酸ガス供給装置９は、高圧ガス容器９ａから供給されるＣＯ２ガスの圧力及び送給量を減圧弁９ｂ及び流量調整弁９ｃによって調整し、圧力計９ｄによって確認しながら、反応槽２に供給することができるようになっている。
当該供給装置９は、高圧ガス取り扱いに関する諸規定を遵守し、特に安全上の配慮を怠らない限り、取り扱いが容易であり、連続的稼働にも対処することができる。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【００３１】
実験に先立って、軽量化対応策の一環として用いられるマグネシウム合金として、ＡＺ９１Ｄ（９％Ａｌ−１％Ｚｎを含有するマグネシウム合金ダイキャスト）から成る部材Ａ及びＢを国内外市場に３年間放置することによって、当該部材の表面に錆を発生させ、それぞれ錆除去用の試験片とした。
【００３２】
次に、上記により得られた錆除去試験片を図１に示した錆除去装置の反応槽２内に入れると共に、給水装置５から上記試験片が十分に浸漬される量の水（イオン交換水）入れ、当該反応槽２を密閉した。
【００３３】
次いで、炭酸ガス発生槽３内に、有機脂肪酸としてマレイン酸の水溶液を入れ、さらにこの中に炭酸水素ナトリウム（重曹）の水溶液を炭酸ガス発生槽３の注入口から投入し、直ちに注入口を密閉し、発生槽内で発生したＣＯ２を反応槽２内に導入し、反応槽内の水中にバブリングさせた。
【００３４】
このとき、ヒーター２ａによって反応槽内の水温を２０℃に保持すると共に、攪拌機２ｂによって、槽内を静かに撹拌させた。
また、上記有機脂肪酸及び重曹水溶液の濃度としては、マレイン酸については４５〜５０ｇ／５００ｍｌとした。一方、重曹については、４５〜５０ｇ／２００ｍｌとし、一度に４０〜５０ｍｌ程度ずつに分けて添加し、添加後、発生槽３内での気泡の発生が停止した後、次の添加を行い（計４〜５回）、十分にＣＯ２が得られるようにした。
【００３５】
そして、反応槽２に導かれたＣＯ２が水に十分に飽和し、反応槽２の内壁面に気泡となって付着するまで、上記の状態を継続した。
これからさらに２４時間、このままの状態で放置し、２４時間経過後、試験を終了して各試験片Ａ、Ｂを取り出し、軟質のブラシを用いて水洗し、表面の汚れや付着物を除去したのち、エアブローによって乾燥した。
【００３６】
図３及び図４は、試験片Ａ及びＢの上記錆除去処理前（ａ）及び処理後（ｂ）の外観を示すものである。
試験片Ａ及びＢ共に、処理前には各試験片のほぼ全面に発生していた錆（各図の（ａ）参照）が２４時間の錆除去処理によって、各図の（ｂ）に示すように、ほぼ完全に除去されていることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明によるマグネシウム材の錆除去装置の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明によるマグネシウム材の錆除去装置の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図３】本発明の錆除去処理を施した第１の試験片における処理前（ａ）及び処理後（ｂ）の外観を示す写真である。
【図４】本発明の錆除去処理を施した第２の試験片における処理前（ａ）及び処理後（ｂ）の外観を示す写真である。
【符号の説明】
【００３８】
１    マグネシウム材の錆除去装置
２    反応槽
２ａ  ヒーター（液温制御手段）
２ｂ  攪拌機（撹拌手段）
３    炭酸ガス発生槽（炭酸ガス供給手段）
５    給水装置（給水手段）
７    排水装置（排水手段）
９    炭酸ガス供給装置（炭酸ガス供給手段）
９ａ  高圧ガス容器
９ｂ  減圧弁
９ｃ  流量調整弁
９ｄ  圧力計
【図１】
2010007097.tif 000003
【図２】
2010007097.tif 000004
【図３】
2010007097.tif 000005
【図４】
2010007097.tif 000006