(57)【要約】  接触時に金属製部材の表面に吸着された腐食性ガスを、低コストで十分且つ確実に脱着させて、金属製部材の腐食を低減する方法を提供する。金属製部材の表面のうち腐食性ガスが接触した接触面に、予め加熱された脱着用ガスを接触させて、接触面に吸着された腐食性ガスを脱着させる。これにより、腐食性ガスの接触による金属製部材の腐食を低減する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
腐食性ガスの接触による金属製部材の腐食を低減する方法であって、前記金属製部材の表面のうち前記腐食性ガスが接触した接触面に、予め加熱された脱着用ガスを接触させて、前記接触面に吸着された前記腐食性ガスを脱着させることを含む金属製部材の腐食低減方法。
【請求項２】
前記予め加熱された脱着用ガスの温度が３０℃以上１００℃未満である請求項１に記載の金属製部材の腐食低減方法。
【請求項３】
前記腐食性ガスが、臭化水素、塩化水素、フッ化水素、臭素ガス、塩素ガス、フッ素ガス、三塩化ホウ素、アンモニア、硫化水素、二酸化硫黄、一酸化窒素、二酸化窒素、セレン化水素、四フッ化ケイ素、及び六フッ化タングステンのうちの少なくとも１種を含有する請求項１又は請求項２に記載の金属製部材の腐食低減方法。
【請求項４】
前記脱着用ガスが、窒素ガス、アルゴン、ヘリウム、水素ガス、二酸化炭素、酸素ガス、及び空気のうちの少なくとも１種である請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属製部材の腐食低減方法。
【請求項５】
前記金属製部材の金属がステンレス鋼である請求項１〜４のいずれか一項に記載の金属製部材の腐食低減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製部材の腐食を低減する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
腐食性ガスの接触による金属製部材の腐食を低減するため、接触時に金属製部材の表面に吸着された腐食性ガスの脱着が行われる。例えば、腐食性ガスを流通する配管であれば、配管を加熱しながら不活性ガスを流通する方法（特許文献１を参照）がある。
しかしながら、特許文献１に開示の方法では、配管のサイズが大きいと大型の加熱装置が必要となるため、高コストであるという問題があった。また、複雑な形状の部分では、加熱自体が困難であるという問題があった。さらに、特許文献１に開示の方法では、配管に温度ムラが生じる場合があった。そのため、局所的に温度が上がりすぎた部分では、腐食性ガス中に水分が含有されている場合は脱着よりもむしろ腐食性ガスによる腐食が進むおそれがあり、局所的に温度が低い部分では腐食性ガスを十分に脱着することができないおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特許公報  第３１３４１１６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、接触時に金属製部材の表面に吸着された腐食性ガスを、低コストで十分且つ確実に脱着させて、金属製部材の腐食を低減する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明の一態様は以下の［１］〜［５］の通りである。
［１］  腐食性ガスの接触による金属製部材の腐食を低減する方法であって、前記金属製部材の表面のうち前記腐食性ガスが接触した接触面に、予め加熱された脱着用ガスを接触させて、前記接触面に吸着された前記腐食性ガスを脱着させることを含む金属製部材の腐食低減方法。【０００６】
［２］  前記予め加熱された脱着用ガスの温度が３０℃以上１００℃未満である［１］に記載の金属製部材の腐食低減方法。
［３］  前記腐食性ガスが、臭化水素、塩化水素、フッ化水素、臭素ガス、塩素ガス、フッ素ガス、三塩化ホウ素、アンモニア、硫化水素、二酸化硫黄、一酸化窒素、二酸化窒素、セレン化水素、四フッ化ケイ素、及び六フッ化タングステンのうちの少なくとも１種を含有する［１］又は［２］に記載の金属製部材の腐食低減方法。【０００７】
［４］  前記脱着用ガスが、窒素ガス、アルゴン、ヘリウム、水素ガス、二酸化炭素、酸素ガス、及び空気のうちの少なくとも１種である［１］〜［３］のいずれか一項に記載の金属製部材の腐食低減方法。
［５］  前記金属製部材の金属がステンレス鋼である［１］〜［４］のいずれか一項に記載の金属製部材の腐食低減方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、接触時に金属製部材の表面に吸着された腐食性ガスを、低コストで十分且つ確実に脱着させて、金属製部材の腐食を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】脱着用ガスの温度と試験片から溶出した臭化物イオンの量との関係を示すグラフである。
【図２】脱着用ガスの温度と試験片から溶出した金属イオンの量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態について、以下に詳細に説明する。
本実施形態の金属製部材の腐食低減方法は、腐食性ガスの接触による金属製部材の腐食を低減する方法であって、金属製部材の表面のうち腐食性ガスが接触した接触面に、予め加熱された脱着用ガスを接触させて、接触面に吸着された腐食性ガスを脱着させることを含む。
【００１１】
このような構成であれば、金属製部材の表面のうち腐食性ガスが接触した接触面が、予め加熱された脱着用ガスによって確実に且つ均一に加熱されるので、金属製部材の接触面に温度ムラが生じにくい。接触時に金属製部材の接触面に吸着された腐食性ガスの吸着平衡が加熱によって脱着側にシフトするが、金属製部材の接触面が脱着用ガスによって確実に且つ均一に加熱されるため、接触面に吸着された腐食性ガスを、接触面から十分に且つ確実に脱着することができ、金属製部材の腐食を低減することができる。そして、金属製部材の温度が局所的に上がりすぎるということがないので、腐食性ガス中に水分が含有されている場合であっても、脱着時に脱着よりも腐食性ガスによる腐食が進むという現象が生じにくい。
【００１２】
また、金属製部材に腐食性ガスが残留していると、金属製部材が大気に開放されて大気中の水分と接触した場合に、大気中の水分の影響で腐食が急速に進むおそれがあるが、接触面に吸着された腐食性ガスが脱着されているので、金属製部材が大気に開放されても腐食が生じにくいし、金属製部材が大気中に長期間にわたって暴露されても腐食の進行が生じにくい。
【００１３】
また、金属製部材を直接的に加熱するのではなく、脱着用ガスを介して金属製部材を加熱するので、脱着用ガスを加熱する設備のみを有していれば、金属製部材を加熱することができる。よって、金属製部材のサイズに関係なく同様の操作で腐食性ガスの脱着を行うことができるので、金属製部材のサイズが大きい場合であっても、低コストで腐食性ガスの脱着を行うことができる。さらに、金属製部材に複雑な形状の部分（例えば、複雑に入り組んだ部分）が存在したとしても、加熱された脱着用ガスによって問題なく均一に加熱することができるので、どのような形状の金属製部材であっても、腐食性ガスの脱着を行うことができる。
【００１４】
予め加熱された脱着用ガスの温度は、３０℃以上１００℃未満とすることができ、好ましくは３０℃以上８０℃以下である。３０℃以上１００℃未満の温度であれば、金属製部材に腐食を進行させることなく腐食性ガスの脱着を行うことができる。
脱着用ガスを加熱する方法は特に限定されるものではなく、金属製部材の接触面に接触させる前に脱着用ガスを予め所望の温度に加熱することができるならば、どのような方法を採用してもよい。
なお、脱着用ガスを接触させる前の金属製部材の温度は、常温以下とすることができ、例えば２５℃以下としてもよいし、２０℃以上２５℃以下としてもよい。
【００１５】
また、腐食性ガスの種類は特に限定されるものではなく、例えば、電子工業分野においてエッチング、クリーニング等の用途で使用される腐食性ガスがあげられる。具体例としては、臭化水素（ＨＢｒ）、塩化水素（ＨＣｌ）、フッ化水素（ＨＦ）、臭素ガス（Ｂｒ２）、塩素ガス（Ｃｌ２）、フッ素ガス（Ｆ２）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）、アンモニア（ＮＨ３）、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、二酸化硫黄（ＳＯ２）、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、セレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）、六フッ化タングステン（ＷＦ６）等の腐食性化合物のガスがあげられる。これらの腐食性化合物のガスは、１種類を単独で腐食性ガスとしてもよいし、２種以上を適宜混合して腐食性ガスとしてもよい。また、上記の腐食性化合物のガスのうちの少なくとも１種を窒素ガス（Ｎ２）、空気等の非腐食性ガスと混合したものを腐食性ガスとしてもよい。
【００１６】
本実施形態の金属製部材の腐食低減方法は、各種の腐食性ガスの中でも、分子中に臭素原子を有する臭素化合物である臭化水素を含有する腐食性ガスを用いた場合に特に好適である。
さらに、脱着用ガスの種類は特に限定されるものではなく、例えば、窒素ガス（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、水素ガス（Ｈ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、酸素ガス（Ｏ２）、空気等の非腐食性ガスがあげられる。これらの非腐食性ガスは、１種類を単独で脱着用ガスとしてもよいし、２種以上を適宜混合して脱着用ガスとしてもよい。ただし、脱着用ガスとして、拡散性が良好であるものを用いることが好ましい。
【００１７】
さらに、金属製部材の種類は特に限定されるものではなく、例えば、腐食性ガスの製造工程、精製工程や半導体の製造工程において使用されて腐食性ガスと接触する金属製部材があげられる。より具体的には、前記各工程において腐食性ガスを流通する配管や、前記各工程において使用される各種機器（タンク、ポンプ、コンプレッサー等）に備えられる金属製部材があげられる。
なお、腐食性ガスを流通した配管や、前記各工程において使用された各種機器に対して、本実施形態の金属製部材の腐食低減方法を実施すれば、配管や各種機器から腐食性ガスを除去することができるので、これら配管や各種機器を他種のガスに対して使用したとしても、他種のガスへの腐食性ガスの混入を抑制することができる。
【００１８】
さらに、金属製部材を構成する金属の種類は特に限定されるものではなく、例えば、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）等の純金属や、ステンレス鋼、炭素鋼、ニッケル合金等の合金があげられる。これらの金属の中では、ステンレス鋼が好適である。
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。また、本実施形態には種々の変更又は改良を加えることが可能であり、その様な変更又は改良を加えた形態も本発明に含まれ得る。
【実施例】
【００１９】
以下に試験例を示して、本発明をより詳細に説明する。
ステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）製電解研磨管容器の内部にステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）製の板状試験片（縦２ｃｍ、横５ｃｍ、厚さ０．２ｃｍ）を挿入した後に、ステンレス製電解研磨管容器の内部に窒素ガスを１時間流通させて、ステンレス製電解研磨管容器の内部及び試験片に付着の水分を除去した。なお、試験片は、表面を研磨度４００番相当に研磨したものを用いた。【００２０】
次に、試験片を挿入したステンレス電解研磨管容器を−２０℃に冷却した。そして、臭化水素ガス（腐食性ガス）を加圧して液化しながらステンレス電解研磨管容器に導入し、１ｐｐｍの水分を含む液状の臭化水素が試験片に接触するようにした。その後、臭化水素の液温が４０℃となるように昇温し、ステンレス電解研磨管容器の内部の圧力をゲージ圧で３．２ＭＰａとして臭化水素を気化させて、試験片を臭化水素ガス中で１日間放置した。本試験例においては、試験片の表面全面が腐食性ガスの接触面となる。【００２１】
１日間放置後、臭化水素ガスをステンレス電解研磨管容器から抜出したら、予め所定の温度に調整した窒素ガス（脱着用ガス）を導入して、ステンレス電解研磨管容器の内部の圧力をゲージ圧で１．５ＭＰａまで上昇させ（圧張り）、続いてブローする手順からなるパージ操作を１５回繰り返した。窒素ガスの温度は、２０℃、３０℃、４０℃、５０℃、８０℃、又は１００℃とした。なお、ステンレス電解研磨管容器の内部の温度を常時測定し、窒素ガスが所定の温度に調整されていることを確認した。【００２２】
１５回のパージ操作が終了してから６０分後にステンレス電解研磨管容器の内部の温度が２０℃に調整されていることを確認したら、ステンレス電解研磨管容器から試験片を取り出した。そして、試験片を気温２５℃、湿度５０％の大気中に５日間放置した後に、試験片の表面の状態を目視により観察した。結果を表１に示す。
また、１５回のパージ操作が終了してから６０分後にステンレス電解研磨管容器の内部の温度が２０℃に調整されていることを確認したら、ステンレス電解研磨管容器から試験片を取り出し、２０℃の純水に３０分間浸漬させた。そして、純水を分析して、試験片から溶出した臭化物イオンの量と、金属イオン（鉄イオン、クロムイオン、及びニッケルイオン）の量を測定した。なお、１種の金属について異なる価数のイオンが存在する場合には、全ての価数のイオンの量を測定し、合計した。例えば、２価の鉄イオンと３価の鉄イオンが純水中に存在する場合には、両イオンのトータルの量を測定した。結果を、表１及び図１，２のグラフに示す。表１及び図１，２のグラフに示した臭化物イオンの量及び金属イオンの量は、純水中に含有されていた各イオンの量を試験片の表面積で除した値であり、すなわち、単位面積当たりの各イオンの溶出量を示す。【００２３】
【表１】
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【００２４】
なお、各イオンの量の測定方法は、以下の通りである。まず、臭化物イオンの量の測定方法について説明する。
試験片を浸漬させた純水１ｍＬをシリンジで分取後、イオンクロマトグラフに注入し臭化物イオンを定量した。使用したイオンクロマトグラフの詳細を以下に記載する。
測定装置：ＤＩＯＮＥＸ社製イオンクロマトグラフ（型式：ＤＸ−１２０）
ガードカラム：ＤＩＯＮＥＸ社製カラムＤｉｏｎｅｘ  ＩｏｎＰａｃ  ＡＧ２３
分離カラム：ＤＩＯＮＥＸ社製カラムＤｉｏｎｅｘ  ＩｏｎＰａｃ  ＡＳ２３
サプレッサー：ＤＩＯＮＥＸ社製サプレッサーＡＳＲＳ−３００
サプレッサー電流：５０ｍＡ
溶離液の流量：１．５ｍＬ／ｍｉｎ
溶離液：２．７ｍｍｏｌ／Ｌ  Ｎａ２ＣＯ３、０．３ｍｍｏｌ／Ｌ  ＮａＨＣＯ３【００２５】
次に、金属イオンの量の測定方法について説明する。試験片を浸漬させた純水１００ｍＬを分取後、電子工業用塩酸（和光純薬工業株式会社製）を１ｍＬ加え試料液とした後、ＩＣＰ発光分光分析装置に導入して金属イオンを定量した。使用したＩＣＰ発光分光分析装置の詳細を以下に記載する。
測定装置：株式会社島津製作所製ＩＣＰ発光分光分析装置（型式：ＩＣＰＳ−８１００）
ＲＦ出力：１．２ｋＷ
試料導入速度：１ｍＬ／ｍｉｎ
積分時間：５０ｓｅｃ．
平均回数：３回
測定元素、波長：Ｆｅ  ２５９．９４０ｎｍ
Ｃｒ  ２６７．７１６ｎｍ
Ｎｉ  ２３１．６０４ｎｍ【００２６】
表１から分かるように、窒素ガスの温度が３０〜８０℃である場合は、窒素ガスの温度が２０℃である場合と比べて、試験片から溶出した臭化物イオンの量が少なかった。また、窒素ガスの温度が３０〜８０℃である場合は、５日間放置後の試験片の表面に腐食は確認されなかったのに対し、窒素ガスの温度が２０℃である場合は、５日間放置後の試験片の表面に腐食が確認され、５日間の放置中に腐食が進行していた。【００２７】
さらに、窒素ガスの温度が１００℃である場合は、窒素ガスの温度が３０〜８０℃である場合と比べて、試験片から溶出した金属イオンの量が多く、５日間の放置前に既に腐食が進んでいることが分かる。また、窒素ガスの温度が１００℃である場合は、ステンレス電解研磨管容器から試験片を取り出した直後において試験片の表面に腐食が確認された。このことから、試験片の表面に残存する臭化水素と水による腐食が、予め１００℃に加熱された窒素ガスによって加速されたことが分かる。【００２８】
これらの結果から、腐食を進行させずに金属製部材から臭化水素を除去するためには、予め３０℃〜８０℃に加熱した脱着用ガスを用いることが効果的であることが分かる。また、臭化水素を除去すれば、臭化水素の除去後に大気に晒されても金属製部材の腐食は進行しにくいことが分かる。
なお、上記の試験例では、腐食性ガスを脱着するために予め加熱した脱着用ガスを金属製部材に接触させる方法として、脱着用ガスを圧張りした後にブローする手順からなるパージ操作を複数回繰り返す方法を採用したが、予め加熱した脱着用ガスを圧張りせずに流通させる方法も適用可能である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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