(57)【要約】【課題】腐食性の厳しい環境で使用する建築金物に関し、優れた耐食性を有するステンレス鋼製建築金物を提供する。【解決手段】建築金物の素材にステンレス鋼を用い、空気を原料とするオゾン発生装置より発生したオゾンを０．２ｐｐｍ以上溶存させた水溶液を、６０℃以上の温度で建築金物に接触させる。これによって腐食性の厳しい使用環境に対して優れた耐食性を示すステンレス鋼製建築金物の提供が可能となった。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス鋼製の素材を、建築金物に成形・加工後にオゾンが溶存した水溶液を接触させることにより、ステンレス鋼の不動態皮膜中のＣｒを濃化させることを特徴とする建築金物の耐食性向上方法。
【請求項２】
請求項１の方法において、オゾンが０．２ｐｐｍ溶存している水溶液を用いることを特徴とする建築金物の耐食性向上方法。
【請求項３】
請求項１又は２の方法において、オゾンはオゾン発生装置により空気を原料として発生させたものを用いるオゾンを用いることを特徴とする建築金物の耐食性向上方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海岸地域や屋内プール等の腐食性の厳しい環境で使用する建築金物に係わり、ドアノブやサッシ金具、フレーム等を形成する鋼材の腐食の発生を抑制するステン鋼製建築金物の耐食性向上方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ステンレス鋼製建築金物の材料はＳＵＳ３０４が主流であり、場合によってはＳＵＳ４３０も用いられる。しかし、塩害の厳しい海岸地域や次亜塩素酸を多量に含む屋内プール環境でこれらのステンレス鋼製建築金物を用いると短期間で腐食を起こし、発銹により美観を損なったり、場合によっては建築金物としての機能性を損なうこともある。したがって、海岸地域や屋内プール環境におけるＳＵＳ３０４やＳＵＳ４３０の使用は困難であった。
【０００３】
上記の理由により、これらの腐食性の厳しい環境における建築金物の材料としてはめっき材や塗装材が用いられる場合もあるが、特殊な工程が増えることからコスト的に不利になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ステンレス鋼製建築金物は素材の耐食性が要求される。本発明の目的は、海岸地域や屋内プール等の腐食性の厳しい使用環境において優れた耐食性を有する安価なステンレス鋼製建築金物を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、汎用のステンレス鋼を用いて腐食性の厳しい環境に対して耐食性を得るための表面改質技術について詳細な検討を行ってきた。その結果、空気を原料とするオゾン発生装置より発生させた０．２ｐｐｍ以上のオゾンが溶存する水溶液に６０℃以上の温度で接触させることによって、腐食性の厳しい環境に対して優れた耐食性を示すことを見出した。
本発明は空気を原料とするオゾン発生装置から生成する０．２ｐｐｍ以上のオゾンが溶存した水溶液中にステンレス鋼を接触させることにより、ステンレス鋼不動態皮膜中のＦｅを溶解除去するとともに、安定してＣｒ濃度の高い不動態皮膜を形成することができる。この不動態皮膜により、ステンレス鋼の耐食性を向上させるものである。この際、処理温度は６０℃以上にする必要がある。
【０００６】
【作用】
以下、本発明について詳細に述べる。ステンレス鋼の耐食性は表面欠陥および不動態皮膜の組成、構造の影響を受ける。例えば、焼鈍時に生じた酸化スケール直下のＣ  ｒ欠乏層や表面の介在物あるいは粒界侵食溝などは腐食の起点となりやすい。酸洗や研磨は、焼鈍時のスケール除去や庇取り以外に、これら欠陥の除去作用も有する。しかし、これらの欠陥の除去は材料のもつ本来の特性を発現させるに過ぎず、それ以上の特性をもたらすことはない。−方、ステンレス鋼の不動態皮膜は主にＣｒやＦｅの水和酸化物からなり、鋼成分や表面仕上げによって不動態皮膜の組成や厚みなどが異なる。鋼中のＣｒ濃度が高いほど、不動態皮膜中のＣｒ濃度が高くなり、耐食性に優れた不動態皮膜が得られることが知られている。したがって、汎用のステンレス鋼が耐食性を得るためには、不動態皮膜中Ｃｒ濃度を上げるような表面改質が有効である。
【０００７】
ステンレス鋼の不動態皮膜中のＣｒを濃化する手段としては酸化性の酸を用いた不動態化処理が挙げられる。酸化性の酸の代表的なものに硝酸があり、一般に３０ｍａｓｓ％以下の濃度の硝酸が用いられるが、ステンレス鋼の耐食性向上を目的とした場合、ある程度の耐食性向上は望めるが、合金元素としてのＣｒやＭｏ量を増やした場合に匹敵するほどの効果は得られない。したがって、硝酸の酸化力を強化するために重クロム酸や過酸化水素などの酸化性物質と併用して用いられる場合がある。しかし、重クロム酸を使用する場合は六価クロムの環境問題、過酸化水素を用いる場合には効果の持続性の点に問題があり、工業的ではない。また、近年では環境問題から脱Ｎの傾向にあり、硝酸の使用も好ましくない。
【０００８】
発明者らはステンレス鋼の耐食性向上を目的として、強酸化剤であるオゾンを利用した表面改質技術に着目した。オゾンの酸化力は極めて強く、塩素の７倍とも言われることから、近年では殺菌処理にも用いられている。鋭意研究を進めた結果、空気を原料とするオゾン発生装置から生するオゾンを水溶液中に溶存させ、ステンレス鋼と接触させることによって、不動態皮膜中のＣｒ濃化作用が顕著になることを見出した。
【０００９】
これは、空気を原料とするオゾン発生装置から生成されるオゾンを水溶液中に溶存させる際に空気中の窒素が分解して、微量の硝酸が生成されることにより、まずステンレス鋼の不動態皮膜中のＦｅが溶解除去され、次にオゾンの酸化作用のために残されたＣｒが濃化するためである。
酸素を原料とするオゾン発生装置では硝酸が生成されないために、不動態皮膜中のＦｅを溶解除去できずに、満足する耐食性を有する不動態皮膜が得られない。したがって、オゾンの発生装置としては、紫外線ランプ方式によるもの、放電によるもの、水電解式によるものがあるが、空気を原料とする放電方式のものがよい。微量の硝酸の生成によりｐＨが１〜２になるために、不動態皮膜中のＦｅの溶解作用のほかに、酸性環境ではオゾンを比較的に安定な状態で溶存させることができる。
【００１０】
建築金物に対する本処理の適用に関し、ドアノブやサッシ金具、フレーム等はプレスで成形され、場合によっては溶接で組み立てられる。加工部においてはステンレス鋼の不動態皮膜が破壊されるために耐食性が低下する。また、溶接部についてはステンレス鋼が溶解するために、不動態皮膜が破壊され本来の耐食性を失う。したがって、これらの加工部や溶接部の耐食性を向上させるためには成形、加工後に処理を施す必要がある。オゾンが溶存する水溶液とこれらの建築金
物め接触方法としては、処理槽にオゾンが溶存する水溶液を充填し、建築金物を浸漬させて昇温したまま一定時間、保持する方法でよい。また、処理槽に水を張り、昇温して所定のオゾン濃度の水溶液が生成されるまで直接オゾンを吹き込む手段も可能である。
【００１１】
水溶液中のオゾン濃度に関し、オゾンは０．２ｐｐｍ以上存在すればよい。オゾン濃度が高いほど酸化力が強くなり、ステンレス鋼の不動態皮膜中のＣｒ濃化に対してより効果的であるが、極端にオゾン濃度を上げると、オゾン発生設備およびオゾンガスの排気設備などの大規模化が必要なため経済的でないうえに安全性にも問題を生じる。オゾン濃度がそれより低いと、目的とする不動態皮膜中のＣｒの濃化作用が得られない。
【００１２】
オゾンを溶存させる水は特に限定されない。−般上水でも蒸留水あるいは工水などでも可能である。また、あらかじめ硝酸などの酸化性の酸を溶解した酸性水溶液を用いることも有効である。水溶液中にオゾンを溶存させる方法としては、オゾン発生器で生成したオゾンを水溶液に連続して吹き込むことにより、容易に溶存できる。
【００１３】
処理温度に関し、建築金物とオゾンを溶存させた水溶液を接触する際の温度は６０℃以上にする必要がある。それより温度が低い場合には、不動態皮膜中のＦｅを溶解除去する能力が乏しい上Ｃｒの濃化作用も乏しい。短時間で効果的にＣｒが濃化した不動態皮膜を得るためには処理温度を６００ｃ以上にする必要がある。また、建築金物を形成するステンレス鋼とオゾンを溶存させた水溶液の接触時間は１時間以上が望ましい。短時間では耐食性を向上させるほどのＣｒが濃化できない。
【００１４】
本発明におけるステンレス鋼は汎用ステンレス鋼にとどまらずマルテンサイト系、フエライト系、オーステナイト系あるいは二相系のどれでもよい。耐食性を改善する目的においては、Ｃｒ含有量は汎用鋼レベルの１６〜１８ｍａｓｓ％で充分である。しかし、２０ｍａｓｓ％以上のＣｒ含有量のステンレス鋼を処理することにより、より一層の耐食性改善が期待され、より厳しい腐食環境においての適用も可能となる。
【００１５】
【実施例】
以下に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
〔実施例１〕
供試材には市販の２Ｂ仕上げ材のＳＵＳ３０４およびＳＵＳ４３０を用いた。これらのステンレス鋼板を１００ｍｍ×ｌ００ｍにせん断し、端面を＃６００研磨で仕上げた。ビーカーに空気および酸素を原料とする放電式のオゾン発生装置からオゾンを溶存させた上水を充填し、恒温槽で温調し、供試材を１時間浸漬処理した。オゾン濃度は０．１ｐｐｍ，０．２ｐｐｍ，０．５ｐｐｍとし、処理温度を４０，６０℃とした。オゾン濃度は紫外線吸光度式オゾン濃度計を用いて調整した。これらの供試材の耐食性評価は海岸地帯による大気暴露試験を行い、原則としてＪＩＳ  Ｚ２３８１に準じた試験を行った。比較として、本処理を施さない市販の２Ｂ仕上げ材のＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４３０およＳＵＳ３１６も大気暴露試験を行った。また、供試材の処理面の不動態皮膜中のＣｒ濃度をＸＰＳにより測定した。
【００１６】
表１に６ケ月間の大気暴露試験結果および不動態皮膜中のＣｒ濃度を示す。ＳＵＳ３０４について、本処理を施さない場合は発鋳面積率が４８％であったが、空気を原料とするオゾン発生装置から０．２ｐｐｍ以上のオゾンを溶存させた水溶液に６０℃以上で処理した場合には発鋳が認められず、市販のＳＵＳ３１６と同等の耐食性を有した。また、ＳＵＳ４３０について、本処理を施さない場合は発鋳面積率が９０％であったが、空気を原料とするオゾン発生装置から０．２ｐｐｍ以上のオゾンを溶存させた水溶液に６０℃以上で処理した場合には発銃面積率が５３％であり、本処理を施さないＳＵＳ３０４と同等の耐食性を示した。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
オゾン濃度が０．１ｐｐｍでは、ＳＵＳ３０４およびＳＵＳ４３０とも、処理温度が高くても発銹が認められ、発銹面積率はＳＵＳ３０４で４８％、ＳＵＳ４３０で９０％であった。この場合の不動態皮膜中のＣｒ濃度は、本処理を施さないＳＵＳ３０４およびＳＵＳ４３０のそれと大差なく、Ｃｒが濃化していない。０．２ｐｐｍ以上のオゾン濃度であればＣｒの濃化が顕著であり、Ｃｒ濃化に対しては０．２ｐｐｍ以上のオゾン濃度が必要である。
【００１９】
処理温度に関して、オゾン濃度が０．２ｐｐｍ以上であっても処理温度が４０℃以下の場合では発銹が認められ、発銹面積率はＳＵＳ３０４で４７％、ＳＵＳ４３０で８９％であった。処理温度が低い場合には、不動態皮膜中のＦｅを溶解除去する能力が乏しい上にＣｒの濃化作用も乏しい。ＳＵＳ３０４およびＳＵＳ４３０とも、処理温度が６０℃であればＣｒの濃化が顕著であり、Ｃｒ濃化に対しては６０℃以上で処理する必要があることが確認された。
【００２０】
オゾン発生装置の原料に酸素を用いた場合では、オゾン濃度および処理温度が高くても、本処理を施さない場合と同等の発銹が認められ、発鋳面積率はＳＵＳ３０４で３９〜４０％、ＳＵＳ４３０で７５〜７６％であった。処理したステンレス鋼にＣｒの濃化は認められるものの、原料に空気を用いて処理したステンレス鋼のそれほどではない。これはオゾンが溶存した水溶液に硝酸が生成されないために、中性を呈しており、不動態皮膜中のＦｅの溶解が十分行われなかったためと、オゾンが分解しやすいため、Ｃｒの濃化に十分機能できなかったためと考える。したがって、本技術でステンレス鋼の耐食性を向上させるためには、オゾン発生装置の原料に空気を用いる必要がある。
【００２１】
以上の結果より、ステンレス鋼を空気を原料とするオゾン発生装置より発生させた０．２ｐｐｍ以上のオゾンが溶存する水溶液に６０℃以上の温度で接触させることによって、ステンレス鋼の不動態皮膜中のＣｒが濃化し、ステンレス鋼の耐食性が向上する。本発明によれば、ＳＵＳ３０４がＳＵＳ３１６レベルとなり、ＳＵＳ４３０がＳＵＳ３０４レベルとなる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明により、ステンレス鋼を建築金物に成形後、処理することにより、海岸地域や屋内プール等の腐食性の厳しい使用環境において優れた耐食性を有する。これにより、ステンレス鋼製建築金物の耐食性向上方法を提供することができる。
【００２３】
また、本処理は空気を原料とするために原料コストが不要である。また、特殊な酸液などを用いないために処理液の廃棄などの環境問題も生じない。