(57)【要約】【課題】アルミニウム又はアルミニウム合金材料の表面に防食皮膜を形成させ、アルミニウム又はアルミニウム合金材料の腐食を効果的に抑制することができるアルミニウム又はアルミニウム合金材料の防食用インヒビターを提供することを目的とする。また、少ない成分からなり成分管理を容易かつ確実に行うことができるアルミニウム又はアルミニウム合金材料の防食用インヒビターを提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係るアルミニウム又はアルミニウム合金材料の防食用インヒビターは、5以上の炭素数を有する有機フッ素化合物の水溶液からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
5以上の炭素数を有する有機フッ素化合物の水溶液からなるアルミニウム又はアルミニウム合金材料の防食用インヒビター。
【請求項２】
5以上の炭素数を有する有機フッ素化合物は、COOH、COF又はCOCl末端基を有するものであることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム又はアルミニウム合金材料の防食用インヒビター。
【請求項３】
水溶液は、50〜500ppmの有機フッ素化合物を溶解してなるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウム又はアルミニウム合金材料の防食用インヒビター。
【請求項４】
水溶液は、さらにマンガン又はニッケル塩化物を溶解してなるものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアルミニウム又はアルミニウム合金材料の防食用インヒビター。
【請求項５】
マンガン又はニッケル塩化物は、イオン換算量で20〜50ppm含有されてなる請求項４に記載のアルミニウム又はアルミニウム合金材料の防食用インヒビター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金材料製の熱交換器、ラジエータ、貯蔵タンク等がそれらに使用される液体による腐食を抑制するために用いられるアルミニウム又はアルミニウム合金材料の防食用インヒビターに関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金は比強度が高く熱伝導性が高いために、大量の液化天然ガスを気化させるオープンラックベーパライザや自動車用ラジエータ等の熱交換器、あるいは液化天然ガス運搬船の貯蔵タンク等の材料として用いられている。これらの機器においてはその構成材料の冷媒等による腐食を防止するために腐食抑制剤（防食用インヒビター）が添加されて使用される場合が多い。
【０００３】
例えば、自動車用エンジンの冷却剤にはマグネシウム及びアルミニウムの腐食抑制剤が添加されて使用される。そのような腐食抑制剤として、特許文献１に、ａ）アルキル安息香酸、C5〜C15一塩基酸およびC5〜C15二塩基酸またはそれらの塩からなる群より選ばれる、１種または２種以上の抑制剤0.1〜15重量%、ならびにｂ）フッ化物および／またはフルオロカルボン酸もしくはその塩0.005〜5重量%を含む腐食抑制剤調合物が開示されている。また、フッ化物および／またはフルオロカルボン酸塩のようなフッ素化合物は単独で用いると、非常に低い程度の保護しかもたらさないが、脂肪族カルボン酸塩またはアルキル安息香酸類との組合せで、特に高温でマグネシウムの腐食を顕著に防止する相乗効果を与えるということが開示されている。
【０００４】
これに対し、特許文献２には、特許文献１に開示されているフッ化物はマグネシウムに対する防食性は高いがアルミニウム合金に対し悪影響を与えるのでそのような不具合のないアルミニウム及びマグネシウムの防食性に優れた特性を有する、グリコール類及びアルコール類から選択される融点降下剤を主成分とする冷却液組成物であって、フッ化物から選択される腐食抑制剤、及び有機カルボン酸の三塩基酸又はそのアルカリ金属塩を含有する冷却液組成物が開示されている。
【０００５】
一方、特許文献３には、液化ガス又は液化天然ガス運搬船のアルミニウム合金製貯蔵タンクの水圧試験中における貯蔵タンクの腐食を防止するために、ナトリウムアルキルジアミノエチルグリシン、塩酸アルキルジアミノエチルグリシン、塩酸アルキルポリアミノエチルグリシン及びジシアンジアミドのホルマリン縮合物よりなる群から選ばれた１種以上の化合物を混合した水溶液からなるアルミニウム又はアルミニウム合金タンク用防食剤が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特表2002-527619号公報
【特許文献２】特開2005-325300号公報
【特許文献３】特開平6-336684号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、さらに性能の高いアルミニウム又はアルミニウム合金材料の防食用インヒビターが求められている。また、上記に示すように従来の防食用インヒビターは、一般に多成分系であるために成分管理が容易でないという問題がある。また、フッ素化合物はアルミニウム又はアルミニウム合金材料の防食用インヒビターとして効果的な成分であるが、従来のアルミニウム又はアルミニウム合金材料の防食用インヒビターに用いられるフッ素化合物は、一般に溶液中でフッ素イオンになりやすいフッ酸、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化アンモニウム等の無機酸、無機塩類であるために腐食抑制効果として限界があるという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、アルミニウム又はアルミニウム合金材料の表面に防食皮膜を形成させ、アルミニウム又はアルミニウム合金材料の腐食を効果的に抑制することができるアルミニウム又はアルミニウム合金材料の防食用インヒビターを提供することを目的とする。また、少ない成分からなり成分管理を容易かつ確実に行うことができるアルミニウム又はアルミニウム合金材料の防食用インヒビターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るアルミニウム又はアルミニウム合金材料の防食用インヒビターは、5以上の炭素数を有する有機フッ素化合物の水溶液からなる。
【００１０】
上記発明において、5以上の炭素数を有する有機フッ素化合物は、COOH、COF又はCOCl末端基を有するものであるのがよい。また、水溶液は、50〜500ppmの有機フッ素化合物が溶解されてなるものがよく、さらにマンガン又はニッケル塩化物が溶解されてなるものがよい。この場合、マンガン又はニッケル塩化物は、イオン換算量で20〜50ppm含有されているのがよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るアルミニウム又はアルミニウム合金材料の防食用インヒビターは、腐食抑制効果が高く、かつ、少ない成分からなるので成分管理を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下本発明に係るアルミニウム又はアルミニウム合金材料の防食用インヒビターの実施形態につい説明する。本発明に係るアルミニウム又はアルミニウム合金材料の防食用インヒビターは、5以上の炭素数を有する有機フッ素化合物の水溶液からなる。すなわち、無機酸、無機塩類のフッ素化合物ではなく有機フッ素化合物の水溶液からなる。
【００１３】
本発明において用いられる有機フッ素化合物は、5以上の炭素数を有する有機フッ素化合物である。これによって、アルミニウム又はアルミニウム合金材料に対して高い腐食抑制効果を得ることができる。このような有機フッ素化合物の腐食抑制効果は、後述するように、アルミニウム又はアルミニウム合金材料の表面に皮膜を形成することによって発揮される。したがって、皮膜形成能という観点からすると、有機フッ素化合物は、アルミニウム又はアルミニウム合金材料の表面に直鎖の分子がほぼ垂直に並びやすい脂肪族炭化水素系の有機フッ素化合物であるのがよい。すなわち、本発明において用いられる有機フッ素化合物は、極性を有する脂肪族炭化水素系の有機フッ素化合物であるのがよい。また、有機フッ素化合物は、そのなかでもCOOH、COF又はCOCl末端基を有するものであるのがよい。
【００１４】
本発明においては、このような有機フッ素化合物を水溶媒に溶解させたものを用いる。すなわち、本発明に係るアルミニウム又はアルミニウム合金材料の防食用インヒビターは、所定の有機フッ素化合物を純水に溶解させただけの構成であるから成分管理を容易に行うことができる。一般に有機フッ素化合物はその炭素数が多くなるほど水に溶解しにくくなる特性を有する。このため、本発明において用いられる有機フッ素化合物は、発揮される腐食抑制効果と純水への溶解度とにより決定され、炭素数は30以下、分子量から言えば1000以下のものが用いられる。
【００１５】
図１に、本発明に係るアルミニウム又はアルミニウム合金材料の防食用インヒビターの腐食抑制効果試験結果を示す。図１は、3%NaCl溶液を塩酸でpH1に調節し各種有機フッ素化合物を1000ppm溶解させた腐食液中にアルミニウム合金試験片を液温30℃、48h保持したときの試験片の質量減量を示すグラフである。図１において、横軸は各種有機フッ素化合物を含有する腐食液を示し、縦軸は質量減量を示す。図１の横軸に示す記号COOH、COF又はCOClは、腐食液中の有機フッ素化合物が有する末端基を示す。記号C2〜C15は有機フッ素化合物が有する炭素数を示し、具体的には表１に示す有機フッ素化合物を示す。CNTは、有機フッ素化合物を含まない3%NaCl溶液を塩酸でpH1に調節した腐食液の場合を示す。
【００１６】
なお、上記試験は、図２に示す試験装置により行った。すなわち、アルミニウム合金材料からなる試験片15（A3003、9×9mm）を上記に示す有機フッ素化合物を含有する腐食液10が満たされた容器13に浸漬して腐食抑制効果試験を行った。腐食液10は、温度調節器120を設けた恒温槽100により温度を一定に保つとともに、エアポンプ110により腐食液10の溶存酸素濃度を一定に保つように送気した。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
図１によると、COOH末端基を有する有機フッ素化合物の場合、炭素数が増加するにつれて質量減量が少なくなる傾向があることが分かる。2又は4の炭素数（C2、C4）を有する有機フッ素化合物の場合は、質量減量がCNTの場合よりわずかに少なくなるが、5又は7の炭素数（C5、C7）有する有機フッ素化合物の場合は、質量減量がCNTの場合の1/2以下になっている。特に8の炭素数（C8）有する有機フッ素化合物の場合、質量減量はCNTの場合の1/100になっている。また、C5とC8の試験片（炭素数が5と8）を試験後に観察したところ、C5の試験片の場合は表面に白色皮膜が観察され、C8の試験片の場合は金属光沢を呈しており、薄い緻密な皮膜の存在がQCM測定（quartz crystal microbalance measurements）により確認された。すなわち、腐食の抑制は、アルミニウム合金表面に有機フッ素化合物皮膜が形成されることによって生じたものである。なお、QCM測定は、セイコー・イージーアンドジー株式会社製QCA922を用いて行った。
【００１９】
COF末端基を有する有機フッ素化合物の場合についても、COOH末端基を有する有機フッ素化合物の場合と同様の傾向を有し、炭素数が多いほど質量減量が少なくなっている。また、図１によると、炭素数が5以上のCOOH末端基を有する有機フッ素化合物、COF末端基を有する有機フッ素化合物及びCOCl末端基を有する有機フッ素化合物について、質量減量がCNTの場合の1/2以下になっていることが分かる。
【００２０】
図３は、COOH末端基を有する有機フッ素化合物（C8）の場合において、図１と同様の条件で試験を行い腐食液に溶解させたC8有機フッ素化合物の濃度とアルミニウム合金の質量減量との関係を調べた結果を示すグラフである。図３において、横軸はCOF末端基を有する有機フッ素化合物（C8）の濃度を示し、縦軸はアルミニウム合金の質量減量を示す。図３によると、有機フッ素化合物の0から40〜60ppmまでの濃度範囲で、濃度の増加とともに急速に質量減量が低下し、その後質量減量は小さくなり、濃度が100ppm以上になると質量減量は非常に小さくなり、飽和状態になることが分かる。すなわち、COOH末端基を有する有機フッ素化合物（C8）の場合は、濃度が50〜500ppmの水溶液で十分の腐食抑制効果を得ることができ、濃度が50〜150ppm程度であってもよいことが分かる。
【００２１】
このように、微量の一種類の有機フッ素化合物を溶解させた水溶液によりアルミニウム合金の腐食を効果的に抑制することができる。この腐食抑制効果はアルミニウムであっても同様に得ることができる。また、有機フッ素化合物の水溶液は、使用状態において所定有機フッ素化合物濃度の水溶液になっておればよく、本発明に係るアルミニウム又はアルミニウム合金材料の防食用インヒビターの供給形態は、錠剤の形態であっても原液の形態であってもよい。
【００２２】
また、本発明に係るアルミニウム又はアルミニウム合金材料の防食用インヒビターは、上述の実施形態に限らない。微量の一種類の有機フッ素化合物に他の成分を含有するものであってもよい。例えば、有機フッ素化合物に微量の金属塩を含有させたものであってもよい。
【００２３】
図４は、C8有機フッ素化合物を50ppm溶解させ、さらに、アルミニウム、マンガン又はニッケル塩化物（AlCl3・6H2O、MnCl2・4H2O又はNiCl2・6H2O）を溶解させた腐食液を用い図１と同様な試験を行った場合の、アルミニウム合金材料からなる試験片の質量減量を示すグラフである。上記金属塩を溶解させたときのAl3+、Mn2+及びNi2+のイオン濃度は、それぞれ29ppm、24ppm及び29ppmであった。図４において、横軸の番号はそれぞれ、C8有機フッ素化合物とそれぞれAlCl3・6H2O、MnCl2・4H2O又はNiCl2・6H2Oを溶解させた腐食液を示し、縦軸は質量減量を示す。また、CNTはC8有機フッ素化合物のみを溶解させた腐食液の場合を示す。
【００２４】
図４によると、有機フッ素化合物の水溶液中にMn2+及びNi2+が存在すると腐食抑制効果が増大することが分かる。これは、以下に説明するように有機フッ素化合物と金属イオンの間で協働作用を生ずる場合があることを示しており、この例ではC8有機フッ素化合物とNi2+イオンの場合にその効果が最も高いことを示している。なお、この協働作用は、マンガン又はニッケル塩化物が、イオン換算量で20〜50ppm含有されていれば発揮される。
【００２５】
図５は、有機フッ素化合物を含まない金属塩のみを溶解させた腐食液により試験を行った場合のアルミニウム合金の質量減量を示すグラフである。図５によると、腐食抑制効果は図４の場合と逆になっており、腐食抑制効果は、Ni2+、Mn2+、Al3+の順に高く、Ni2+イオンの場合が最も腐食抑制効果が小さいことが分かる。すなわち、図４の結果は、C8有機フッ素化合物とNi2+イオンの協働作用により腐食抑制効果が高められた結果である。なお、図５の場合の試験条件は図４の場合と同様である。用いた金属塩及び腐食液中のそれらの金属イオン濃度についても図４の場合と同じである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るアルミニウム又はアルミニウム合金材料の防食用インヒビターのアルミニウム合金試験片に対する腐食抑制効果試験結果を示すグラフである。
【図２】図１の試験に用いた試験装置の模式図である。
【図３】有機フッ素化合物の濃度とアルミニウム合金試験片に対する質量減量との関係を示すグラフである。
【図４】有機フッ素化合物と金属塩を含む腐食液によるアルミニウム合金試験片の質量減量を示すグラフである。
【図５】金属塩のみを含む腐食液によるアルミニウム合金試験片の質量減量を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２７】
10    腐食液
13    容器
15    試験片
100    恒温槽
110    エアポンプ
120    温度調整器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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