(57)【要約】【課題】母材の金属材料の腐食を促進することなく、かつ優れた耐生物付着性を有する表面処理金属材料、並びにこのような表面処理金属材料を用いた熱交換器及び熱交換方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、生物が存在する水と接触する状態で用いられる表面処理金属材料であって、金属材料と、この金属材料の表面に形成され、アルコキシド及び／又はこの加水分解物を含む被膜とを備えていることを特徴とする。上記アルコキシドの金属種が、チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、アルミニウム、ケイ素及びスズからなる群より選択される少なくとも１種であるとよい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物が存在する水と接触する状態で用いられる表面処理金属材料であって、
金属材料と、
この金属材料の表面に形成され、アルコキシド及び／又はこの加水分解物を含む被膜と
を備えることを特徴とする表面処理金属材料。
【請求項２】
上記アルコキシドの金属種が、チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、アルミニウム、ケイ素及びスズからなる群より選択される少なくとも１種である請求項１に記載の表面処理金属材料。
【請求項３】
上記被膜がケイ酸塩をさらに含む請求項１又は請求項２に記載の表面処理金属材料。
【請求項４】
上記ケイ酸塩がリチウム、ナトリウム及びカリウムからなる群より選択される少なくとも１種のアルカリ金属のケイ酸塩である請求項３に記載の表面処理金属材料。
【請求項５】
媒体として生物が存在する水を用いる熱交換器であって、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の表面処理金属材料から形成される熱交換部材を備え、
上記媒体と接触する位置に上記被膜を有することを特徴とする熱交換器。
【請求項６】
上記生物が存在する水が海水である請求項５に記載の熱交換器。
【請求項７】
媒体として生物が存在する水を用いる熱交換方法であって、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の表面処理金属材料から形成される熱交換部材を用い、
この熱交換部材における上記被膜を上記媒体と接触させつつ熱交換を行うことを特徴とする熱交換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面処理金属材料、この表面処理金属材料を用いた熱交換器及び熱交換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄プラント、化学プラント、ボイラー、船舶、自動車等を始めとして、様々な分野の装置等に熱交換器が用いられている。熱交換器の材料としては、熱伝導性の観点からアルミニウム黄銅（Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金）や白銅（キュプロニッケル、Ｃｕ−Ｎｉ）等の銅合金、３０００系等のアルミニウム合金などが使用されている。また、冷媒等として海水を用いる場合には、耐食性の観点から純チタンやチタン合金等が好適に用いられている。
【０００３】
この熱交換器においては、海水等、生物が存在する水を冷媒等として使用するものである場合、フジツボ、イガイ、細菌、藻類等、様々な生物が熱交換器に付着して熱交換効率が低下するという不都合がある。また、この生物付着が顕著になると流路が閉塞して様々なトラブルを引き起こしたり、付着生物下の隙間腐食に起因した熱交換器の穴あきなどが生じる場合もある。従って、熱交換器では、付着生物の除去や洗浄といった定期的なメンテナンスが必要である。特に、チタン合金は生物との適合性に優れるため、生物付着が起こりやすく、上述の不都合が顕著である。
【０００４】
かかる金属材料への生物付着の防止技術としては、防汚塗料を塗布する方法や、熱交換器等の中に薬品を注入する方法が一般に知られている。上記防汚塗料としては、シリコーン系塗料が船舶を中心に用いられているが、熱交換器の部材に用いた場合は伝熱性を低下させるため好ましくなく、冷却水等の配管内面では塗料が剥がれた場合の対応が困難であるという不都合もある。また、薬品を注入する例としては次亜塩素酸や二酸化塩素等を用いる方法がある。しかし、この方法によれば、水に流れがある場合には薬品を適切な濃度に制御することが難しく、生態系を損なう懸念もあることから、適用が難しい。
【０００５】
そこで、金属材料への水生生物付着の防止技術として、銀被覆層を形成する技術（特許文献１）や、銅を含む金属層を形成する技術（特許文献２）等が検討されている。特許文献１の銀被覆層を形成する技術では、銀イオンの作用による生物付着抑制効果が得られる。しかし、銀は電気化学的に貴な金属であるため、銀より卑な金属を含む金属材料を母材として使用すると、ガルバニック腐食作用により母材の金属材料の腐食を促進する。また、特許文献２の銅を含む金属層を形成する技術では、腐食性の厳しい環境条件では銅が早期に腐食及び溶解するため効果の持続性が低い。従って、この金属材料への生物付着防止技術には改善の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−７５１３号公報
【特許文献２】特開２００１−２８９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、母材の金属材料の腐食を促進することなく、かつ優れた耐生物付着性を有する表面処理金属材料、並びにこのような表面処理金属材料を用いた熱交換器及び熱交換方法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】
【０００８】
発明者らは、チタン材料、銅材料、アルミニウム材料等の金属材料への生物付着を抑制する表面処理方法について検討した結果、金属材料表面にアルコキシドを含有する被膜を形成させることによって生物付着抑制能（耐生物付着性）が高まることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
上記課題を解決するためになされた発明は、
生物が存在する水と接触する状態で用いられる表面処理金属材料であって、
金属材料と、
この金属材料の表面に形成され、アルコキシド及び／又はこの加水分解物を含む被膜と
を備えることを特徴とする。
【００１０】
当該表面処理金属材料は、金属材料表面にアルコキシド及び／又はこの加水分解物を含む被膜を備えることで、母材の金属材料の腐食を促進することなく、優れた耐生物付着性を発揮することができ、加えて生物が付着した場合もこの生物の繁殖を抑制することができる。また、当該表面処理金属材料は、特別に高価な材料を用いることなく低コストで製造することができる。
【００１１】
上記アルコキシドの金属種が、チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、アルミニウム、ケイ素及びスズからなる群より選択される少なくとも１種であるとよい。当該表面処理金属材料によれば、これらの金属アルコキシドを用いることで、耐生物付着性をより高めることができる。
【００１２】
上記被膜がケイ酸塩をさらに含むとよい。上記被膜がケイ酸塩をさらに含むことで、耐生物付着性をさらに高めることができるとともに、生物の繁殖抑制性も高めることができる。
【００１３】
上記ケイ酸塩がリチウム、ナトリウム及びカリウムからなる群より選択される少なくとも１種のアルカリ金属のケイ酸塩であるとよい。上記アルカリ金属のケイ酸塩は水に対する溶解度が高く、この水溶液を用いて上記被膜を容易に形成することができる。
【００１４】
本発明の熱交換器は、
媒体として生物が存在する水を用いる熱交換器であって、
上記表面処理金属材料から形成される熱交換部材を備え、
上記媒体と接触する位置に上記被膜を有することを特徴とする。
【００１５】
当該熱交換器は、媒体としての水と接触する位置に上記被膜を有する熱交換部材を備えることで、この熱交換部材への水生生物の付着が抑制されている。従って、当該熱交換器によれば、長期使用による熱伝導性の低下が抑えられ、高い熱交換効率を長期間維持することができる。また、当該熱交換器は、上記被膜を有する熱交換部材を備えるため、金属材料の腐食発生を低減することができる。
【００１６】
当該熱交換器において、上記生物が存在する水が海水であるとよい。当該熱交換器が海水を用いて熱交換を行う場合、上述の耐生物付着性等が顕著に発揮される。
【００１７】
本発明の熱交換方法は、
媒体として生物が存在する水を用いる熱交換方法であって、
上記表面処理金属材料から形成される熱交換部材を用い、
この熱交換部材における上記被膜を上記媒体と接触させつつ熱交換を行うことを特徴とする。
【００１８】
当該熱交換方法は、上記表面処理金属材料から形成される熱交換部材を用い、この熱交換部材における上記被膜を水と接触させつつ熱交換することで、熱交換部材への水生生物の付着が抑制されている。従って、当該熱交換方法によれば、熱交換部材の長期使用による熱伝導性の低下が抑えられ、高い熱交換効率を長期間維持することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明の表面処理金属材料によれば、母材の金属材料の腐食を促進することなく、かつ優れた耐生物付着性を発揮することができる。従って、当該表面処理金属材料を用いた熱交換器又は熱交換方法によれば、水生生物の付着による熱交換効率の低下を抑制できる。また、当該熱交換器は腐食発生の低減によって長寿命化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】被膜中の成分の含有量の定義を示すための参考図である。
【図２】被膜の厚さの定義を示すための参考図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の表面処理金属材料、熱交換器及び熱交換方法の実施の形態について、順に詳説する。
【００２２】
〔表面処理金属材料〕
本発明の表面処理金属材料は、生物が存在する水と接触する状態で用いられる。当該表面処理金属材料は、金属材料とこの金属材料の表面に形成される被膜とを備える。この被膜はアルコキシド及び／又はこの加水分解物を含むものである。
【００２３】
当該表面処理金属材料によれば、金属材料表面にアルコキシド及び／又はこの加水分解物を含む被膜を備えていることで、母材の金属材料の腐食を促進することなく、優れた耐生物付着性を発揮することができ、加えて生物が付着した場合もこの生物の繁殖を抑制することができる。また、当該表面処理金属材料は、アルコキシドの選択によって、特別に高価な材料を用いることなく低コストで製造することができる。
【００２４】
〔金属材料〕
上記金属材料としては、特に限定されず公知の材料を用いることができるが、海水等に対する耐食性等の点から、チタン、チタン合金、銅、銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金であることが好ましく、チタン又はチタン合金であることがさらに好ましい。
【００２５】
チタンである金属材料としては、例えば工業用純チタン１種から４種（ＪＩＳ−Ｈ４６００）等が挙げられる。また、チタン合金である金属材料としては、例えばＴｉ−０．１５質量％Ｐｄ合金等が挙げられる。
【００２６】
上記金属材料の形状としては、特に限定されず、例えば板状や管状等の形状を有する金属材料を用いることができる。
【００２７】
〔被膜〕
上記被膜は、上記金属材料の表面に形成される。この被膜は、母材の金属材料の表面に積層される形として、金属材料と完全に分かれていてもよいし、金属材料の表層に被膜の成分が染み込む形で、金属材料の表層と一体となって形成されていてもよい。特に、上記被膜が金属材料の酸化被膜であることが好ましい。上記被膜が酸化被膜である場合、上記アルコキシド等を効率よく被膜に含有させることができ、上述の効果を効果的に発揮させることができる。
【００２８】
上記被膜は、アルコキシド及び／又はこの加水分解物を含む。アルコキシドとは、アルコールのヒドロキシ基の水素を金属Ｍで置換した化合物であり、例えば一般式Ｍ（ＯＲ）ｎで表すことができる。上記式中、Ｒは有機基であり、アルキル基であることが好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基等の炭素数１〜５のアルキル基がより好ましい。上記式中、ｎは金属Ｍの価数である。なお、アルコキシドとしては、金属Ｍにアルキル基等が結合した化合物（ＭＲｎ（ＯＲ）ｎ−ｘ等）も含まれる。
【００２９】
当該表面処理金属材料が、水生生物の付着を抑制することができる理由は明らかではないが、例えば以下の理由が考えられる。アルコキシドは加水分解性が高く、水の存在下で、下記式（１）等で示される加水分解反応が生じる。
Ｍ（ＯＲ）ｎ＋ｘＨ２Ｏ→Ｍ（ＯＨ）ｘ（ＯＲ）ｎ−ｘ＋ｘＲＯＨ・・・（１）
従って、当該表面処理金属材料によれば、水分が存在すると、被膜表面のアルコキシドが加水分解し、Ｍ（ＯＨ）ｘ（ＯＲ）ｎ−ｘなどの沈殿性反応生成物（加水分解物）が生じると想定される。この反応生成物がフジツボなどの生物の付着及び繁殖を抑制すると考えられる。また、このような沈殿性反応生成物は母材である金属材料に対して電気化学的作用が小さい。従って、当該表面処理金属材料によれば、この被膜の存在により母材の腐食を促進することはなく、逆に、反応生成物を含む被膜が水中に存在する腐食性物質に対する拡散障壁となるため、母材の腐食を抑制することができると考えられる。
【００３０】
さらに、この沈殿性反応生成物は、水溶性が低く、かつ被膜との親和性が高いため、水と接触する状態で用いられた場合も、被膜表面に長期間存在することが可能であると考えられる。従って、当該表面処理金属材料によれば、耐生物付着性等の持続性をも高めることができる。
【００３１】
なお、この被膜は、アルコキシドの加水分解物（上記Ｍ（ＯＨ）ｘ（ＯＲ）ｎ−ｘ等）を含有していてもよいし、アルコキシドとこの加水分解物とを含有していてもよい。何れの含有状態であっても、上記効果を発揮することができる。
【００３２】
上記アルコキシドの金属種（Ｍ）としては、特に限定されず、ナトリウム等のアルカリ金属や、カルシウム等のアルカリ土類金属等も挙げることができるが、３〜５価の金属が好ましい。さらには、上記アルコキシドの金属種が、チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、アルミニウム、ケイ素及びスズからなる群より選択される少なくとも１種であるとよい。当該表面処理金属材料によれば、上記金属アルコキシドを用いることで、耐生物付着性をより高めることができる。また、これらの金属アルコキシドによれば、これらの加水分解物（沈殿性反応生成物）が難溶性を有するため、上記被膜の耐久性及び上記効果の持続性を高めることができる。
【００３３】
上記アルコキシドとしては、具体的には、
チタンアルコキシドとして、テトラメトキシチタン（Ｔｉ（ＯＣＨ３）４）、テトラエトキシチタン（Ｔｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、テトラプロポキシチタン（Ｔｉ（ＯＣ３Ｈ７）４）等、
ジルコニウムのアルコキシドとして、テトラメトキシジルコニウム（Ｚｒ（ＯＣＨ３）４）、テトラエトキシジルコニウム（Ｚｒ（ＯＣ２Ｈ５）４）、テトラプロポキシジルコニウム（Ｚｒ（ＯＣ３Ｈ７）４）等、
バナジウムアルコキシドとして、ペンタメトキシバナジウム（Ｖ（ＯＣＨ３）５）、ペンタエトキシバナジウム（Ｖ（ＯＣ２Ｈ５）５）、ペンタプロポキシバナジウム（Ｖ（ＯＣ３Ｈ７）５）、トリエトキシオキシバナジウム（ＶＯ（ＯＣ２Ｈ５）３）、トリプロポキシオキシバナジウム（ＶＯ（ＯＣ３Ｈ７）３）等、
ニオブアルコキシドとして、ペンタメトキシニオブ（Ｎｂ（ＯＣＨ３）５）、ペンタエトキシニオブ（Ｎｂ（ＯＣ２Ｈ５）５）、ペンタプロポキシニオブ（Ｎｂ（ＯＣ３Ｈ７）５）等、
アルミニウムアルコキシドとして、トリメトキシアルミニウム（Ａｌ（ＯＣＨ３）３）、トリエトキシアルミニウム（Ａｌ（ＯＣ２Ｈ５）３）、トリプロポキシアルミニウム（Ａｌ（ＯＣ３Ｈ７）３）等、
ケイ素アルコキシドとして、テトラメトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣＨ３）４）、テトラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、テトラプロポキシシラン（Ｓｉ（ＯＣ３Ｈ７）４）等、
スズアルコキシドとして、テトラメトキシスズ（Ｓｎ（ＯＣＨ３）４）、テトラエトキシスズ（Ｓｎ（ＯＣ２Ｈ５）４）、テトラプロポキシスズ（Ｓｎ（ＯＣ３Ｈ７）４）等を挙げることができる。
【００３４】
この被膜におけるアルコキシド（加水分解物を含む）の含有量は、特に限定されるものではないが、耐生物付着性を効果的に発揮させるために、アルコキシド由来の金属の含有量の下限としては、０．１ａｔ％が好ましく、０．２ａｔ％がさらに好ましい。一方、被膜の強度及び形成性等の点から、アルコキシドの含有量の上限としては、アルコキシド由来の金属の含有量として２０ａｔ％が好ましく、１０ａｔ％がさらに好ましい。
【００３５】
なお、本発明において被膜中の各成分の含有量は、グロー放電発光分光分析（ＧＤＯＥＳ）により得られる元素の、深さ方向の含有量プロファイルにおけるピーク値（ａｔ％）と定義する（図１参照）。なお、母材である金属材料の主成分とアルコキシドの金属種とが同一成分であるとき（例えば、共にチタンである場合等）、上記ピークが現れない場合がある。この場合は、被膜中（最表面から酸素濃度がピーク値の１／２となる深さまでの領域）の成分（チタン等）の平均濃度（ａｔ％）をその成分の含有量と定義する。
【００３６】
上記被膜がケイ酸塩をさらに含むとよい。上記被膜がケイ酸塩をさらに含むことで、耐生物付着性をさらに高めることができるとともに、生物が付着した場合でも、この繁殖を抑制することができる。当該表面処理金属材料によれば、上記被膜がケイ酸塩をさらに含む場合、水中において被膜表面の液性をアルカリ化することができ、その結果、生物の付着抑制性及び繁殖抑制性を促進することができると考えられる。
【００３７】
上記ケイ酸塩としては特に限定されないが、被膜表面の液性をアルカリ化させる観点や環境負荷の観点からリチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム及びカルシウム等のアルカリ金属及びアルカリ土類金属を含むこと（すなわち、これらのケイ酸塩）が好ましく、アルカリ金属のケイ酸塩がさらに好ましく、リチウム、ナトリウム及びカリウムからなる少なくとも１種のアルカリ金属のケイ酸塩がさらに好ましい。リチウム、ナトリウム及びカリウムのケイ酸塩は水に対する溶解度が高いため、これらのケイ酸塩の場合、この水溶液を用いた浸漬法等により上記被膜を容易に形成することができる。
【００３８】
この被膜におけるケイ酸塩の含有量は、特に限定されるものではないが、耐生物付着性等を効果的に高めるために、ケイ酸塩由来の金属の含有量の下限としては、１ａｔ％が好ましく、３ａｔ％がさらに好ましい。一方、被膜の強度及び形成性等の点から、ケイ酸塩の含有量の上限としては、ケイ酸塩由来の金属の含有量として、５０ａｔ％が好ましく、４０ａｔ％がさらに好ましい。
【００３９】
また、この被膜においては、アルコキシド及びケイ酸塩由来の全金属の含有量が５０ａｔ％以下であるとよい。全金属の含有量が５０ａｔ％を超えると、被膜中の酸素が欠乏し、被膜の保護性能が低下する恐れがある。
【００４０】
なお、この被膜には、上記各成分以外にも本発明の効果を阻害しない範囲で他の成分が存在していてもよい。この他の成分としては、酸化被膜を形成する酸素や、母材の金属材料等が挙げられる。
【００４１】
上記被膜の厚さの下限としては、特に限定されないが、１０ｎｍが好ましく、２０ｎｍがさらに好ましい。この厚さが１０ｎｍ未満の場合には、何らかの外的要因などによりこの被覆が広範囲にわたって除去され易いため、耐久性が低下し、十分な生物付着抑制効果等が得られない場合がある。
【００４２】
一方、上記被膜の厚さの上限としては、当該表面処理金属材料を例えば熱交換部材に用いる場合には、５００ｎｍが好ましく、４５０ｎｍがさらに好ましい。この被膜の厚さが５００ｎｍを超えると、伝熱性が低下し、熱交換部材としての性能を十分に発揮させることができない場合がある。
【００４３】
なお、本発明において被膜の厚さは、グロー放電発光分光分析（ＧＤＯＥＳ）により得られる酸素（Ｏ）の深さ方向の濃度プロファイルにおいて、酸素濃度がピーク値の１／２となる深さと定義する（図２参照）。
【００４４】
当該表面処理金属材料によれば、上述のように母材の金属材料の腐食を促進することなく、かつ優れた耐生物付着性を発揮することができる。従って、当該表面処理金属材料は、生物が存在する水を用いて熱交換を行う熱交換器の熱交換部材や、海洋構造物の構造部材等として好適に用いることができる。
【００４５】
〔表面処理金属材料の製造方法〕
本発明の表面処理金属材料の製造方法としては、特に限定されないが、例えばアルコキシドを含有する溶液、及び必要に応じてケイ酸塩を含有する溶液を調製し、これらの溶液と金属材料とを接触させ、その後乾燥させることにより被膜を形成する方法等を挙げることができる。
【００４６】
上記アルコキシドを含有する溶液としては、アルコキシドをエタノールやヘキサン等の溶媒に溶かしたものを用いることができる。また、この溶液としては、目的とするアルコキシドが生成するように各成分を混合したものを用いてもよい。このような溶液としては、メタノール等のアルコールに、金属ナトリウム等の金属を溶かしたものを挙げることができる。
【００４７】
このアルコキシド含有溶液の濃度としては特に限定されないが、例えば１ｇ／Ｌ以上５００ｇ／Ｌ以下であり、１０ｇ／Ｌ以上３００ｇ／Ｌ以下が好ましい。
【００４８】
上記ケイ酸塩を含有する溶液としては、ケイ酸塩水溶液を挙げることができる。このケイ酸塩水溶液の濃度としては特に限定されないが、例えば１ｇ／Ｌ以上５００ｇ／Ｌ以下であり、１０ｇ／Ｌ以上３００ｇ／Ｌ以下が好ましい。
【００４９】
上記各溶液と金属材料との接触方法としては例えば、金属材料を上記溶液中に浸漬する方法（浸漬法）や、金属材料の表面に上記溶液を塗布する方法等が挙げられる。なお、金属材料の表面に上記溶液を接触させる前に、金属材料表面の研磨や、溶剤による洗浄等の前処理を施してもよい。
【００５０】
金属材料と上記溶液との接触時間（浸漬時間等）としては特に限定されず、所望する被膜の膜厚に応じて調整することができ、例えば１秒以上５時間以下である。
【００５１】
なお、被膜中にアルコキシドとケイ酸塩とを含ませる場合、２種の溶液の金属材料への接触順としては特に限定されず、どちらを先に接触させてもよいが、アルコキシド溶液を用いて処理し、次にケイ酸塩溶液を用いて処理することが好ましい。また、アルコキシドとケイ酸塩とが溶解した溶液を調製し、この溶液を金属材料へ接触させてもよい。
【００５２】
〔熱交換器〕
本発明の熱交換器は、
媒体として生物が存在する水を用いる熱交換器であって、
上記表面処理金属材料から形成される熱交換部材を備え、
上記媒体と接触する位置に上記被膜を有することを特徴とする。
【００５３】
当該熱交換器としては、生物が存在する水（海水や河川の水等）を媒体（冷媒等）として用いて熱交換を行うものであれば特に限定されず、例えばプレート式熱交換器、シェルアンドチューブ式熱交換器（多管円筒式熱交換器等）、スパイラル式熱交換器、二重管式熱交換器等を挙げることができる。これらの熱交換器が備える伝熱管等の熱交換部材が上記表面処理金属材料から形成されている。また、これらの熱交換器が備える伝熱管等の熱交換部材において、少なくとも上記水と接触する位置には上記被膜が配置されている。なお、当該熱交換器の製造方法としては特に限定されず、従来の熱交換器の製造方法を適宜用いることができる。
【００５４】
当該熱交換器は、上記媒体と接触する位置に上記被膜を有する熱交換部材を備えることで、この熱交換部材への水生生物の付着及び繁殖が抑制されている。従って、当該熱交換器によれば、長期使用による熱伝導性の低下が抑えられ、高い熱交換効率を長期間維持することができる。また、当該熱交換器は、上記被膜を有する熱交換部材を備えるため、母材である金属材料の腐食発生を低減することができる。従って、当該熱交換器は、例えば石油化学プラントや、発電所、船舶等において好適に用いることができる。
【００５５】
当該熱交換器において、上記生物が存在する水が海水であるとよい。当該熱交換器が海水を用いて熱交換を行う場合、上述の耐生物付着性等が顕著に発揮される。
【００５６】
〔熱交換方法〕
本発明の熱交換方法は、
媒体として生物が存在する水を用いる熱交換方法であって、
上記表面処理金属材料から形成される熱交換部材を用い、
この熱交換部材における上記被膜を上記媒体と接触させつつ熱交換を行うことを特徴とする。
【００５７】
当該熱交換方法としては、具体的には、生物が存在する水（海水等）を冷媒等媒体とし、上述した当該熱交換器を用いた熱交換方法を挙げることができる。
【００５８】
当該熱交換方法は、上記表面処理金属材料から形成される熱交換部材を用い、この熱交換部材における上記被膜を海水等と接触させつつ熱交換することで、熱交換部材への水生生物の付着及びこの繁殖が抑制されている。従って、当該熱交換方法によれば、熱交換部材の長期使用による熱伝導性の低下が抑えられ、高い熱交換効率を長期間維持することができ、また、メンテナンス頻度を下げることができる。さらには、当該熱交換方法は、上記被膜を有する熱交換部材を用いることで、金属材料の腐食発生が低減されていることからも、メンテナンス頻度を下げることができる。従って、当該熱交換方法は、例えば石油化学プラントや、発電所、船舶等において好適に用いることができる。
【実施例】
【００５９】
以下、合成例及び実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００６０】
〔金属材料〕
母材となる金属材料として、板厚１ｍｍの純チタン（ＪＩＳ１種）及びアルミニウム合金（ＪＩＳ３００３）を用いた。これらを大きさ５０ｍｍ×５０ｍｍに切断して、表面をＳｉＣ＃６００まで乾式研磨し、試験片を得た。全ての試験片は、アセトンを用いて超音波洗浄を行い、ドライヤーで乾燥させた。
【００６１】
〔アルコキシド含有溶液〕
ナトリウムエトキシド（ＮａＯＣ２Ｈ５）等、表１に記載の各アルコキシド１００ｇをヘキサン１，０００ｍＬに溶解させ、各アルコキシド含有溶液を調製した。なお、２種のアルコキシドを用いたものは、それぞれのアルコキシドを５０ｇずつ溶解させた。
【００６２】
〔ケイ酸塩水溶液〕
ケイ酸コバルト（ＣｏＳｉＯ３）等、表１に記載の各ケイ酸塩１００ｇをイオン交換水１，０００ｍＬに溶解させ、各ケイ酸塩の水溶液を調製した。なお、２種のケイ酸塩を用いたものは、それぞれのケイ酸塩を５０ｇずつ溶解させた。
【００６３】
〔実施例１〕
純チタンの試験片（金属材料）を、室温のアルコキシド含有溶液としてのナトリウムエトキシド溶液に浸漬し、引き上げた後、乾燥させて実施例１の表面処理金属材料を得た。
【００６４】
得られた実施例１の表面処理金属材料の被膜をグロー放電発光分光分析（ＧＤＯＥＳ）し、深さ方向の元素濃度プロファイルから被膜の厚さ及びアルコキシドの含有量を測定した。被膜の厚さは８ｎｍ、被膜中のアルコキシド含有量（アルコキシド由来の金属含有量）は５．３ａｔ％であった。
【００６５】
〔実施例２〜９〕
表１に示す金属材料及びアルコキシドを用いたこと以外は、実施例１と同様の操作を行い、実施例２〜９の表面処理金属材料を得た。得られた各表面処理金属材料の被膜の厚さ及び被膜中のアルコキシドの含有量（アルコキシド由来の金属含有量）を表１に示す。なお、被膜の厚さは、溶液の浸漬時間を変化させて調整した。
【００６６】
〔実施例１０〜１６〕
表１に示す金属材料及びアルコキシドを用いたこと以外は実施例１と同様の操作を行った。その後、上述した方法で得られた表１に示す各ケイ酸塩の水溶液に試験片を浸漬し、引き上げ、乾燥させて、実施例１０〜１６の表面処理金属材料を得た。浸漬時間は適宜変化させた。得られた各表面処理金属材料の被膜の厚さ、並びに被膜中のアルコキシド及びケイ酸塩の含有量（アルコキシド又はケイ酸塩由来の金属含有量）を表１に示す。
【００６７】
【表１】
2012158816.tif 000002
【００６８】
〔評価方法〕
代表的な水生生物であるタテジマフジツボの幼生を用いて生物付着試験を実施した。ポリスチレン製の試験容器内に、得られた表面処理金属材料（試験片）１個を設置し、試験容器１個当たりに濾過天然海水を５０ｍＬ及びタテジマフジツボの幼生を４０個体注入した。試験容器はウォーターバスを用いて２５℃に保持し、１０日間後に試験片を取り出した。試験片上のタテジマフジツボ幼生の付着個数を目視観察により計測し、フジツボ付着率（試験片に付着した個体数÷全個体数（４０個））を求めた。なお、アルコキシド及びケイ酸塩を含む被膜を形成させていない金属材料のみの試験片を、比較例１（純チタン）及び比較例２（アルミニウム合金）として、比較評価した。この生物付着試験によるフジツボ付着率を表１に示す。
【００６９】
〔評価結果〕
比較例１の未処理の純チタンはタテジマフジツボ４０個体中の３９個体が付着し、付着率は９７．５％であった。比較例２の未処理のアルミニウム合金はタテジマフジツボ４０個体中の３７個体が付着し、付着率は９２．５％であった。
【００７０】
これらに対して、実施例１〜１６の表面処理金属材料は、いずれもフジツボ付着率が未処理材の半分以下に低下しており、耐生物付着性が向上する結果となった。これらの耐生物付着性向上効果は表面に形成したアルコキシドによるものであることがわかる。また、実施例１０〜１６の結果から、被膜中にアルコキシドに加えてケイ酸塩も含有させることによってさらに優れた生物付着抑制効果が得られることがわかる。
【００７１】
なお、試験終了後に試験片に付着したタテジマフジツボを除去し、洗浄及び乾燥させてから表面の顕微鏡観察を実施した結果、いずれの実施例の試験片においても孔食などの腐食は全く認められず、この被膜が母材腐食を促進することはないことも確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上のように、本発明の表面処理金属材料は優れた耐生物付着性を有しており、化学プラント、発電所、建材、船舶等、生物付着の不都合が生じる可能性のある部材（熱交換部材等）として好適に用いることができる。
【図１】
2012158816.tif 000003
【図２】
2012158816.tif 000004