(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛と錯イオンを形成する有機酸塩の錯化剤に、有機酸イオンのモル濃度が０．０５〜１ｍｏｌ／Ｌとなるように、前記錯化剤を形成する有機酸を添加して緩衝作用を持たせたエッチング液に鉛含有銅合金材を浸漬して当該鉛含有銅合金の表面に存在する鉛粒子を溶出処理するとともに、当該浸漬中に酸素またはこれを含む気体を吹き込みながら攪拌して溶出した鉛が処理面へ再付着することを防止したことを特徴とする鉛含有銅合金材からの鉛溶出防止方法。
【請求項２】
錯化剤は、有機酸アンモニウム塩もしくは有機酸ナトリウム塩である請求項１記載の鉛含有銅合金材からの鉛溶出防止方法。
【請求項３】
エッチング液への合金浸漬温度は、１０〜５０℃である請求項１または２記載の鉛含有銅合金材からの鉛溶出防止方法。
【請求項４】
鉛含有銅合金材を陽極として、外部より−０．３ＶＶＳＮＨＥよりも高く、＋０．２ＶＶＳＮＨＥよりも低い微弱電圧を印加する請求項１、２または３記載の鉛含有銅合金材からの鉛溶出防止方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかの方法に用いた処理後のエッチング液中に、炭酸ガスまたはこれを含む気体を吹き込み、溶出した鉛を難溶性の炭酸塩に化合させて沈殿させた後に、前記炭酸塩を除去し、前記エッチング液をリサイクルするエッチング液のリサイクル方法。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかの方法に用いた処理後のエッチング液中に、炭酸鉛よりも溶解度の高い炭酸塩を投入し、溶出した鉛を難溶性の炭酸塩に化合させて沈殿させた後に、前記炭酸塩を除去し、前記エッチング液をリサイクルするエッチング液のリサイクル方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、従来から水栓金具などに主に用いられている鉛を含有した銅合金から効果的に鉛の溶出を防止する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在のところ、水栓金具材には青銅材を中心とする銅合金が用いられているが、これらの材料には被削性、鋳造性および耐圧性を向上されることを目的として鉛が添加されている。そして、この鉛は合金中に鉛粒子として分布している。ところで、鉛は人体に悪影響を及ぼす有害金属であるが、従来のように鉛を含有する青銅材を水栓金具に用いた場合には、鉛粒子は水栓金具の接水面から水道水中に溶出してしまう。このように鉛が溶出した水道水を飲料水として利用した場合には、体内に蓄積されて悪影響を及ぼすことになるので、最近では水栓金具には鉛を含有しない無鉛銅合金材料を利用することが好ましいとされている。
【０００３】
しかしながら、無鉛銅合金として鉛をビスマス等の低融点元素に置換した無鉛銅合金材では材料費が高くなる。また、低融点元素を含まない無鉛銅合金材では被削性が不足する。このように、従来の鉛を含有する水栓金具用合金材のようにコストと性能を両立することができる合金材を、無鉛合金で達成しようとするのは現在のところ困難である。
【０００４】
ところで、上述したようにコストと性能を両立させるための一手段として、現在のところ鉛を含有する銅合金材から鉛の溶出を防止することが考えられ、その方法として特開平１０−７２６８３号公報記載の技術が公知である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した公知の方法では、表面の鉛粒子を溶出させるために、水酸化ナトリウム（NaOH）や、りん酸三ナトリウム（Na3PO4）等の強塩基性ナトリウム塩を使用しているので、取り扱いが非常に危険である。また、処理後にはこれらを中和するために中和工程を取り入れる必要があり、さらに処理槽や使用冶具についても強塩基に対して難溶性の材質を選択しなければならない。
【０００６】
さらにまた、上記公知方法の処理は、溶液温度を６０〜９５℃という高温に設定する必要があるため、強塩基性の蒸気が人体および収容建築物に有害であると予測することができ、必然的に一連の工程を閉鎖型システムにせざるを得ないという問題がある。特に、浸出処理後の鉛を含有したエッチング液の廃棄およびリサイクルの際には、エッチング液が強塩基性なので環境および人体への悪影響は避けられない。
【０００７】
本発明は、上述した従来の課題を解決するもので、鉛を含有する銅合金材の表面から鉛が溶出しない処理を行うにおいて、人体や外部環境に悪影響を及ぼさない処理方法を開示することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記目的を達成するために、先ず基本的には鉛と錯イオン形成能力の大きい錯化剤である有機酸アンモニウム塩もしくは有機酸ナトリウム塩と、有機酸を含む中性もしくは弱酸性のエッチング液を使用する。より詳しくは、鉛と錯イオンを形成する有機酸塩の錯化剤に、有機酸イオンのモル濃度が０．０５〜１ｍｏｌ／Ｌとなるように、前記錯化剤を形成する有機酸を添加して緩衝作用を持たせたエッチング液に鉛含有銅合金材を浸漬して当該鉛含有銅合金の表面に存在する鉛粒子を溶出処理するという手段を用いた。ここで、錯化剤として具体的には、酢酸アンモニウムやクエン酸アンモニウムなどの有機酸アンモニウム塩、または酢酸ナトリウム、酒石酸ナトリウム、クエン酸ナトリウムなどの有機酸ナトリウム塩の水溶液にそれぞれの有機酸を添加したものを用いる。さらに、温度条件として、エッチング液への合金浸漬温度を１０〜５０℃の範囲で行うという手段も用いている。
【０００９】
また、鉛の溶出速度を高め、溶出した鉛が処理面へ再付着することを防止するために、エッチング液に合金を浸漬中に酸素またはこれを含む気体を吹き込みながら攪拌するという手段も用いることとした。
【００１０】
さらにまた、本発明方法に加えて、鉛含有銅合金材を陽極として外部より−０．３ＶＶＳＮＨＥよりも高く、＋０．２ＶＶＳＮＨＥよりも低い微弱電圧を印加するという手段を用い、同一工程中で合金材の表面を電解研磨することとした。
【００１１】
一方、請求項１〜４のいずれかの方法に用いた処理後のエッチング液中に、炭酸ガスまたはこれを含む気体を吹き込み、あるいは炭酸鉛よりも溶解度の高い炭酸塩を投入し、溶出した鉛を難溶性の炭酸塩に化合させて沈殿させた後に、前記炭酸塩を除去し、前記エッチング液をリサイクルによって獲得するという手段も用いた。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、実施形態を示しながら本発明を詳細に説明する。図１は鉛と錯イオン形成能力の大きい錯化剤である有機酸アンモニウム塩、もしくは有機酸ナトリウム塩水溶液にそれぞれの有機酸を添加した中性もしくは弱酸性の緩衝作用を持つエッチング液によって鉛粒子を溶出した状態の模式図である。これによると、鉛含有合金材表面の鉛粒子２が選択除去され、水溶液に接する表面が無鉛化されて銅合金の素地１となるので、これ以上の鉛の溶出を防止することができる。
【００１３】
本発明において使用する中性もしくは弱酸性のエッチング液に含まれる鉛と錯化剤である有機酸アンモニウム塩もしくは有機酸ナトリウム塩と有機酸の代表例を表１に示す。
【表１】
0004996023.tif 000002
表において、使用濃度は有機酸イオンのモル濃度が０．０５〜１mol/Lとなるように各々の有機酸で調製する。温度は１０〜５０℃が好ましい。
【００１４】
浸漬中、鉛含有合金とエッチング液との反応界面への酸素の供給と反応界面での成分の拡散速度を大きくするために、エッチング液に空気等の酸素を含む気体または酸素そのものを吹き込み、攪拌する。これによって、溶出した鉛が溶解度の小さい水酸化鉛または塩基性炭酸鉛となって処理面へ再付着することも防止することができる。
【００１５】
表１の錯化剤を含むエッチング液に鉛含有銅合金材を浸漬した際の単極電位（エッチング液に浸漬して金属が溶出開始する電位）は、母材と鉛粒子間で差があり、鉛粒子（-0.35VVSNHE）の方が母相（+0.25VVSNHE）よりも卑な電位で溶出する。鉛含有銅合金材表面からの鉛粒子の選択溶出およびその溶出速度を大きくするために、これを利用して、浸漬中、鉛含有銅合金材を陽極にし、鉛の単極電位よりも高く、母材の単極電位よりも低い範囲の電圧（-0.3〜+0.2 VVSNHE程度）を外部より印加する。これによって、母材への影響を最小限にしながら、鉛粒子の溶出が選択的に進行する。鉛含有銅合金材の浸漬時間は、電圧を印加しない場合である約３０分と比較すると、約６分の１に短縮することができた。さらに、鉛含有銅合金材の処理面は、通電することによって多少の電解研磨効果が得られ、平滑さが向上する。
【００１６】
鉛溶出処理後のエッチング液をリサイクルするために、処理後のエッチング液に二酸化炭素を含む混合ガスまたは二酸化炭素そのものを吹き込むか、もしくは溶液中に炭酸鉛よりも溶解度の高い炭酸塩（炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウム、炭酸カリウムなど）を投入する。これによって、処理後のエッチング液に溶け込んだ鉛は二酸化炭素（炭酸イオン）と結合して難溶性の炭酸鉛となり、沈殿するため、鉛を化合物として容易に分離回収することができる。
【００１７】
沈殿を濾過分離したエッチング液は、少々溶け込んだ二酸化炭素を溶液中から除去するために、空気バブリング（曝気）を行う。有機酸をモル数調製のために加えたことによって、エッチング液がやや弱酸性になっているために、空気バブリングによってエッチング液から容易に二酸化炭素を追い出すことができ、ほぼ処理前のエッチング液の組成で回収、再利用することができる。
【００１８】
【実施例】
水栓金具に使用されている青銅系のJIS H 5121 CAC406C(BC6C)の角板テストピース（35×25×5t）を用いて鉛の溶出防止処理試験を行った。表２に試験に用いたテストピースの化学成分を示す。化学成分の単位は重量％である。
【表２】
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【００１９】
試験に用いたエッチング液の濃度およびエッチング条件を表３に示す。
【表３】
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【００２０】
試験後、テストピースの処理面をＸ線マイクロアナライザー（XMA）にて観察し、処理面の鉛の残留と鉛化合物の再付着の有無を確認した。その結果を表４に示す。
【表４】
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このように、鉛溶出防止処理を行った実施例の全てにおいて、鉛含有銅合金表面の鉛の残留および銅合金表面への鉛化合物の再付着は認められなかった。
【００２１】
次に、エッチング液が有効に使用できるかどうかを確認するために、そのリサイクル試験を行った。即ち、処理後の溶液に二酸化炭素を吹き込み、精製した白色の沈殿を濾過分離し、濾過後の溶液を用いて実施例３と同一条件にて再度、鉛の溶出防止処理試験を行った。処理後のテストピースを同様にＸ線マイクロアナライザーで観察したところ、鉛含有銅合金表面の鉛粒子は全て除去され、また、鉛化合物の再付着も認められなかった。このように、一度処理に用いられたエッチング液を再利用することは可能であることが確認された。
【００２２】
【発明の効果】
上述した本発明方法を採用すれば、水栓金具用材料としてコストを抑制しながら十分な性能を発揮することができる材料を提供することができる。また、従来から用いられている鉛含有銅合金の表面処理を行うことで、表面の鉛粒子を選択除去する方法であるから、従来の合金材をそのまま使用することができ、合金材料の製造方法も従来の方法を踏襲することになり、製造条件等を変えることなく効果的な材料を提供することができる。
【００２３】
さらに、処理工程において材料に通電するので、電解研磨効果をも発揮することから、材料表面の平滑性がより向上する。
【００２４】
しかも、処理後のエッチング液に二酸化炭素を含む混合ガス、あるいは二酸化炭素そのものを吹き込んだり、溶液中に炭酸鉛よりも溶解度の高い炭酸塩を投入することで、鉛を難溶性の炭酸塩として沈殿させる工程を採用したので、鉛化合物の分離回収が可能となり、鉛化合物を容易に廃棄することができるとともに、エッチング液の再利用も可能とすることができる。
【００２５】
なお、上記説明では主に本発明の用途として緊急にその対応が迫られている水栓金具材料を想定しているが、これに限らず鉛含有銅合金の表面から鉛粒子を選択的に除去することが要求されるのであれば、広い分野にて採用することができることは、もちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法によって材料表面の鉛粒子を選択除去したところを示す模式図
【符号の説明】
１  無鉛化された銅合金の素地
２  鉛粒子
【図１】
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