水垢附着抑制性优异的表面处理金属材料及其制造方法以及热交换器或海水蒸发器技术

本发明专利技术的表面处理金属材料为由钛、钛合金或不锈钢构成的基材表面被改性后的表面处理金属材料，在从最表面至10nm深度的位置，P浓度为1.0原子％以上，并且，从由Sn、Co、Ni、Fe、Zn及Mg构成的组中选择出的一种以上的金属元素浓度合计为1.0原子％以上，该表面处理金属材料在以碳酸钙为主体的水垢的附着抑制性方面优异。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于热交换器、海水蒸发器等的表面处理金属材料及其制造方法、以及配置该表面处理金属材料而构成的热交换器或海水蒸发器等，尤其涉及对以碳酸钙为主体的水垢的附着抑制性优异的表面处理金属材料等。
技术介绍
热交换器(例如、盘式热交换器)、海水蒸发器(海水淡水化装置)中多使用具有耐腐蚀性且导热性高的钛材、钛合金材或者不锈钢(有时将它们统称为“金属材料”)。地下水、自来水等与金属材料接触的水中少量含有钙离子(Ca2+)、碳酸氢离子(HCO3-)。因此，已知当水在热交换器、海水蒸发器中被加热时，按下述(I)式的反应式生成碳酸钙(CaCO3),以该碳酸钙为主成分的水垢附着在金属材料表面上。Ca2++2HC(V — Ca (HCO3) 2 — C02+H20+CaC03. · · (I)上述的反应具有温度越高越容易进行的趋势。特别是，与热交换器、海水蒸发器中使用的金属材料接触的水升温至60 90°C左右，则成为容易生成以碳酸钙为主体的水垢(以下有时简称为“水垢”)的环境。当长时间使用热交换器、海水蒸发器时，在金属材料上大量附着水垢，导致这些设备的导热性降低。因此，现状是需要按一个月 一年一次的频率定期地进行除去附着在金属材料表面上的水垢的作业，因而存在维护成本高的问题。为了有效地进行用于除去水垢的维护，提出了水垢除去剂的提案(例如，专利文献I)。在该技术中，提出了作为有效成分含有羟基羧酸、氨基磺酸、硫酸铵的水垢除去剂，并公开了能够有效除去在金属材料表面附着的水垢的方案。然而，上述技术不能抑`制水垢的附着情况，也不是降低维护频率的技术，也没有解决以碳酸钙为主成分的水垢附着在金属材料上导致金属材料本身导热性降低的问题。在先技术文献专利文献专利文献I日本国专利第3647843号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题本专利技术是鉴于上述状况而做出的，其目的在于，提供一种以碳酸钙为主体的水垢的附着抑制性优异的表面处理金属材料、用于制造这种表面处理金属材料的有用的方法、以及配置如上所述的表面处理金属材料而构成的热交换器或海水蒸发器等。用于解决课题的手段能够解决上述课题的本专利技术的表面处理金属材料为由钛或钛合金或者不锈钢构成(特别是由钛或钛合金构成)的基材表面被改性后的表面处理金属材料，其要旨在于，在从最表面至IOnm深度的部位，P浓度为1. O原子％以上，并且，从由Sn、Co、N1、Fe、Zn及Mg构成的组中选出的一种以上的金属元素浓度合计为1. O原子％以上。本专利技术的上述课题通过采用如下结构也能够得以解决，S卩，一种由钛或钛合金或者不锈钢构成(特别是由钛或钛合金构成)的基材表面被改性后的表面处理金属材料，其要旨在于，在从最表面至200nm深度的部位，P浓度为1. O原子％以上，并且，从由Sn、Co、N1、Fe、Zn及Mg构成的组中选出的一种以上的金属元素浓度合计为1. O原子％以上。此外，“在从最表面至IOnm或200nm深度的部位，P浓度为1. O原子％以上，并且，从由Sn、Co、N1、Fe、Zn及Mg构成的组中选出的一种以上的金属元素浓度合计为1. O原子％以上”是指“在从最表面至IOnm或200nm深度的任意的位置处，均是P浓度为1. O原子％以上，并且，从由Sn、Co、N1、Fe、Zn及Mg构成的组中选出的一种以上的金属元素浓度合计为1. O原子％以上”的意思。在制造上述的各种表面处理金属材料时，优选将基材浸溃在包含从由Sn、Co、N1、Fe、Zn及Mg构成的组中选出的一种以上的金属离子以及含有P的化合物的溶液中。在该制造方法中，优选所述溶液还含有氢氟酸及硝酸。通过将如上所述的各种表面处理金属材料以被改性的所述表面与水或海水接触的方式配置于以水或海水为介质而流通的导热部，从而能够抑制以碳酸钙为主体的水垢向表面处理金属材料的附着，由此能够实现降低了维护频率的金属制热交换器或海水蒸发器。专利技术效果 在本专利技术的表面处理金属材料中，从最表面至IOnm深度处、或者从最表面至200nm深度处，P浓度为1. O原子％以上，并且，从由Sn、Co、N1、Fe、Zn及Mg构成的组中选出的一种以上的金属元素浓度合计为1. O原子％以上，从而，以碳酸钙为主体的水垢的附着被抑制，作为能够降低维护频率的金属制热交换器、海水蒸发器的原材极其有用。附图说明图1是表示在实验No.1情况下的钛材表面的水垢附着状态的代替图面的SM照片。图2是表示在实验No. 5情况下的钛材表面的水垢附着状态的代替图面的SM照片。具体实施例方式本专利技术者为了实现抑制了以碳酸钙为主体的水垢的附着的表面处理金属材料，从各种角度进行了研究。其结果是，发现若在金属基材表面形成使P(磷)和从由Sn、Co、N1、Fe、Zn及Mg构成的组中选出的一种以上的金属元素共存的层(以下有时简称为“改性层”)，则水垢的附着抑制性优异，据此完成了本专利技术。另外，本专利技术者了解到在钛或钛合金材(以下有时用“钛材”代表)、或者不锈钢构成的基材表面上形成使P (磷)和从由Sn、Co、N1、Fe、Zn及Mg构成的组中选出的一种以上的金属元素共存的层之际，用氢氟酸溶解钛的同时使用硝酸再生钝态被膜的情况下，加入上述各元素而成为比较厚的改性层(表面改性层)。另外，在形成这种表面改性层的情况下，水垢的附着抑制性优异。对于通过将如上所述的各种改性层形成在金属材料表面上，而使金属材料成为水垢的附着抑制性优异的材料的理由，没有对其全部内容进行释明，但可以大致如下考虑。即，在包含规定量的特定金属元素与P的改性层中，在该改性层与水(水及海水)接触时，改性层中的P及金属成分逐渐溶出到水中，吸附在碳酸钙的结晶生长面上，其结果妨碍碳酸钙的结晶生长[抑制所述(I)式的反应进行]，因此，能够抑制水垢的附着。虽然形成在金属基材表面上的改性层与母材金属材料的界面(边界)成为无法明确区别的状态，然而，通过使从最表面(改性层表面)至IOnm深度、或从最表面至200nm深度的P浓度、金属元素浓度成为上述的范围，则可以判断改性层的厚度为IOnm以上或200nm以上，且通过使其厚度为IOnm以上或200nm以上能够发挥本专利技术的效果。即，由于最深的部位(距最表面10nm、或200nm)的浓度最小，因此，能够通过调查这些深的位置的浓度，掌握改性层内的浓度。为了抑制水垢的附着，需要使距最表面(改性层表面)10nm深度、或者距最表面200nm深度处的P浓度为1. O原子％以上，并且使从由Sn、Co、N1、Fe、Zn及Mg构成的组中选出的一种以上的金属元素浓度合计为1.0原子％以上。在比其浅的部位，P浓度更高。这些浓度的任一种为小于1. O原子％时，元素的溶出量不充分，无法充分抑制碳酸钙的生长。它们的浓度(P浓度或金属元素浓度分别)优选为2原子％以上(更优选为3原子％以上)，然而，从能够实际制作的观点考虑，优选为50原子％以下(例如30原子％以下、特别是10原子％以下)。此外，将各成分的浓度测定位置的基准设为“从改性层表面至IOnm深度的位置”或“从改性层表面至200nm深度的位置”的原因在于，在考虑形成的各改性层的厚度时，在各种厚度中，实际环境使用过程中上述各元素溶出的深度为“ 10nm”或“200nm”。构成上述改性层的元素以规定比例含有P(磷)及上述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.19 JP 2010-184450;2011.02.07 JP 2011-024101.一种水垢附着抑制性优异的表面处理金属材料，其是由钛或钛合金、或者不锈钢构成的基材的表面被改性后的表面处理金属材料，其特征在于， 在从最表面至IOnm深度的部位，P浓度为1. O原子％以上，并且，从由Sn、Co、N1、Fe、Zn及Mg构成的组中选出的一种以上的金属元素浓度合计为1. O原子％以上。2.根据权利要求1所述的表面处理金属材料，其中， 所述基材由钛或钛合金构成。3.根据权利要求1或2所述的表面处理金属材料，其中， 在从最表面至200nm深度的部位，P浓度为1. O原子％以上，并且，从由Sn、Co、N1、Fe、Zn及Mg构成的组...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳泽佳寿美，
申请(专利权)人：株式会社神户制钢所，
类型：
国别省市：