JP3971811B2

JP3971811B2 - アルミニウム又はアルミニウム−マグネシウム系合金からなる材料の表面親水化処理方法

Info

Publication number: JP3971811B2
Application number: JP24074496A
Authority: JP
Inventors: 精二郎須田
Original assignee: 株式会社水素エネルギー研究所; エヌ・ティ・ティ・リース株式会社
Priority date: 1996-09-11
Filing date: 1996-09-11
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2016-09-11
Also published as: JPH1088367A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム又はアルミニウム−マグネシウム系合金からなる材料の表面の水滴に対する接触角を低下させて、親水性を付与するための新規な表面処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウムは軽量で、塑性加工性及び耐食性に優れ、電気・熱伝導性が良好な金属材料であり、またアルミニウムにマグネシウム、亜鉛、ケイ素、リチウム、銅、クロム、ニッケル、マンガン、ジルコニウムなどを加えて合金化したものは、固溶体硬化、加工硬化、時効硬化などによって、機械的性質が著しく向上し、さらに耐食性、耐磨耗性、低熱膨張係数などの特性も付加されることから多くの分野において幅広く用いられている。
【０００３】
ところで、空調機器の熱交換器部分の伝熱フィンなどに用いられる熱交換器用伝熱材料においては、その表面において、液体物質が液滴状にならずに、均一かつ薄膜状に拡散することが要求される。これは、伝熱性を高め、熱交換特性を向上させるためであり、また、凝縮水が薄膜状になると、上記伝熱フィンの間隔を極端に狭くすることができ、熱交換器形状を小型化しうるからであり、この小型化に伴って、空調機器の冷媒充填容積が減少し、冷媒充填量の低減が可能となり、その結果、オゾン層破壊や温暖化現象の原因物質であるフロンの消費量を削減することができる。このように、材料表面において水が液滴状にならずに、均一な薄膜状に拡散するには、材料表面が水に対する親和性を有することが必要である。
【０００４】
また、濡れ壁式ガス吸収装置などにおいては、壁面で気−液接触型熱交換が行われるため、その壁面が十分な濡れ性を有していれば、熱交換が効率よく行われ、装置の小型化が可能である。壁面が十分な濡れ性を有するには、壁面に用いる材料表面が水に対する親和性を有することが必要である。
【０００５】
さらに、高電圧送電線においては、降雨や着氷により電線表面上に形成される水滴が原因となって、コロナ放電を生じ、その結果発光、騒音発生、電波障害、太陽光反射障害などのトラブルを生じる。このようなトラブルを防止するには、電線表面上での水滴の形成を抑制して、薄膜状に拡散させればよく、このようにして電線表面に薄膜状に拡散して滞留する水分は、高電圧高電流下で発生するジュール熱によって容易に蒸発して逸散するため、コロナ放電の発生が抑制される。
【０００６】
したがって、このような用途にアルミニウム又はアルミニウム−マグネシウム系合金からなる材料を用いる場合には、それに表面処理を施し、親水性を付与するのが望ましい。
従来、アルミニウム系材料に表面処理を施し、親水性を付与する方法としては、例えばクロメート系化学皮膜処理法やベーマイト皮膜処理法などが用いられてきたが、これらの方法は、いずれも処理が煩雑であったり、多大の設備費を要したり、電力消費が多いなど、経済的に不利である上、水滴との接触角を小さくすることができず、しかも親水性を長期間にわたって持続することが困難であるなどの欠点を有している。
【０００７】
このような欠点を改良するために、二次処理として、例えば親水性ポリマーで処理する方法、水ガラスで処理する方法、カルボキシル基含有化合物で処理する方法、アクリル系塗膜とセルロース系塗膜を施す方法などが試みられているが、これらの方法は処理工程が増える上、効果が不十分であり、また操作が煩雑であるため、実用上必ずしも適当なものとはいえない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情のもとで、アルミニウム又はアルミニウム−マグネシウム系合金からなる材料の表面に親水性を付与し、水を接触させた場合の分散を促進させるとともに、伝熱性及び耐食性を向上させるためのアルミニウム又はアルミニウム−マグネシウム系合金からなる材料の表面親水化処理方法を提供することを目的としてなされたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、アルミニウムの表面特性を改善する方法について鋭意研究を重ねた結果、アルミニウム又はアルミニウム−マグネシウム系合金からなる材料の表面にフッ化アルミニウム皮膜を形成させることにより、その目的を達成しうることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、アルミニウム又はアルミニウム−マグネシウム系合金からなる材料を、フッ化水素とフッ化アルカリのみ又は六フッ化アルミニウムアルカリのみを含む水溶液中に浸漬し、その表面にフッ化アルミニウム皮膜が形成されるまで保持したのち、取り出し、水洗することにより水滴に対する接触角を低下させることを特徴とするアルミニウム又はアルミニウム−マグネシウム系合金表面からなる材料の表面親水化処理方法を提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明方法において用いられるアルミニウムとしては、純度９９．９９％より高い高純度アルミニウムや、１％までの不純物と少量の他の元素を含む工業用純アルミニウムなどのいずれも用いることができる。また、アルミニウム−マグネシウム系合金としては、例えばＡｌ−Ｍｇのみの合金のほか、Ａｌ−Ｍｎ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系などのアルミニウム−マグネシウムを主体とし、その他の金属を含む合金が用いられる。
【００１２】
本発明方法において、上記アルミニウム又はアルミニウム−マグネシウム系合金からなる材料の表面処理に用いられる処理液は、アルミニウム又はアルミニウム−マグネシウム系合金からなる材料表面にフッ化アルミニウム皮膜を形成するためのものであり、フッ化水素とフッ化アルカリのみ又は六フッ化アルミニウムアルカリのみを含有する水溶液が用いられる。
【００１３】
上記フッ化水素とフッ化アルカリのみを含有する水溶液としては、例えばフッ化アルカリ０．２〜１０．０重量％を含む水溶液を、フッ化水素によりｐＨ２．０〜６．５に調整した処理液を挙げることができる。この際のフッ化アルカリとしては、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化アンモニウムなどが用いられるが、特にフッ化カリウムが好ましい。これらのフッ化アルカリは、０．２〜１０．０重量％の範囲の濃度で水に溶解して用いられる。特に好ましい濃度は、フッ化ナトリウムの場合０．３〜３．０重量％、フッ化カリウムの場合０．５〜５．０重量％、フッ化アンモニウムの場合０．５〜８．０重量％の範囲である。
【００１４】
一方、六フッ化アルミニウムアルカリのみを含有する水溶液としては、例えば六フッ化アルミニウムアルカリを重量／容積比（ｗ／ｖ）で０．０１〜０．５程度になるように水に溶解して得られるＦ^-イオン、ＨＦ^2-イオンとともに、Ｈ⁺イオンを含むｐＨ４．５〜６．０程度の水溶液が用いられる。この際用いられる六フッ化アルミニウムアルカリとしては、例えば六フッ化アルミニウムカリウム、六フッ化アルミニウムナトリウム、六フッ化アルミニウムアンモニウムなどが挙げられるが、これらの中で、特に六フッ化アルミニウムカリウム（Ｋ₃ＡｌＦ₆）が好適である。
【００１５】
本発明方法においては、これらのフッ化水素とフッ化アルカリのみ又は六フッ化アルミニウムアルカリのみを含有する水溶液中に、アルミニウム又はアルミニウム−マグネシウム系合金からなる材料を浸漬して、その表面にフッ化アルミニウム皮膜が形成されるまで表面処理を行う。この処理は通常、常圧下において０〜６０℃、好ましくは１５〜４０℃の温度で５分ないし５時間程度行われる。
【００１６】
このような処理により、アルミニウム又はアルミニウム−マグネシウム系合金からなる材料の表面に、通常存在する酸化アルミニウム皮膜が除去され、フッ化アルミニウム皮膜が形成される。
このようにして表面処理が施されたアルミニウム又はアルミニウム−マグネシウム合金からなる材料は、その表面にフッ化アルミニウム皮膜を有するため、水滴に対する接触角が低下して親水性が向上し、伝熱性や耐食性が向上する。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の表面処理方法によれば、アルミニウム又はアルミニウム−マグネシウム系合金からなる材料の表面に、水を接触させた場合の分散を促進させるとともに、伝熱性及び耐食性を向上させる、水に対する親和性が優れたフッ化アルミニウム皮膜を容易に形成させることができる。
【００１８】
したがって、水が水滴状にならずに、均一かつ薄膜状に表面に拡散し、伝熱性が向上することから、空調機器の熱交換器部分の伝熱フィン材料として、また水に対する親和性に優れていることから、濡れ壁式ガス吸収装置などの気−液接触型熱交換の表面材料として、また高電圧送電線用として有用である。さらに、このようにして表面処理したアルミニウム又はアルミニウム−マグネシウム系合金からなる材料を高電圧送電線に用いた場合、電線表面上に、降雨や着氷による水滴が形成されにくいので、コロナ放電の発生を抑制することができる。しかも、このアルミニウム又はアルミニウム−マグネシウム系合金からなる材料表面に形成されているフッ化アルミニウム皮膜は、細かい網目状の三次元構造を有し、太陽光の吸収・分散効果をもつため、太陽光反射障害も防止することができる。
【００１９】
【実施例】
次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
【００２０】
実施例１
Ａｌ−Ｍｇ系合金板を用い、次のように表面処理を行った。
すなわちフッ化カリウム０．５重量％を含有し、フッ化水素によりｐＨ４．５に調整した温度２５℃の水溶液中に、上記アルミニウム合金板を１５分間浸漬して、その表面にフッ化アルミニウムの皮膜を形成させた。
この表面処理アルミニウム合金板の表面を水洗処理し、初期、２４時間水洗処理後、７２時間水洗処理後、１４４時間水洗処理後、２４０時間水洗処理後の水滴接触角を求めた。結果を表１に示す。
【００２１】
実施例２
Ａｌ−Ｍｇ系合金の代りに、工業用純アルミニウム板を用いた以外は、実施例１と同様にして表面処理を行い、水滴接触角を求めた。結果を表１に示す。
【００２２】
実施例３
実施例１で用いたものと同様のＡｌ−Ｍｇ系合金板を用い、次のようにして表面処理を行った。
すなわち、六フッ化アルミニウムカリウム２．５重量％を含有するｐＨ５．０、温度２５℃の水溶液中に、上記アルミニウム合金板を１０分間浸漬して、その表面にフッ化アルミニウムの皮膜を形成させた。
この表面処理アルミニウム合金板について、実施例１と同様にして、水滴接触角を求めた。結果を表１に示す。
【００２３】
実施例４
実施例２で用いたものと同じ工業用純アルミニウム板を用いた以外は、実施例３と同様にして表面処理を行い、水滴接触角を求めた。結果を表１に示す。
【００２４】
【表１】

【００２５】
［注］表面無処理のＡｌ−Ｍｇ系合金板の水滴接触角は８０度、表面無処理の工業用純アルミニウム板の水滴接触角は８０度である。
【００２６】
表１から分かるように、表面処理アルミニウム又はアルミニウム−マグネシウム系合金は、無処理のものに比べて、水滴接触角がはるかに小さく、かつ親水性の持続性に優れている。
【００２７】
実施例５
フッ化カリウム０．５重量％を含有し、フッ化水素によりｐＨ４．５に調整した温度２５℃の水溶液中に、２ｋＷの小型空調機のアルミニウム合金からなるフィン（材質Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ）を１０分間浸漬して、その表面にフッ化アルミニウム皮膜を形成させた。
次に、この表面処理フィンを２ｋＷ小型空調機に装着し、性能を評価した。
その結果、５００時間の連続水噴霧試験において、５度以下の水滴接触角を保持することができた。また、接触角は、むしろ時間の経過とともに、低下する傾向にあり、耐久性も十分であることが分かった。
【００２８】
連続水噴霧時の冷凍システムの性能は、凝縮器温度が４０℃以下の低温状態では１０％程度、４０℃以上の高温状態では２０％程度向上した。この場合、凝縮器サイズは既存の７０％近くまで小型化できることが分った。
【００２９】
このように、アルミニウム−マグネシウム系合金からなるフィンを表面処理することにより、冷凍空調機器の小型化を拒む要因であった水滴付着時のブリッジング現象が防止でき、付着水分の分散と効果的な蒸発により、冷却能力の向上及び圧縮動力の低減によるシステムの高性能化が可能となる。また、恒常的な水蒸発式を採用する場合、空冷式に比較して外気温度の影響を受けずに、サイズも数分の１程度まで小型化できる可能性があり、実用化の可能性が高い。
【００３０】
さらに、冷暖房兼用のヒートポンプでは、暖房時やデフロスト時に、室外機のフィン表面に結露が起こり、外気の状態によっては氷結現象にまで至ることがあるが、本発明方法を適用することにより、このような現象を回避することが可能となる。

Claims

アルミニウム又はアルミニウム−マグネシウム系合金からなる材料を、フッ化水素とフッ化アルカリのみ又は六フッ化アルミニウムアルカリのみを含む水溶液中に浸漬し、その表面にフッ化アルミニウム皮膜が形成されるまで保持したのち、取り出し、水洗することにより、水滴に対する接触角を低下させることを特徴とするアルミニウム又はアルミニウム−マグネシウム系合金からなる材料の表面親水化処理方法。