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【オゾン水試験】アルミ板に酸化皮膜を付与形成し、サビの発生を抑える(マイクロスコープ写真あり)

オゾン研究所【オゾン水試験】アルミ板に酸化皮膜を付与形成し、サビの発生を抑える

エコデザインのサイトウです。今回は、アルミ板をオゾン水に浸漬し(かけ流し)、酸化皮膜が作れないか試験してみました。

 

実験の背景

当社では、「オゾンによって、酸化皮膜の付与形成が行えないか」との問い合わせを受けています。

酸化被膜とは、ステンレスやアルミなどの表面に形成される酸化金属の薄い膜のことです。これにより耐蝕性を向上することができます。例えば、ステンレスは表面が酸化膜に覆われているため、内側までサビが浸透しにくくなっています。

オゾンはこの酸化皮膜を形成、強化することができると言われています。今回は、当社のオゾン水生成装置を使って効果を簡単に実証してみました。

オゾンによる防錆について
オゾンによる防錆効果の原理には、酸化被膜以外の要素もあるとされています(今回の試験では、形成されたと思われる被膜の詳細については検証しておりません)。詳しくはお問い合わせください。

 

実験方法

アルミ板を塩水に浸漬しておくと、錆びます。しかし、その前に予め酸化被膜を生成しておけば、サビが浸透しづらくなるとされています。

そこで、アルミ板をオゾン水中に静置することで、酸化被膜を作ろうと試みました。

 

また、酸素とオゾンでは酸化被膜のでき方が異なるかを見るために、酸素処理とオゾン処理との比較を行いました。

酸素処理については、オゾン水生成装置のオゾン発生のスイッチを切って運転することで実施しました。
酸素水の酸素濃度は、恐らく飽和濃度の10mg/L(10ppm)程度となっていると思われます。

試験系統図

オゾン水or酸素水を用いたアルミ板への酸化皮膜付与形成試験の概要
試験系統図(クリック・タップで拡大します)
※適宜、系統中の流量計・バルブなどは省略しています

試験手順

試験工程1 - STEP 1.
酸素処理系統とオゾン処理系統を用意する
オゾン水は、オゾンガスを水に溶け込ませたものです。オゾンガスの発生源には酸素ボンベを用います。
 
今回は同じ系統中で、オゾン水生成装置のオゾン出力のON/OFFを切り替えることにより、オゾン処理と酸素処理の切り替えを行います。オゾンを発生させていない時、オゾン水生成装置からはオゾンではなく酸素が溶け込んだ水が排出されます。
 
これにより、酸素処理とオゾン処理との比較を行います。
試験工程1 - STEP 2.
系統を準備する
試験系統を準備します。オゾン水は作り置きではなく、連続して生成し続けてかけ流しでの試験を行います。
 
濃度や流量などを調節し、目的の設定値にします。
試験工程1 - STEP 3.
試験工程1 開始
試験に必要な条件が確立できたら、試験サンプルのアルミ板を系統中に静置します。
試験工程1 - STEP 4.
同様に、酸素処理も行う
オゾン水生成装置の設定を切り替え、試験サンプルを交換して、酸素水での試験も行います。
試験工程1 - STEP 5.
処理後のオゾン水は分解する
系統の末端には、予め活性炭を詰めたタンクを接続しておきます。これにより、オゾン水中のオゾンが分解され酸素となります。
試験工程1 - STEP 6.
試験工程1 終了
問題なければ、試験工程1をを終了します。適宜、系統を解体します。
試験工程2 - STEP 1.
試験工程2の準備
試験サンプルを錆びさせるための塩水(精製水 + NaCl 濃度3% w/w)を準備します。
試験工程2 - STEP 2.
試験工程2 開始
試験サンプルを塩水に浸漬し、1日静置します。
試験工程2 - STEP 3.
試験工程2 終了
問題なければ、試験を終了します。

塩濃度と溶存酸素量のバランスにより、3%程度の塩水で最もサビが発生しやすいのだそうです。

 

アルミ板にオゾン水をかけ流す
オゾン水処理(かけ流し)の様子。写真中央がアルミ板です
※「オゾン」と書かれた透明の板は、別の試験に使用したポリプロピレン板です
オゾン水生成装置OWF-10L20P
20mg/Lのオゾン水の供給源には、こちらのOWF-10L20Pを利用しました

使用装置

  • オゾン水生成装置…OWF-10L20P
    オゾン水生成能力:10L/minにて最大20mg/L(20ppm)以上、メーカー:エコデザイン株式会社
  • 原料水
    水道水、水温約10℃
  • 酸素ボンベ
    普通純度 >99.5%
  • オゾン水処理用容器
    高密度ポリエチレンボウル
  • アルミ板…実験用アルミ板
    メーカー:ケニス株式会社
  • 塩水
    精製水 + NaCl 濃度3% w/w

実験用のアルミ板をモノタロウから購入できて驚きました。今どき何でも売っているようです。

 

実験結果

オゾンor酸素処理後、NaCI水溶液3% w/w中に1日間静置した状態
処理後、塩水中に1日間静置した状態
オゾン処理したものと酸素処理したものを、1日間静置後、乾燥させた状態
静置後、乾燥させた状態

デジタルマイクロスコープ写真

サビの様子を、キーエンス製デジタルマイクロスコープ VHX-7000で撮影しました。

処理前(試験前)オゾン処理+塩水浸漬酸素処理+塩水浸漬それぞれのアルミ板を100倍、1000倍に拡大した写真を掲載します。

アルミ板をオゾン処理後に塩水浸漬したものと酸素処理後に塩水浸漬したもの
酸素処理、オゾン処理、処理前(試験前)の比較写真(クリック・タップで拡大します 約1.1MB)

オゾン処理を施したサンプルにも、わずかにサビが見えます(画像中段○部)。

 

考察

酸素処理とオゾン処理、それぞれの錆び方に明白な差が見られました。

オゾン水処理後のアルミ板では、確認できるサビはわずかなものに抑えられています。常温かつ、20mg/L(20ppm)程度の濃度の処理でこのような効果が見られましたので、産業的な運用も行えそうです。

 

ちなみに、事前に種別不明のステンレス部品(SUS304?)で同様の試験を行っていますが、そちらはオゾン処理、酸素処理の双方ともサビが見られませんでした。

今後は、ステンレスの種類ごとの比較も実施できたら面白いと考えています。