KR100358654B1 - 납함유구리계합금제저함량의납방출용배관부품및이의제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의하면, 크롬이 플레이팅된 음료수 분배 회로용 납 황동 부품(예 : Pb 3%를 함유하는 CuZn39Pb3제 배관 부품)에 대하여 납 선택적 표면 에칭을 행하여, 작업시에 기계 가공 또는 몰딩으로 인해 발생되는 Pb 표면 "스미어링" 으로 인한 Pb 방출량을 감소시킨다. 엘리먼트를 처음에 가용성 Pb 염을 형성할 수 있는 산 수용액, 바람직하게는 비산화성 용액과 접촉시키고, 예를 들면 20∼50℃에서 10∼50 분간 0.1M 술팜산 용액에 침지시킨 다음, 20∼25℃에서 약1 0 분간 강염기 수용액, 예를 들면 0.1M NaOH 용액에 침지시켜 패시베이션을 수행한다. 이런식으로, Pb 함유 구리계 합금제 배관 부품을 얻는다. 이 부품은 15일간의 US NSF STD61 시험 절차후에 시험 기간 동안에 물과 접촉된 채로 있는 금속벽에 의해서 제한된 부품의 내부 체적 각 ㎖에 대하여 Pb 0.025㎍ 미만을 방출한다.
Description
납 함유 황동 합금제 엘리먼트의 기계가공 및/또는 몰딩으로 인한 열-기계응력 때문에 기제 합급으로부터 Pb가 편석되어, 금속 Pb(또는 이의 염)의 표면층이 형성되는 현상은 공지되어 있다. 이와 같은 현상은 상기 납 표면층의 형성으로 가공시에 고도로 오염시키고 사람의 건강에 독성을 나타내는 것으로 알려진 중금속인 Pb 이온이 환경으로 방출된다는 점에서 특히 바람직하지 못하다.
한편, 콕 및 밸브용 기계부품과 같은 배관 부품은 음료수용 분배 회로 및 시스템에서 작동되게 설계되었지만, 제조공정시에 다수의 기계가공 작업(래팅(lathing), 드릴 가공, 나사 가공 등)을 행할 수 없다. 또한, 한정된 양의 Pb(통상 3∼5 중량% 이하)를 함유하는 Cu-Zn 계 합금은 기계 가공을 촉진시키며, 훨씬 더 효과적이고 정밀한 표면 마무리 상태를 가져온다. 또한, 기계 가공을 촉진(칩 브레이킹을 촉진시킨다)시키는 것이외에도, Pb의 존재는 또한 엘리먼트 제조공정이 제련 또는 몰딩/다이 캐스팅에 의해 직접 수행되는지 안되든지 간에 이 공정에 유효하다.
Pb 방출 메카니즘을 오랫동안 연구조사해 온 결과, 이는 몰딩 공정시의 기계가공 및 전단 응력에 의한 합금의 표면 응력, 및 수증기와 이산화탄소 분위기와의 Pb 반응성으로 인해 기제 합금으로부터 산화아연 표면층에 편석된 Pb 염(히드록시카보네이트)의 생성에 기초를 두고 있다. 그러나, 음료수 분배용으로 설계된 배관 부품의 Pb 방출량을 평가하기 위해 주요 미국 규격 기관, 즉 N. S. F.에 의해 공인된 시험 절차가 승인되어 출판된 것은 불과 최근(1995년 3월)의 일이다. 시험 절차는 U.S. NSF STD61로서 공지되어 있다. Pb 방출 현상이 주로 모든 형태의 시판용 음료수 분배용 부품에도 나타나고, 심지어는 표면 코팅, 예를 들면 크롬 또는 니켈 플레이팅이 헤스테티컬(haestetical) 이유로 모든 표면상에서 광범위하게 행해지는 부품에 나타나는 것이 밝혀졌는데, 실제로 이러한 현상은 탭, 콕 등이 밀폐될 때에 물과 접촉상태로 유지되도록 설계된 제한 표면에 의존하고, 내부면이 보이지 않으므로, 통상 코팅되지 않으며, 어쨌든 적절하게 코팅하기가 매우 어렵다.
본 발명은 납 함유 구리계 합급제 저함량의 납 방출용 배관 부품, 예를 들면 음료수 분배회로용 납황동제 부품에 관한 것이다. 본 발명은 또한 Pb 방출의 원인이 되고 소위 Pb 표면 "스미어링(smearing)" 을 나타내는 불안정한 Pb 표면층(거의 Pb 및/또는 Pb 염으로만 이루어짐)을 감소시키거나 또는 완전히 제거하도록 선택적 표면 에칭에 의해 상기 부품을 제조하는 방법에 관한 것이다.
도 1 및 도 2는 어닐링되고 피클링되지 않은 직경이 5.15㎜인 CuZn37Pb3(CEN 암호화에 따름) 드로잉 와이어의 표면 외관을 나타내는 현미경 사진으로, 흰 반점은 와이어 가공에 의한 응력으로 인한 Pb 및 Pb 염의 편석을 나타낸다.
도 3 및 도 6은 와이어를 상이한 비산화성 산성 용액을 사용하여 본 발명의방법 중 제 1 실시형태에 따라 처리한 후의 합금의 표면 외관을 나타내는 동일 와이어의 현미경 사진이다.
도 4는 시트르산 용액으로 처리한 후의 도 1 및 도 2의 동일 와이어에 대한 표면 외관을 나타내는 현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 방법 중 제 2 실시형태에 따라 시트르산 산화성 용액으로 처리된 도 4의 동일 와이어에 대한 현미경 사진이다.
도 7 내지 도 10은 본 발명에 주어진 실시예에 따라 수행된 Pb 방출시험 결과를 도시하는 그래프도.
따라서, 본 발명의 목적은 공지된 납 함유 합금의 단점을 해소한 것으로서, 기계 가공 및/또는 몰딩에 의해 동시에 통상적인 가공 작업을 수행할 수 있는 구리계 합금제 저함량의 납 방출용 부품, 특히 음료수 분배 회로용 황동제 배관 부품을제공하는데 있다.
본 발명은 이들의 제조 단계시에 기계 가공, 몰딩 또는 다이 캐스팅에 의해 수행되는 가공 작업에 적합한 구리계 합금제 기계 부품, 특히 음료수 분배 시스템용으로 설계된 황동 합금제 배관 부품에 있어서, 상기 구리계 합금은 합금 원소로서 소정량의 납을 함유하고, 사용시에 환경에 방출되는 유체에 노출되도록 설계된 부품의 각각의 면은 실질적으로 납 및 납 염을 함유하지 않는 것을 특징으로 하는 구리계 합금제 기계 부품에 관한 것이다.
특히, 상기 부품은 음료수를 수집하도록 설계되고, U.S. NSF STD61에 의한 15일간의 시험후에 시험시에 음료수와 접촉되게 노출된 금속면에 의해 한정된 부품의 내부 체적 각 ㎖에 대하여 Pb 0.025㎍ 이하를 인공 음료수에 방출할 수 있다.
또한, 본 발명의 한 측면에 따르면, 이들의 제조 단계시에 기계 가공, 몰딩 또는 다이 캐스팅에 의해 수행되는 가공 작업에 적합한 납 함유 구리계 합금제 기계 부품, 특히 음료수 분배 시스템용으로 설계된 황동제 배관 부품에 있어서, 사용시에 음료수에 의해 접촉되도록 설계된 상기 부품의 각 표면은 Pb의 표면 함량이 공칭 합금 조성에 의한 Pb의 함량보다 낮거나 동일하도록 XPS 표면분석에 따른 원자 표면 조성을 나타내는 것을 특징으로 기계 부품에 관한 것이다.
본 발명은 또한 수 분배 시스템에 사용되도록 설계된 납 함유 구리계 합금제 저함량의 Pb 방출용 금속 부품, 특히 음료수 회로용 납 황동제 배관 부품의 제조방법에 있어서, 상기 방법은 상기 부품상에 수행된 기계 가공 및/또는 몰딩/다이 캐스팅 작업으로 인해 존재하는 Pb 및 Pb 염을 거의 완전히 제거하기 위해 가공시에물에 노출되도록 설계된 상기 부품의 표면을 선택적 에칭하는 단계 및 상기 표면을 패시베이션하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저함량의 Pb 방출용 금속 부품의 제조방법을 제공한다.
특히, 선택적 에칭 단계는 가용성 Pb 염을 생성할 수 있는 산의 비산화성 산성 수용액의 작용하에 상기 표면을 노출시킴으로써 행해진다.
특히, 상기 산은 술팜산, 플루오르화붕산, 메탄술폰산, 플루오르화규산, 아세트산 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 선택적 에칭 단계는 과산화물과 혼합된 유기산의 산성 수용액을 산화시키는 작용하에 상기 표면을 노출시킴으로써 수행된다. 바람직하게는, 사용되는 유기산은 시트르산이고, 과산화물은 과산화수소이다.
상기 패시베이션 단계는 상기 선택적 에칭 단계에 이어서 수행되는 것으로, 상기 표면을 염기성 수용액, 바람직하게는 강염기 수용액의 작용하에 노출시킴으로써 수행된다.
상기 두 단계사이에 중간 세정 단계가 제공된다.
바람직하게는, 염기성 수용액은 NaOH, 규산나트륨 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 강염기를 함유하고, 패시베이션 단계는 용액을 pH 10∼13으로 유지시키면서 수행된다.
상기 노출 작업은 본 발명에 따라 단지 상기 부품을 상기 처리 용액에 침지함으로써 행해지고, 상기 세정 작업은 주변온도에서 수돗물에 침지함으로써 행해진다. 또한, 상기 용액의 작용하에 노출할 시에, 상기 용액을 초음파 교반시켜서 초음파로 상기 부품 표면을 히트(hit)하게 한다.
그러나, 합금으로부터 편석된 표면 납의 후속 선택적 에칭은 합금 조성이나 상기 부품에 대해 행해진 기계 가공(또는 다른 모든 종류의 가공)으로부터 형성되는 표면 마무리 상태에 영향을 미치지 않는다. 따라서, 상기 에칭 작업에 의해 합금으로부터 편석된 표면 납이 제거되어, 작업시에 그렇게 처리된 엘리먼트 의해 더 이상 납이 방출되지 않는다. 또한, 제거된 납은 예를 들면 전해에 의해, 특히 산 수용액의 존재하에 부식액으로부터 용이하게 회수될 수 있다. 따라서, 상술한 공정은 고도의 환경 안전을 보장한다.
후속 패시베이션 단계는 또한 "단물" (저 함량의 용해염, 특히 칼슘을 함유하는 음료수) 등의 공격성 유체의 존재하에서도 처리된 부품에 대하여 작업시에 가능한 부식 공정이 개시되는 것을 방지하고, 선택적 에칭 단계에 의해 제거되지 않은 Pb(패시베이션 단계에 의해 형성되는 불용성 층에 의해 밀폐되는 것으로 추정되는 금속 매트릭스의 개방구멍의 내측에 통상 남아 있음)의 가능한 용해를 방지하는 부식 화학약품의 불용성 층을 상기 부품의 노출표면에 형성시키는데 기여한다.
본 발명에 따르면, 수용액에 가용성 Pb 염을 생성시킬 수 있는 비산화성 산의 몰농도는 0.01∼5 M이고, 어떠한 경우에도 이 값은 선택된 산의 용해도 스케일의 한계값내에 존재하며, 상기 용액은 pH가 1∼3이다. 본 발명에 따르면, 침지시의 비산화성 산 에칭 용액은 20∼50℃로 유지되고 침지는 5∼50 분간 행해진다.
양호한 실시형태에 의하면, 본 발명에 따라 처리될 기계 가공 엘리먼트를 탈지 및 세정 후에, 35∼45℃에서 25분 이하로 0.1 M 술팜산 제 1 수용액에 침지시킨 다음, 추가로 세정하고 20∼25℃에서 15분 이하로 0.1M 수산화나트륨에 침지시킨 후에, 최종적으로 세번째로 세정하여 건조시킨다.
세정은 주변온도(13∼20℃)에서 통상적인 수돗물로 행해진다.
최종적으로, 바람직한 산성 수용액의 조성은 바람직하게는 부식 방지제가 첨가된 0.1M 술팜산과 0.1M 플루오르화붕산의 1 : 1 혼합물이다.
따라서, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 기계 가공, 몰딩 또는 다이 캐스팅에 의해 수행되는 가공 작업이 행해진 Pb 함유 구리계 합금제 기계 부품의 각각의 표면 중 Pb 및 Pb 염이 풍부한 표면에 대하여 선택적 Pb 에칭을 수행하기 위한 수용액에 있어서, 상기 수용액은 0.1M 술팜산, 0.1M 플루오르화붕산 및 1H-벤조트리아졸 0.1∼5 중량%로 이루어진 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 수용액을 제공한다.
또한, 본 발명은 Pb 함유 구리계 금속 합금제 기계 부품의 표면의 패시베이션을 수행하기 위한 처리 수용액에 있어서, 상기 처리 수용액은 0.1 M NaOH 및 메타아인산나트륨 1∼5 중량%을 함유하는 것을 특징으로 하는 수용액을 제공한다.
본 발명은 첨부도면과 함께 실시예에 관하여 더욱 더 상세하게 설명될 것이다.
실시예 1 (구리 합금)
CuZn37Pb3(CEN 명명법에 따름)의 어닐링된 직경 5.15㎜ 드로잉 와이어으로부터 A, B, C, D 및 E로 분류된 5개의 에칭되지 않은 샘플을 얻는다. 주사 전자 현미경(SEM)에 의해 조사된 샘플 A는 도 1 및 도 2에 나타낸 결과를 나타낸다. 그 후에, 샘플 B, C, D 및 E를 표 1 에 나타낸 절차를 따라 처리한다.
표 1
처리후에, 수세하고 열풍 건조한 샘플 B, C, D 및 E를 각각 도 3 내지 도 6에 기록된 결과를 나타내는 SEM 기술에 의해 조사한다. 이들 현미경 검사로부터, 메탄술폰산 및 아세트산이 표면이 스미어된 납을 선택적으로 용해시키는데 효과적인 반면에, 산화제, 예를 들면 과산화수소와 함께 사용하는 경우에는 시트르산이 효과적이다는 것을 알 수 있다.
실시예 2 (구리 합금)
통상 시판되는 압출되어 직경 50㎜로 드로잉된 CuZn37Pb3의 동일 바로부터 A, B 및 C로 분류된 3개의 샘플을 얻는다. 모든 샘플을 동일한 작업 조건하에서 레이드 터닝(lathe turning) 작업과 함께 드릴하고 기계 가공하여, 내경이 36㎜이고 외경이 50㎜인 높이 100㎜의 실린더를 얻는다. 모든 샘플을 탈지하고 수돗물로 세정하여, 샘플 C에 대하여 1. 용액 "a" 에 침지 : 0.1 M 술팜산(pH 1.25), 40℃에서 20분간; 2. 수세; 3. 용액 "b" : 0.1 M NaOH(pH 12.7), 40℃에서 10분간; 4. 수세 및 열풍 건조에 의해 납 선택적 용해를 수행한다.
처리 표면 1 d㎡ 당 용액 "a" 및 "b" 로부터 회수된 납 및 구리의 총량은 각각 11.4㎎ 및 0.1㎎이었다. 샘플 B에 대하여 상술한 절차 중 (1) 및 (2) 만을 수행한 다음, 열풍 건조한다. X선 광전자 분광법(XPS) 표면 분석 기술을 이용하여 샘플 A, B 및 C의 내부면을 분석한 결과, 표 2에 주어진 표면 원자 조성을 나타낸다.
표 2
샘플 A, B 및 C에 대하여 프로토콜 NSF STD61에 따라 동일한 프로토콜에 기재된 인공물을 사용하여 인공 수돗물에서 금속 이온 방출 시험을 행하고, 최초 50일간의 방출 시험에서 기록된 납 방출 평균값을 도 7에 나타내며, 이것에 의해, 본 발명에 따라 처리된 샘플 C에 의해 방출된 납의 양은 초기 시험기간 중에 샘플 A에 의해 방출된 납의 양의 10% 미만이다. 샘플 A, B 및 C의 플롯을 비교함으로써, 단계(3)의 효과가 명백히 나타나는데, 이는 물과 접촉하는 황동 표면이 패시베이션되어, 방출시험 초기에 바로 납 방출이 저하된다.
실시예 3 (구리 합금)
통상 시판되는 압출되어 직경 50㎜로 드로잉된 CuZn37Pb2 황동의 동일한 바로부터 A, B, C 및 D로 분류된 4개의 샘플을 얻은 후, 동일한 작업 조건하에서 레이드 터닝 작업과 함께 드릴하고 기계 가공하여, 내경이 36㎜이고 외경이 50㎜인 높이 100㎜의 실린더를 얻는다. 모든 샘플을 탈지하고 수돗물로 세정하여, 샘플 A 및 B에 대하여 1. 용액 "a" 에 침지 : 0.1 M 플루오르화붕산, 40℃에서 20분간; 2.수세; 3. 용액 "b" : 0.1 M NaOH, 20℃에서 10분간; 4. 수세 및 열풍 건조에 의해 납 선택적 용해를 수행한다.
처리 표면 1 d㎡ 당 용액 "a" 및 "b"로부터 회수된 납 및 구리의 총량은 각각 7.3㎎ 및 0.1㎎이었다. 샘플 B에 대하여 상술한 절차 중 단계 (1) 및 (2) 만을 수행한 다음, 열풍 건조한다.
프로토콜 NSF STD61에 따라 샘플 A 및 C에 대해서는 상기 프로토콜에 기재된 인공물, 샘플 B 및 D에 대해서는 상수도물을 사용하여 인공 수돗물에서 금속 이온 방출 시험을 행하고, 최초 15일간의 방출 시험에서 기록된 납 방출값으로부터, 샘플 A에 의해 방출된 납의 양은 샘플 C에 의해 방출된 납의 양의 10%와 동일하고, 샘플 B에 의해 방출된 납의 양은 샘플 D에 의해 방출된 납의 양의 15%와 동일함을 알 수 있다.
실시예 4 (구리 합금)
통상 상수도 시스템의 부품으로서 사용되는 시판용 황동 볼 밸브로 된 2개의 샘플 A 및 B를 세정하여 탈지한다. 상기 샘플은 항상 물과 접촉하는 금속 표면에 의해서만 제한된 체적에 의해 규정되는 내부 체적 (Iv), 27㎖을 나타낸다. 샘플 A에 대해서만 사전에 1. 용액 "a" 에 침지 : 0.1 M 술팜산 및 부식 방지제로서의 1H-벤조트리아졸 2 중량%, 40℃에서 20분간; 2. 수세; 3. 용액 "b" : 0.1 M NaOH(pH 12.7) 및 부식 방지제로서의 메타아인산나트륨 5 중량%, 20℃에서 10분간; 4. 수세 및 열풍 건조에 의해 납 선택적 용해를 수행한다.
상기 내부 체적(Iv) 1 ㎖ 당 용액 "a" 및 "b" 로부터 회수된 납 및 구리의 총량은 각각 72 ㎍/㎖ 및 5 ㎍/㎖이었다. 샘플 A 및 B에 대하여 NSF STD61에 따라 인공 음료수에서 금속 방출 시험을 행한다. 최초 15일간의 방출 시험에서 기록된 납 방출 평균값으로부터, 샘플 A에 의해 방출된 납의 양은 샘플 B에 의해 방출된 납의 양의 20%와 동일함을 알 수 있다. 다른 황동제 수압장치 부품에 대하여 상술한 절차에 따라 행해진 추가의 시험에 의해 표 3 및 도 8에 기록된 바와 같이 비교할 만한 결과를 얻는다.
표 3
시험 15일째쯤에 평균한 NSF STD61에 따른 납 방출량[㎍/Ivℓ]
실시예 5 (배관 부품)
통상 시판되고 상수도 시스템의 디스트리뷰터로서 사용되는 시판용으로서, 크롬이 플레이팅된 황동제 포싯(faucet)으로 된 2개의 샘플 A 및 B를 세정하여 탈지한다. 상기 샘플은 항상 물과 접촉하는 금속 표면에 의해서만 제한된 체적에 의해 규정되는 초기 체적 (Iv), 80㎖을 나타낸다. 샘플 A에 대해서만 사전에 1. 용액 "a" 에 침지 : 0.1 M 술팜산, 0.1M 플루오르화붕산 및 부식 방지제로서의 1H-벤조트리아졸 0.5 중량%, 40℃에서 20분간; 2. 수세; 3. 용액 "b" : 0.1 M NaOH, 0.1M메타규산나트륨 및 부식 방지제로서의 메타아인산나트륨 5 중량%, 20℃에서 10분간; 4. 수세 및 열풍 건조에 의해 납 선택적 용해를 수행한다.
상기 내부 체적(Iv) 1 ㎖ 당 용액 "a" 및 "b" 로부터 회수된 납 및 구리의 총량은 각각 55 ㎍/㎖ 및 11 ㎍/㎖이었다. 포싯 A 및 B를 상수도 시스템(도시 상수도 시스템)에 삽입하여, 16시간 이상 정체한 후에 아침에 각 탭으로부터 매일 샘플링(100㎖)을 행한다. 이들 샘플의 납 농도값을 최초 15일간의 작업시에 기록한다. 이 결과로부터, 포싯 A로부터 취한 샘플의 납 평균 방출량은 포싯 B로부터 취한 샘플에 기록된 평균량의 26%와 동일하다는 것을 알 수 있다. 15일간의 방출 시험을 완료한 후에, 물 100㎖ 샘플을 8, 16 및 72 시간 정체 및 10분간의 유동 기간(이들 최종값을 "영점 시점" 으로서 취하여 "블랭크" 로서 감산한다) 후에, 포싯 A 및 B로부터 드로잉한다. 모든 샘플의 납 농도를 원자 흡광 측정에 의해 측정하여, 그 결과를 도 9에 도시한다. 도 9로부터, 본 발명에 따라 전처리된 포싯 A는 전처리되지 않은 시판용 포싯보다 상당히 우수한 성능을 나타내는 것을 알 수 있다.
실시예 6 (구리 합금)
통상 시판되는 압출되어 직경 50㎜로 드로잉된 "청동 85-5-5-5" (납 5 중량%, 아연 5 중량%, 주석 5 중량% 및 구리 85 중량%의 공칭 조성비로 된 구리계 합금)의 동일 바로부터 A 및 B로 분류된 2개의 샘플을 얻는다. 두 샘플을 동일한 작업 조건하에서 레이드 터닝 작업과 함께 드릴하고 기계 가공하여, 내경이 36㎜이고 외경이 50㎜인 높이 100㎜의 실린더를 얻는다. 두 샘플을 탈지하고 수돗물로 세정한다. 본 발명에 따라 샘플 A에 대하여 1. 용액 "a" 에 침지 : 0.1 M 술팜산 및 0.1M 플루오르화붕산, 40℃에서 25 분간; 2. 수세; 3. 용액 "b" : 0.1 M NaOH, 0.1M 메타규산나트륨 및 메타아인산나트륨 5 중량%, 20℃에서 10분간; 4. 수세 및 열풍 건조에 의해 납 선택적 용해를 수행한다.
처리 표면 1 d㎡ 당 용액 "a" 및 "b" 로부터 회수된 납 및 구리의 총량은 각각 285㎎ 및 1.8㎎이었다. X선 광전자 분광법(XPS) 표면 분석 기술을 이용하여 샘플 A 및 B의 내부면을 분석한 결과, 표 4에 주어진 표면 원자 조성을 나타낸다.
표 4
실시예 7 (배관 부품)
통상 시판되고 상수도 시스템의 디스트리뷰터로서 사용되는 시판용으로서, 크롬이 플레이팅된 황동제 포싯으로 된 2개의 샘플 A 및 B를 세정하여 탈지한다. 상기 샘플은 항상 물과 접촉하는 금속 표면에 의해서만 제한된 체적에 의해 규정되는 초기 체적 (Iv), 200㎖을 나타낸다. 샘플 A에 대해서만 사전에 1. 용액 "a" 에 침지 : 0.1 M 술팜산, 40℃에서 25분간; 2. 수세; 3. 용액 "b" : 0.1 M NaOH, 0.1M 메타아인산나트륨(부식 방지제) 5 중량% 및 폴리에톡시알콜(표면 습윤제) 0.5 중량%, 20℃에서 10분간; 4. 수세 및 열풍 건조에 의해 납 선택적 용해를 수행한다.
상기 내부 체적(Iv) 1 ㎖ 당 용액 "a" 및 "b" 로부터 회수된 납 및 구리의 총량은 각각 440 ㎍/㎖ 및 33 ㎍/㎖이었다. 포싯 A 및 B를 NSF STD61에 따라 4주간 인공 수돗물에서 금속 방출 시험을 행한다. 최초 15일 동안에 기록된 납 방출 평균값으로부터, 전처리된 포싯 A의 납 방출량은 포싯 B에 대해 관찰된 납 방출량의 35%인 것을 알 수 있다. 시험 15일째쯤에서, 포싯 A의 납 방출량은 약 21㎍/Iv체적 ℓ인 반면에, 포싯 B의 납 방출량은 약 80㎍/Iv체적 ℓ이다. 도 10은 포싯 A 및 B에 대한 4 주간의 납 방출시험에서 얻은 결과를 나타낸다.
Claims (25)
- (ⅰ) 합금 구성원소(element)로 납을 함유하며 납의 일부분이 납 또는 납염의 형태로 수분배 부품(water distribution component)의 표면에 복수개의 비균일한 농도로 편석된 구리계 합금(copper-based alloy)을 포함하는 수분배 부품을 제공하는 단계,(ⅱ) 표면으로부터 거의 모든 납(Pb) 및 납염(Pb salt)을 제거하기 위해 부품의 표면을 선택적으로 에칭하는 단계로서, 상기 에칭 단계로서 상기 표면을 a)가용성 납염을 형성할 수 있는 산을 포함하는 비산화성 산성 수용액 및 b)과산화물과 혼합된 유기산을 포함하는 산화성 산성 수용액으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 산성수용액으로 처리하는 단계 및(ⅲ) 상기 에칭된 표면을 페시베이션 처리함으로써 페시베이션된 표면이 물과의 접촉시 부품(component)에 남아 있는 납 또는 납염이 방출되는 것을 막도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수 분배(water distribution)에 사용하기 위한 금속 처리방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 에칭 단계에서 상기 표면을 비산화성 산성 수용액으로 처리하고, 상기 가용성 납(Pb)염을 형성할 수 있는 산(acid)은 술팜산(sulfamic acid), 플루오르화 붕산(fluoboric acid), 메탄술폰산(methanesulfonic acid), 플루오르화 규산(fluosilicic acid), 아세트산(acetic acid) 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 금속 처리방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 비산화성 산성 수용액은 물농도가 0.1 - 5M인 것을 특징으로 하는 금속 처리방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 산성 수용액의 pH는 1∼3인 것을 특징으로 하는 금속 처리방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 산성 수용액의 온도는 20∼50℃인 것을 특징으로 하는 금속 처리방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 에칭단계는 상기 부품(component)을 상기 산성 수용액에 5∼50 분간 침지시키는 것을 필수로 하는 공정에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 금속 처리방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 표면을 상기 에칭 단계에서 상기 산화성 산성 수용액으로 처리하며 상기 유기산은 시트로 산(citric acid)이고 상기 과산화물은 과산화수소(hydrogen peroxide)인 것을 특징으로 하는 금속 처리방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 페시베이션 단계는 상기 에칭 단계에 이어지는 단계로서 상기 에칭된 표면을 염기성 수용액에 노출시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 금속 처리방법.
- 제 8 항에 있어서, 상기 염기성 수용액은 NaOH, 규산나트륨 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 강염기를 함유하고 상기 페시베이션 단계는 pH 10-13의 염기성 수용액으로 수행하는 것을 특징으로 하는 금속 처리방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 에칭 단계 및 상기 패시베이션 단계 사이에 에칭된 표면을 세정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 처리방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 에칭단계 이전에 상기 부품(component)을 탈지(degreasing) 및 세정(rinsing)하는 단계를 수행하고,상기 에칭 단계에서 상기 부품을 최초의 0.1M 술팜산(sulfamic acid)용액에 35-45℃의 온도에서 25분을 초과하지 않는 시간동안 침지시키고,상기 에칭단계 후에 상기 부품을 세정하는 단계를 수행하고,상기 페시베이션 단계에서 상기 부품을 0.1M 수산화 나트륨(sodium hydroxide)의 두 번째 용액에 20-25℃의 온도에서 15분을 초과하지 않는 시간동안 침지시키고,이어서, 상기 페시베이션 단계 후에 상기 부품을 세정하는 단계를 더욱 수행하는 것을 특징으로 하는 금속 처리방법.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산성 수용액은 0.1M 술팜산(sulfamic acid) 및 0.1M 플루오르화 붕산(fluoboric acid)의 1:1 비율의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 처리방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 각각의 세정단계는 상기 부품을 수돗물에 침지하여 행하는 것을 특징으로 하는 금속 처리 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 세정 단계는 상기 부품(component)을 수돗물(tab water)에 침지하여 행하는 것을 특징으로 하는 금속 처리방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 처리용액의 작용하에 노출되는 동안에 용액을 초음파 교반시켜서 상기 부품 표면을 히트(hit)시키는 것을 특징으로 하는 금속 처리방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 산성 수용액은 0.1M 술팜산(sulfamic acid), 0.1M 플루오르화 붕산(fluoboric acid) 및 0.1-0.5중량%의 1H-벤조트리아졸(1H-benzotriazole)로 이루어진 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 처리방법.
- 제 8 항에 있어서, 상기 염기성 수용액은 0.1 M NaOH 및 메타아인산나트륨(sodium metaphosphite) 1 - 5 중량%을 함유하는 것을 특징으로 하는 금속 처리방법.
- 제 17 항에 있어서, 상기 처리 수용액은 메타규산나트륨을 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 금속 처리방법.
- 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 상기 처리 수용액은 표면 습윤제, 바람직하게는 폴리에톡시알콜을 더욱 함유하는 것을 특징으로 하는 금속 처리방법.
- (ⅰ) 합금 구성원소(element)로 납을 함유하는 구리계 합금을 포함하며 부품(component)은 그 표면이 납으로 농축(enriched)된, 즉 합금으로부터 편석(segregate)된 납의 비균일한 분포를 가지며 상기 합금 및 상기 편석된 납을 포함하는 수 분배 부품(water distribution component)을 제공하는 단계(ⅱ) 상기 부품의 표면을 산성 수용액에 충분한 시간동안 침지하여 상기 산성 수용액이 표면을 에칭하여 합금에 영향을 주지 않으면서 거의 모든 편석된 납을 선택적으로 제거하도록 상기 산성 수용액의 물 농도, pH 및 온도 및 산을 선택한 것으로서, a) 가용성 납염을 형성할 수 있는 산을 포함하는 비산화성 산성 수용액 및 b)과산화물과 혼합된 유기산을 포함하는 산화성 산성 수용액으로 구성되는 그룹중에서 선택되는 산을 함유하는 산성 수용액을 제공하는 단계,(ⅲ) 합금이 침지에 의해 영향을 받지 않도록 하면서 침지에 의해 거의 모든 편석된 납을 선택적으로 제거하기에 충분한 시간동안 상기 표면을 상기 산성 수용액에 침지하는 단계 및(ⅳ) 에칭된 표면을 염기를 포함하는 염기성 수용액으로 처리함으로써 에칭된 표면을 페시베이션하는 단계로서, 상기 염기성 수용액은 염기 및 그 몰농도를 선택하여 상기 처리로 에칭된 표면위에 불용성 화학층을 형성하여 부식에 견디며 부품으로부터의 납 방출을 막을 수 있도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수 분배(water distribution) 사용을 위한 금속 처리방법.
- 제 20 항에 있어서, 상기 합금은 구리, 아연 및 납을 포함하고, 상기 산성 수용액은 비산화성 산성 수용액이고, 0.01-5M의 몰농도, 1-3의 pH 및 20 - 50℃의 온도를 가지며, 상기 산(acid)은 술팜산(sulfamic acid), 플루오르화 붕산(fluoboric acid), 메탄술폰산(methanesulfonic acid), 플루오르화 규산(fluosilicic acid), 아세트산(acetic acid) 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되고, 상기 염기성 수용액은 NaOH, 규산나트륨(sodium silicate) 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹중에서 선택되는 강염기를 포함하고, 상기 페시베이션 단계는 pH 10-13의 염기성 수용액으로 수행되는 것을 특징으로 하는 금속 처리방법.
- 제 21 항에 있어서, 상기 합금은 구리, 아염 및 납을 포함하며, 상기 산성수용액은 산화성 산성 수용액이고, 상기 유기산은 시트로 산(citric acid)이고, 상기 과산화물은 과산화수소(hydrogen peroxide)이고, 상기 염기성 수용액은 NaOH, 규산나트륨(sodium silicate) 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 강염기를 포함하고, 상기 페시베이션 단계는 pH 10-13의 염기성 수용액으로 수행하는 것을 특징으로 하는 금속 처리방법.
- 제조단계시에 기계 가공, 몰딩 또는 다이 캐스팅에 의해 수행되는 가공 작업에 적합하고, 특히 황동 합금으로 제조되고 음료수 분배 시스템용으로 사용되는 배관 부품으로서, 상기 부품은 사용시에 환경으로 방출되는 유체에 노출되는 상기 합금에 의해 한정되는 각각의 표면을 가지는 것으로서 상기 구리계 합금은 합금 원소로서 소정량의 납을 함유하고, 상기 유체에 노출되고 상기 합금에 의해 한정되는 부품 표면은 상기 납이 제거되고 페시베이션되어 납 및 납염을 함유하지 않고, 제 1항 내지 제6항 및 제7항 내지 제22항 중 선택되는 어느 한 항 기재의 방법에 의하여 처리된 것을 특징으로 하는 구리계 합금제 기계 부품.
- 제 23 항에 있어서, 상기 부품은 음료수를 수집하도록 설계된 것으로서, 방출시험 NSF STD61에 따라, 시험 기간 동안에 상기 음료수와 접촉되게 노출되고, 합성 음료수에 노출된지 15일후에 금속 표면에 의해서만 한정되는 부품의 내부 체적(Iv) 각 ℓ(㎖)당 Pb 양이 2.5×10-8㎏(0.025㎍)이하를 방출할 수 있는 것을 특징으로 하는 구리계 합금제 기계 부품.
- 제 23 항에 있어서, 상기 합금에 의해 한정되고 사용시에 음료수에 노출되도록 설계된 상기 부품의 각 표면은 Pb의 표면 함량이 공칭(nominal) 합금 조성에 의한 Pb의 함량보다 낮거나 동일하도록 XPS 표면분석에 따른 원자 표면 조성을 나타내는 것을 특징으로 하는 구리계 합금제 기계 부품.
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