銅ストリップ表面洗浄技術および設備
銅および銅合金ストリップの製造過程では、焼鈍および圧延後に表面にさまざまな有機および無機汚染物質が付着します。取り扱いが不適切であったり、高温雰囲気下にあると、銅ストリップの表面が酸化し、残留する圧延油もまたストリップ表面を汚染します。中間製品の保管方法が不適切な場合にも、表面の変色を引き起こすことがあります。現代産業における銅ストリップ製品の用途が広がるにつれて、その表面品質に対する要求はますます高まっています。高品質な銅ストリップを得るためには、表面洗浄を徹底することが非常に重要です。そのため、銅ストリップの表面洗浄技術および設備は一般的に重視されています。 1 銅ストリップ表面洗浄技術 1.1 除油 脱脂の目的は、銅ストリップの表面にある有機汚染物質、特に残留する圧延油およびそれに混入した機械油を除去することです。脱脂は主に、酸洗および表面研磨前の処理として行われます。脱脂が不十分な場合、銅ストリップ表面の酸化物は酸によって完全に除去できません。脱脂方法には、溶剤脱脂、アルカリ脱脂、電解脱脂、超音波脱脂などがあります。 1.1.1 溶剤除油 脱脂溶剤には、石油系、塩素系、フッ素系、界面活性剤があります。石油系は火災を引き起こしやすく、塩素系は発がん性があり、フッ素系はオゾン層を破壊するため、ほとんど使用されていません。最近では、より多くの界面活性剤が開発されています。界面活性剤は親油性基を分子内に取り込み、油分を水中で乳化させることで脱脂を実現します。 1.1.2 アルカリ除油 動物性および植物性の油脂は、アルカリで分解され、加水分解されて高級脂肪酸ナトリウム（石鹸）とグリセリンが生成されます。このけん化反応により脱脂が行われ、生成された石鹸は陰イオン界面活性剤として働き、脱脂を助ける役割を果たします。しかし、ローリングオイルは鉱物油であり、主に石油系の脂肪族炭化水素から構成されており、けん化反応を受けません。したがって、アルカリ性脱脂には界面活性剤を添加する必要があります。 1.1.3 電解除油 電解脱脂は非常に効果的な方法です。通常、アルカリ性の脱脂液中で通電します。水が電気分解され、陰極電解（銅テープを陰極として使用）では水素が発生し、陽極電解では酸素が発生します。発生した気泡によって表面の汚れを剥がすことができます。陰極電解で生成される水素は酸素の2倍であり、水素の還元作用も表面を活性化します。そのため、銅ストリップの電解脱脂には陰極電解法が採用されますが、脱脂液中の金属不純物の析出や過度な脱脂の発生に注意する必要があります。シアン化物の添加は金属不純物の析出を防ぐのに役立ちますが、環境汚染の問題があるため、厳密に管理して使用しなければなりません。一方、陽極電解では酸素の酸化作用により、陰極電解では除去できない銅ストリップ表面の保存剤を除去できますが、過度な脱脂が起こりやすいという欠点があります。 I. 1.4 超音波除油 超音波脱脂洗浄機は、超音波信号発生器と脱脂洗浄槽で構成されています。超音波信号発生器は高周波の振動信号（正弦波）を生成し、変換器を通じて毎秒数万回の高周波の機械的振動を発生させ、脱脂液中に超音波を形成します。この超音波は高周波で正圧と負圧を交互に繰り返し、密な媒質中を前方へ放射伝播（直接放射、反射、屈折の機能を有する）することで、脱脂液内に無数の微小な気泡を絶えず生成し、さらにそれらが連続的に破裂します。この現象を「キャビテーション効果」と呼びます。気泡が破裂する際に瞬間的に1,000気圧を超える高圧が形成され、一連の爆発を引き起こして莫大なエネルギーを放出し、銅ストリップ表面に大きな衝撃を与え、油分を迅速に剥離させて脱脂・洗浄の目的を達成します。超音波溶剤による脱脂洗浄では、銅ストリップ表面がわずかに酸化している場合でも、酸洗工程は不要です。洗浄剤に不動態化剤を添加することで、洗浄と同時に不動態化処理も行えるため、脱脂洗浄の工程および設備を大幅に簡略化できます。 1.2 珪酸処理 機械的な表面洗浄と比較して、銅ストリップの表面を化学的に洗浄する方法には、酸洗いと浸漬の2種類があります。表面の厚い酸化膜を取り除き、銅ストリップを長時間酸溶液に浸す方法を酸洗いと呼び、酸化膜を取り除き、短時間酸溶液に浸す方法を浸漬と呼びます。従来、これら2つの方法は総称して酸洗いと呼ばれていました。銅ストリップの酸洗い液としては通常硫酸溶液が用いられ、その濃度は銅ストリップ表面の酸化程度によって異なります。現代の銅ストリップ製造では表面の酸化が比較的軽微であり、ほとんどの酸洗いには5%～15%の濃度の硫酸溶液が使用されています。温度は室温で、一部は60℃まで加熱されます。貫通式酸洗いの場合は、処理時間が10～60秒となります。具体的な酸洗い工程パラメータは、銅ストリップの種類や表面状態に応じて調整する必要があります。真鍮の酸洗い液の濃度は比較的低く、青銅や赤銅では比較的高くなります。銅ニッケル合金の酸洗い効果を強化するために、硝酸や過酸化水素などの酸化剤を硫酸溶液に混合することがあります。ただし、硝酸はNO₂の発生があるため、過剰に使用すべきではありません。塩酸は塩化物系の腐食性媒体を生成し、銅ストリップの変色を促進し、設備を腐食させるため、使用は避けるべきです。一般的に、酸洗いと研磨を組み合わせることで良好な結果が得られます。 1.3 研磨および洗浄 研磨方法には、研磨、ローラー刷毛処理、ローラー研磨などがあり、機械的な表面を清掃するために用いられます。布、リネン、樹脂などで作られた研磨ホイールに炭化ケイ素やアルミナなどの研磨剤を添加するか、またはアルミナをコーティングしたナイロン（ポリアミド）製ワイヤーブラシを使用します。銅ストリップの表面を清掃するための機械的刷毛処理です。銅ストリップの表面研磨・研削の品質を向上させるために、脱脂洗浄、酸洗、研磨、研削が通常、生産ラインとして組み合わされています。研磨および研削を行う際には、銅ベルトの種類、ベルトの厚さ、表面状態に応じて、異なる研磨・研削用ブラシローラーやナイロン（ポリアミド）製フィラメントの線径、粒子サイズ、あるいはブラシローラーのメッシュ数や硬度を選定する必要があります。アルミナをコーティングした研磨用ワイヤーブラシの場合、一般的には線径0.25～0.3 mm、粒度500～600メッシュの研磨ブラシが使用されます。不織布製の研磨ブラシローラーでは、粒度は1500～2000メッシュ、硬度は40（軟質）または60（中程度）とします。銅ストリップの表面に対する要求が高い製品については、さらに粒度25万～3000メッシュの研磨ブラシローラーを使用することもあります。メッシュ数が大きいほど、ブラシの使用寿命は短くなります。使用時には、銅ストリップの表面状態に応じて、研磨ブラシと銅ストリップ表面との接触圧力、または研削ブラシローラーの研削量、適切なブラシローラーの回転速度を調整します。粗延し後焼鈍処理された錫リン青銅ストリップについては、鋳造や圧延によって生じた表面欠陥を除去し、ストリップの表面品質を向上させるため、より低いメッシュ数（220メッシュ）の弾性研削ホイールがしばしば用いられます。厚いストリップに対しては簡易な表面研磨を行います。 万方データ No. 2 龔守鵬：銅ストリップ表面清掃技術および設備 […]
