JP2007515557A - 改良された金属細片電気メッキ - Google Patents

Abstract

金属細片を高速で電気スズメッキするための、該細片に面したスズ陽極を電気メッキ溶液中に陽極溶解させ、該陽極溶解したスズを、陰極として作用する細片の少なくとも一部の上に堆積させることにより、該細片をメッキする方法であって、スズを、陽極バスケット中に保持されたペレットの形態で、電気メッキ溶液に供給する、方法。

Description

発明の分野

本発明は、金属細片を高速で電気スズメッキするための、該細片に面したスズ陽極を電気メッキ溶液中に陽極溶解させることにより、該細片をメッキする方法に関する。

そのような方法はこの分野で公知であり、例えばハンドブック「The Making, Shaping and Treating of Steel」, 10th ed., pp. 1146-1153、に詳細に説明されており、そこでは、FERROSTANと呼ばれる典型的な商業的スズメッキ製法が記載されており、その説明をここに参考として含める。

該ハンドブックの図３６−５からも分かるように、該公知の方法では、陽極棒を交換し、陽極棒の位置を定期的に調節するようになっているが、これは、陽極棒の重量が典型的には５０ｋｇであるために労力がかかり、蒸気、強酸および高電流のために潜在的な危険性があり、細片幅全体にわたる一様なスズ被覆厚を損なう。

陽極棒が規定された最小厚さまで消費された時、これらの棒をメッキ区域から取り外し、再融解工程に送り、新しい陽極を鋳造する。

安定した、一様なメッキを行うには、陽極の最適な配置が重要なので、陽極位置を定期的に調節しなければならない。

発明の具体的説明

電解スズメッキ製法に使用するメッキ装置の部品上、および上または近くにおける、比較的不健康で、苛酷な、不快な作業を最小に抑えることが目的である。

さらに、適切に制御できる、高度に安定した電気メッキ製法を提供し、陽極部品の供給、調節（不備）および取り外しによって引き起こされる混乱を最小に抑えることも目的である。

これらの、および他の目的の少なくとも幾つか、および他の利点は、請求項１以降に特許権請求する本発明の態様により達成される。

ここで使用する用語「細片に面する」は、陽極スズの少なくとも一部が、細片の少なくとも一部から「見える」ことを意味する。

本発明の方法により、細片進路および／または細片幅が変化する時に、スズ縁部を最小に抑えるために、陽極位置を調節しなければならない問題を回避することができる。調節は、例えば陽極の一部を調整しながら覆い隠すことにより、適宜、行うことができる。これに関して、覆い隠すとは、陽極を光源として見た場合に、「物体の影における」メッキを妨げるために、陽極と陰極との間に物体を配置することを意味する。

陽極物質、すなわちスズ、をペレット形態で与え、バスケットに供給するので、上記のスズ棒は使用せず、従って、最早、棒を調節する必要は無い。重い陽極棒を供給する必要が無くなる。代わりに、陽極物質は、容易に取り扱いできる陽極ペレットの形態で供給する。本発明では、ペレットが完全に消費されるので、使用済みの陽極材料を取り外すことも無い。

本願の目的には、用語ペレットは、球形、卵形、豆炭形、顆粒、等を意味するものとする。

好ましい実施態様では、陽極の一部は、特許権請求する２により、覆い隠される。好ましくは、覆い隠す手段は、特許権請求する３の特徴を有する。驚くべきことに、例えば調節可能なシャッターまたはブラインドとして作用する機械的装置を使用し、陽極の縁部を単純に隠すことにより、細片の縁部においても、スズメッキを容易に、最適に制御できることが分かった。

一実施態様では、ペレットは、電気抵抗が低く、ペレットと良好な電気的接触を達成し、電解質中で電気化学的に不活性である材料から製造された集電装置を介して電気的に接続される。集電装置に好適な材料としては、ＴｉおよびＺｒがある。

一態様では、自動化された供給機構を用意し、スズペレットを陽極バスケットに加える。

ここで、比較例として従来方法の態様および本発明の態様を記載する例により、本発明を説明する。
比較例−犠牲陽極機構

典型的な可溶性陽極機構を図１に示す。図１で、スズは、陽極隙間２および陽極切欠き３を有するスズ陽極１により供給される。一連のスズ陽極１が、陽極ブリッジ４により、上部でその陽極切欠き３の近くで、および底部で陽極ボックス５中に支持されている。隔離板６が、１基のメッキ漕中の二つのスズメッキ区域を分離している。メッキ漕の底部近くで、細片はシンクロール８により案内される。ホールド−ダウンロール９も示す。陽極ブリッジ４は、新しいスズ陽極１のための絶縁されたパーキングスペース１０を含んでなる。スズ陽極１は、接触細片１４を介して陽極ブリッジ４に接続されている。

可溶性陽極機構を操作する際、３種類の異なった手順を区別することができる。

手順１−陽極の間隔調節
スズメッキの際、陽極は適切に配置し、細片幅にわたって一様な被覆厚を得なければならない。図２で、陽極が適切に配置されなかった状況における、細片幅にわたるスズ被覆厚値の例を示す。

上記の状況を防止するために、陽極は、陽極ブリッジの上面図を示す図３から分かるように配置しなければならない。

細片１１の幅、スズ被覆厚および線速度に応じて、最適な陽極位置は、パラメータＡ−Ｇにより与えられる。具体的な一例では、最適パラメータは、線速度４００ｍ／分、線幅７３２ｍｍ、および細片のそれぞれの側におけるスズ被覆厚２．８ｇｍ^−２である。
−Ａ＝９５ｍｍ（陽極ブリッジの高さで）および８５ｍｍ（陽極ボックスの高さで）
−Ｂ＝６０ｍｍ（陽極ブリッジの高さで）および５０ｍｍ（陽極ボックスの高さで）
−Ｃ＝１３ｍｍ
−Ｄ＝１４ｍｍ（等間隔に配置された陽極）
−Ｅ＝７６ｍｍ（固定陽極幅）、合計８陽極
−Ｆ＝５０ｍｍ
−Ｇ＝１５ｍｍ

これらの設定を使用し、細片幅にわたる一様なスズ被覆厚を実現できる。パラメータＣは、この位置によって、「ドッグボーン」効果とも呼ばれる、良く知られている現象「スズ縁部」が起こるので、特に重要である。

さらに、陽極および細片中の抵抗損を補償するために、陽極は、底部では細片に近くするが、こうしない場合、細片の高さ全体にわたる電流密度に好ましくない差が生じることがある。従って、パラメータＡおよびＢは、陽極底部で、上部よりも小さい。

可溶性陽極機構では、陽極の間隔調節は、使用済み陽極を交換した後（手順２参照）、細片幅を変えた後、および示差被覆に変えた後（手順３参照）に、定期的に繰り返す操作である。陽極は、陽極隙間に絶縁されたフックを配置することにより、手作業で間隔調節する。

陽極間隔調節に関連して、可溶性陽極機構の少なくとも３種類の重要な欠点が認められる。第一の欠点は、細片幅にわたるスズ被覆厚に、例えば縁部の形態における、変動が起こることであり、外側陽極の配置が細片縁部に近過ぎる（パラメータＣ）か、または陽極が等間隔にない（パラメータＤ）か、もしくは不適切な陽極配置によって細片の長さ全体にわたって不均一に消費されることがある。第二の欠点は、調節作業に大きな労力がかかることであり、第三の欠点は、電解質、蒸気にさらされ、帯電した設置部品が存在するために、調節作業が危険なことである。

手順２−使用済み陽極の交換
消耗した陽極の厚さは、厚さゲージで定期的に検査する。上記の最適陽極配置における陽極厚さ（手順１参照）が１５ｍｍ未満になった時、陽極を陽極ブリッジから取り外し、最も近い絶縁されたパーキングスペースに配置する。陽極が陽極ブリッジに沿ってどのように「移動」するかを矢印が示す図４参照。反対側で新しい陽極を絶縁されたパーキングスペースに配置し、陽極ブリッジに送る。それぞれ交換の後、陽極は、再配置する必要がある（手順１参照）。図４で、新しいスズ陽極をＮで示し、消耗した陽極をＷで示す。

スズメッキ中に陽極が溶解する結果、陽極と細片との間隔が変化する。このために、細片幅全体にわたる被覆厚さ分布が不均質になる。実際には、陽極ブリッジおよび細片をある小さな角度で配置することにより、これを補償する（手順１，パラメータＡおよびＢ参照）。

可溶性陽極機構の、陽極交換による欠点は、主として陽極間隔調節に関連する（手順１参照）。別の欠点は、陽極が、陽極交換の際に最適陽極配置に従って一定に配置されないことである。このために、細片幅全体にわたるスズ被覆厚の変動が引き起こされる。

手順３−別の細片幅または示差被覆への変化
細片幅を変えた後、図３におけるパラメータＣは、最早最適な値ではない。さらに、示差被覆に、すなわち細片の片側における被覆重量がより低くなるように変えた後、その低被覆重量側で縁部蓄積がよりひどくなる。実際にには、両方の状況は、陽極ブリッジ上の陽極を取り除く（または追加する）、および／または再配置することにより、補償する。

これに関して、別の細片幅に、または示差被覆にを変えた後の陽極取り外しまたは追加を示す図５を参照する。

上記の最適陽極配置（手順１参照）で細片幅を例えば７３２ｍｍから５８０ｍｍに変える場合、２個の陽極を陽極ブリッジから取り外す必要がある（図５参照）。これらの陽極を取り外した後、残りの陽極を再配置しなければならない（手順１参照）。

上記の最適陽極配置（手順１参照）で２．８／５．６ｇｍ^−２の示差被覆を適用する場合、細片の高被覆重量側に面した陽極ブリッジに１個の陽極を加える必要がある。加えた後、これらの陽極をを再配置しなければならない（手順１参照）。被覆重量により極端な差がある場合、最も外側にある陽極も、細片縁部に対してより内側（図３のパラメータＣ）に移動させる必要がある。

先行技術の欠点および本発明の利点

可溶性陽極機構の、別の細片幅に、または示差被覆に変更することによる欠点は、主として陽極間隔調節（手順１参照）に関連する。別の欠点は、陽極を取り外すか、または追加する際に、陽極が最適陽極配置（手順１参照）に従って配置されないことである。これによって、細片幅全体にわたるスズ被覆厚に変動が引き起こされる。

比較例に記載する可溶性陽極（ＳＡ）の欠点を解決するために、寸法安定性陽極（ＤＳＡ）が使用されることがある。この機構は、労力があまりかからず、細片幅全体にわたるスズ被覆厚の変動が小さくなる。ＤＳＡの主な欠点は、電解質にスズを補給するための外部の溶解反応器が必要になることである。

ここで本発明により、ＳＡおよびＤＳＡ機構の利点を一つの機構に組合せるが、この機構は、高速細片電気スズメッキにとって全く新規であり、この新規な機構を以下、ＤＳＳＡ（寸法安定性可溶性陽極）機構と呼ぶ。

本発明の方法により、労力があまりかからず、危険性が低く、低コストであるが、より均質な被覆を施すことができる。スズの在庫をより少なくすることができ、ＤＳＡ機構と比較して別の溶解反応器を必要としない。陽極の取扱に要する人員も少なくなる。本発明により、陽極バスケット中に保持されるペレットの形態にある陽極スズとして使用することにより、漕の電圧を下げることができる。これは、恐らく、陽極表面の増加によるものであろう。これによって、問題とする電気スズメッキ製造ラインの生産速度を高くし、収率をより高くする道が開けることは明らかである。

ここで本発明を、本発明の例を説明することにより、より詳細に説明する。

本発明の例では、メッキ設備部分および処理液およびパラメータは、他に指示がない限り、従来通りである。

本発明の一態様により、図１および６に関して、個別のスズ棒の代わりに陽極バスケット１２を陽極棒４に、接触細片１４を介して取り付けた。この例による実験では銅製である接触細片１４は、陽極バスケット１２と接触する表面上を貴金属、例えばＡｕまたはＰｔ、で被覆することができる。本発明の実施態様では、接触細片１４はＰｔで被覆したが、これは効果的に作用した。

図６における陽極バスケット１２をスズペレット（直径２〜２０ｍｍ、好ましくは５〜９ｍｍ）で満たした。陽極物質を補給するために、スズペレットは定期的に供給するが、これはメッキラインが十分に操業している間に行うことができる。この例による実験ではチタン製の陽極バスケット１２は、陽極と細片における抵抗損を補償するために、陽極が底部で細片に近くなるように設計および配置するが、そうしないと、好ましくない電流密度の差を細片の高さにわたって引き起こすことがある。この例による製造の一部では、陽極バスケットを陽極バッグで覆い、細かいスズ粉が電解質に入るのを阻止した。通常の運転条件下では、陽極バッグは、年に１〜２回交換する必要がある。他方、この例による製造の別の部分では、陽極バッグを使用しなかったが、これによって細かいスズ粉が電解質に入る問題は起きなかった。

ＤＳＳＡ機構に縁部マスク１３、図７参照、を備えることにより、スズの蓄積（ドッグボーン効果）を下げることができる。これらの縁部マスクの構造およびそれらを移動させる機構は、メッキラインから安全な距離から操作でき、労力のかかる、場合により危険な仕事を排除するように設計される。

細片幅が１０２０ｍｍであり、陽極幅がやはり１０２０ｍｍで細片に正確に重なる陰極／陽極の幾何学的構造では、続いて細片幅を１０２０から９４０ｍｍに変える場合、ｉ_ａｖｇとして定義され、ｉが局部電流密度を表し、ｉ_ａｖｇが平均電流密度を表す、正規化電流密度、従って、図８の上側曲線で示すように、細片縁部における蓄積量が許容できないレベルに達する。

図８で、水平軸は、細片の縁部からｍｍで表す距離であるＤＥＳ示し、下側曲線は、細片および陽極の幅１０２０ｍｍに対するｉ／ｉ_ａｖｇとＤＥＳとの関係を示し、上側曲線は、、細片幅を９４０に変更した後、陽極は細片幅１０２０ｍｍに合わせたままである場合の、細片および陽極の幅１０２０ｍｍに対するｉ／ｉ_ａｖｇを示す。

この、幅が小さい細片の縁部におけるスズ蓄積の問題を解決するために、マスクとしてシャッターを陽極バスケットの前に配置する。図９に、この状況を図式的に示す。図９で、垂直軸（Ｙ軸）は、細片の表面に対して直角に、細片の中央を通る平面を表す。Ｙ＝０は、細片面の断面を表し、Ｙ＝５０は、陽極面の断面を表し、Ｙ軸上の値は、ＤＡＣとして略記する、陰極からの距離を表す。水平軸（Ｘ軸）は、細片中央からの距離ＤＣＳを表す。Ｘ＝（４５０、７００）およびＹ＝（１０、１５）における灰色区域は、Ｍで示すシャッターの断面を表す。

図９で、シャッターの配置をＸ＝４７０ｍｍ（幅が９４０ｍｍである細片と０ｍｍ重なる状態に対応する）から４４０、４２５および４１０ｍｍ（それぞれ細片と３０、４５および６０ｍｍ重なる状態に対応する）に変化させると、図１０に示すように、細片縁部における電流密度が下がる。図１０で、上側の曲線は、０ｍｍの重なりに対応し、その下にある曲線は３０ｍｍに、その下にある曲線は４５ｍｍに、下側の曲線は、６０ｍｍの重なりに対応する。

実際、最適なスズ層厚分布は、マスクと陽極が約４５ｍｍ重なった時に見られる。

本発明の、容易に制御でき、労力がかからず、危険性を排除し、廃液（再生）流を少なくすることができる方法を提供することにより、既存の電気スズメッキラインの特徴および性能を大きく改良することができ、大きな前進となることは、明らかである。

従来のスズメッキ漕の断面図およびそのような漕で使用する様々な部品を示す。 従来のスズメッキラインにおける、細片幅の様々な位置における被覆厚を表示する、工程管理装置のスクリーン写真の例を示す。 従来のスズメッキ漕の一部を形成する陽極ブリッジの上面図を示す。 従来のスズメッキ製法における、陽極ブリッジに沿った陽極棒の移動を図式的に示す。 従来のスズメッキ製法における、陽極棒の取り外しまたは追加を図式的に示す。 本発明の方法で使用する陽極バスケットの配置および外観を図式的に示す。 本発明の方法で使用する陽極バスケットを、より詳細に、図式的に示す。 ｉ／ｉ_ａｖｇとＤＥＳの関係を一般的に示すグラフである。 本発明の方法で使用する陽極バスケットの前にマスクとして配置されたシャッターを図式的に示す。

Claims (6)

1. 金属細片を高速で電気スズメッキするための、前記細片に面したスズ陽極を電気メッキ溶液中に陽極溶解させ、前記陽極溶解したスズを、陰極として作用する前記細片の少なくとも一部の上に堆積させることにより、前記細片をメッキする方法であって、スズを、陽極バスケット中に保持されたペレットの形態で、前記電気メッキ溶液に供給する、方法。
2. 細片幅および／またはスズ被覆厚分布に応じて制御および案内される、調節可能な隠蔽手段を使用し、前記スズ陽極の一部を隠蔽する、請求項１に記載の方法。
3. 前記隠蔽手段がシャッターまたはブラインドを含んでなる、請求項１または２に記載の方法。
4. 電気抵抗が低く、前記スズペレットと良好な電気的接触を行うことができ、電解質中で電気化学的に不活性である材料から製造された集電装置を介して、前記ペレットが電気的に接触する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記陽極バスケットが、前記集電装置であるように設計される、請求項４に記載の方法。
6. 前記陽極バスケットにスズペレットを加えるための自動化された供給機構を備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。

Images