JP2010156040A - 連続式コーティング堆積方法及び該方法を実施するための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】連続的に、シート、ホイル及びワイヤーの上に、均一な付着力のある薄いセラミック膜を堆積させる装置を提供する。
【解決手段】ＦＲＰで裏打ちされた軟鋼製槽で作られた反応室１と、３本の回収用ナイロン製棒９と自由に回転できる３本の銅棒５を備えた、金属ウェブの上に薄いセラミックコーティングを連続的に形成するための装置において、反応室１は、脱イオン水又は蒸留水に入れた水酸化カリウム、ケイ酸四ナトリウムを含むアルカリ性電解溶液を収容し、３本の銅棒５の各々は、高導電性銅製クランプ８によって、３つの変流器７を通してサイリスタ電源のＲ相、Ｙ相及びＢ相に別々に接続されている、上記装置。及び、該装置に、ウェブを通し、ウェブに波形多相交流を印加し、所要電流密度を維持し、アーク放電が認められるときに電位を増大させて抵抗を徐々に補正する方法によってコーティングを形成する方法。
【選択図】図４

Description

本発明は、連続式コーティング堆積方法、及び該方法を実施するための装置に関する。本発明は、更に詳しくは、反応性の金属及び合金のシート、ホイル、並びにウェブの形態であるワイヤーの上に酸化物ベースセラミックコーティングを、連続的なやり方で形成するための方法と、該方法のための装置とに関する。本発明によって得られる膜は、光沢面仕上げ、熱的及び電気的絶縁性、化学的不活性、環境的不活性（ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｉｎｅｒｔｎｅｓｓ）、表面浄化能力及び耐塵固着性（ａｎｔｉ−ｄｕｓｔ ｓｔｉｃｋｉｎｇ）を有し、また、優れた引っかき抵抗性を有する。更に、本発明に記述される方法は、高速度で酸化物セラミック膜を堆積し、且つ、生産性を著しく改善する。

Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｇのような金属、及びそれらの合金は、ロッド、棒、管、ホイル、シート、パイプ、溝形材、形材、プーリー（ｐｕｌｌｅｙｓ）、シリンダー、ピストン、等の形態で、自動車、航空宇宙産業、織物、石油化学及び陶器類のようなエンジニアリング産業において商業的に且つ広く用いられている。これらの材料が有する有望な特異性及び商業的入手性の他に、これらの材料が用いられる主な理由は、それら材料の重量に対する強度の比が大きいことである。しかし、ある点を超えて、これらの材料が用いられる限界が存在する。その限界は、これらの材料が、摩損、化学的攻撃及び熱に対する抵抗が弱いという事実に起因する。
伝統的に、Ａｌ合金上にコーティングを得るために陽極酸化処理が採用されている。しかし、結果として得られるコーティングは、多孔性であり、基体（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）に弱く付着することが見出だされ、その結果、摩損、腐食に対する高レベルの保護を提供することができない。更に、陽極酸化処理では、達成されるコーティング堆積速度も低い。

プラズマ溶射、高速度ガス式溶射、爆裂溶射（ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｓｐｒａｙｉｎｇ）のような溶射技術は、十分に開発されており、多種多様の、金属ベース、酸化物ベース、炭化物ベース及び窒化物ベースのセラミックコーティングを作るために、エンジニアリング産業によって広く用いられている。これらのコーティングは、本質的に、様々な形態の摩損及び腐食に効き、それによって、様々な金属及び合金で作られた部品の有効寿命を改善する。しかし、溶射技術では、しばしば高コストを誘発する高度のプリコーティング作業及びポストコーティング作業が必要である。エンジニアリング部品の表面形状の寸法、外形及び複雑さは、実に、溶射技術の適用範囲を制限する。更に、これらの技術は、ゾル・ゲル、噴霧化、融解、焼結及び粉砕、化学的還元並びに混合のような特別に開発された製造ルートによって調製された、アルミナ、アルミナ−チタニア、炭化タングステン−コバルト、炭化クロム−ニッケルクロムのような高品質であるだけでなく高価である粉末を必要とする。これらの粉末の付着率は、常に、１００％よりも遥かに小さく、従って、被覆室から未使用の粉末を分離するための特殊な手段が必要である。これらの被覆技術は、比較的冷たい表面の上に加熱された粉末粒子の吹付けを用いるので、結果として、しばしば、基体とコーティングとの間の金属結合が弱くなる。これらのコーティングは、しばしば、固有の多孔性と、ミクロ割れと、より高いレベルの残留応力であって、ひいては、重要な用途の場合、コーティングの破損を引き起こす残留応力とによって特徴付けられる。関連するコーティング堆積の機構によると、溶射技術は、シート、ホイル及びワイヤーの上に薄膜を堆積させるのに少しも適していない。更に、連続的なやり方で、薄板、ホイル及びワイヤーの上に薄いコーティングを堆積させることは、実際的に可能ではない。

シート、ホイル及びワイヤーの上に薄膜を堆積させる領域における更にもう１つの研究分野は、物理蒸着（ＰＶＤ）及び化学蒸着（ＣＶＤ）の技術によるものである。しかし、全体的なコーティング堆積が、被覆されている表面とのイオンスケール／原子スケールの相互作用に著しく影響されるという、これらの方法の固有の性質に起因して、全体的なコーティング堆積の速度は極端に低く、且つ、生産速度は非常に低い。これらの方法の堆積が遅いという性質に加えて、これらの技術もまた、極端により大きく／より長い表面積の上に連続的な規模でコーティング堆積を行うには適していない。

上述の課題及び限界を克服するために、且つ、改善された摺動特性、電気特性、耐熱性及び化学的特性を示し、且つ、今日の、より高い密度及び優れた耐摩耗性を有するコーティングに対する必要性を克服するため、改善されたマイクロアーク酸化方法（ｍｉｃｒｏ ａｒｃ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）を開発する分野における研究によって、世界レベルで重要事項が得られた。
アルミニウム及びそれの合金の上にセラミックコーティング堆積方法を取り扱う、かなり多数の特許及び刊行物が存在する。マイクロアーク酸化方法に関する従来技術の幾つかの文献を、以下に言及する。

米国特許第６，１９７，１７８号明細書によると、４８０Ｖ交流電源の３相純正弦曲線電位がアルミニウム合金のウェブに印加され、２０〜７０Ａ／ｄｍ^２の間の電流密度が加えられる。該方法が行われる間、電流密度は、ウェブを相互に移動させることによって維持される。ＫＯＨ、Ｎａ_２ＳｉＯ_３及びＮａ_２Ｏ・Ａｌ_２Ｏ_３・３Ｈ_２Ｏを脱イオン水１リットル当り２ｇの割合で含有する電解液が用いられる。電解槽の温度は、２５℃〜８０℃の間に維持される。達成されるコーティング厚さは、円筒状試料上での３０分間の処理時間で１００〜１６０μｍの範囲であると記載されている。

結果として得られたコーティングは、基体に対して強力な接着力を有することがわかったが、達成されたコーティングの密度及び均一性に関する情報は何ら得られていない。結果として得られたコーティングの耐摩耗性を決定する上で、コーティング密度は非常に重要なパラメータである。
上記に引用される発明において、鋭く尖った波形は、高密度且つ硬質のコーティングを提供するのに大いに寄与するのであるが、発明者らは、波形を全く変形させずに、純粋な正弦曲線の電圧波形を用いた。このことは、上記方法によって得られるコーティングがより低い硬度、即ち、１２００〜１４００ｋｇ／ｍｍ^２を示す理由である。しかし、薄いシート、ホイル及びワイヤーの上にコーティングを堆積させるために、上記方法を適用することについては何ら記載されておらず、また、連続的やり方についても何ら記載されていない。

サムソノフ（Ｓａｍｓｏｎｏｖ）等に認められた米国特許第５，６１６，２２９号明細書には、バルブ金属上にセラミックコーティングを形成する方法が開示されている。この方法は、被覆される予定の部分に少なくとも７００Ｖの交流電流を加えることを含む。波形の変形は、高電圧源と被覆される予定の金属体との間に直列に接続されたコンデンサーバンク（ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｂａｎｋ）によって達成される。電流の波形は、ゼロからそれの最大高さまで増大し、次いで、全交流サイクルの１／４未満でそれの最大高さの４０％未満まで減少する。

上記方法で用いられる電解液は、ＮａＯＨを０．５ｇ／リットル、ＫＯＨを０．５〜２ｇ／リットル含有する。加えて、電解液は更にケイ酸四ナトリウムを含有しており、ケイ酸四ナトリウムについて、添加されるべき正確な量に関する請求項は存在しない。前記方法が行われる間、電解液の組成は、溶液１リットル当り２００ｇの濃度範囲でアルカリ金属のオキシ酸塩を添加することによって変えられる。該方法は、３種の異なる電解槽を用いることにより、ジュラルミンとして知られているアルミニウム合金を被覆することによって実証されてきた。しかし、上記に説明される方法において、アルカリと金属ケイ酸塩との間に何らかの特定比を維持することについては何ら記載されていない。

前記マイクロアーク酸化方法において、アルカリは、実際的に、コーティングを溶解する原因となるのに対して、金属ケイ酸塩は、ケイ酸塩アニオンの重縮合によってコーティングが堆積する原因となる。電解液中のケイ酸塩濃度が高過ぎると、より高いコーティングの堆積を引き起こし、とりわけ、試料の端部においては、試料の他の部分よりもそうであり、従って、結果的に非均一なコーティングを生じる。それ故に、最終的に均一且つ緻密なコーティングとなるためには、アルカリと金属ケイ酸塩との間に一定の割合を維持する必要がある。しかし、薄いシート、ホイル及びワイヤーの上にコーティングを堆積させるために、前記方法を適用することについては何ら記載されておらず、また、連続的やり方についても何ら記載されていない。

米国特許第５，６１６，２２９号明細書に開示される方法には、２．５μｍ／分の平均堆積速度が達成される方法が記述されている。しかし、完全に溶融した内層の厚さは、１００μｍの全コーティング厚さのうち僅か６５μｍである。このことは、この方法が、初期の緻密な層を僅か６５％含有するコーティングを作ることができ、残り３５％の外層が、多孔質であり、１ｃｍ^２当り４〜６個の細孔を有し、且つ、平均孔径が８〜１１μｍであるということを示す。

これらのコーティングを耐摩耗用途に適するようにするためには、十分な厚さの外部多孔質層が、機械加工又は研摩によって完全に除去されるようにする必要がある。これらの機械加工又は研摩の操作が高コストであるという事実の他に、複雑で非対称的な形状の被覆済み部分の機械加工又は研摩は、非常に困難であり、高度のオートメーション化した機械を必要とし、且つ、より高度の技能レベルをも必要とする。このことによって、単位体積当りの被覆コストは実際上増大する。しかし、薄いシート、ホイル及びワイヤーの上にコーティングを堆積させるために前記方法を適用することについては何ら記載されておらず、また、連続的やり方についても何ら記載されていない。

マイクロアーク酸化方法という従来技術の方法は、より大きいコーティング堆積速度で、厚く緻密で付着力のあるコーティングを作成したが、数ｍ及び数ｋｍの長さのシート又はホイル及びワイヤーを被覆するために、連続的規模で薄膜を作ることはできなかった。マイクロアーク酸化方法では、光沢面仕上げ、熱的及び電気的な絶縁性、化学的不活性、表面浄化能力、環境不活性、耐塵固着性を付与し、且つ、優れた引っかき抵抗性を有して、装飾用途、絶縁用途、耐塵固着用途の分野における潜在的用途を見出だすことが本質的に必要である。

更に、従来技術において、金属ウェブを被覆するために用いられる方法を詳細に解説してきたが、薄いシート、ホイル及びワイヤーの上に被覆を行うために用いられる一般的装置については何ら開示されておらず、且つ、連続的規模での連続的やり方の方法ついても何ら開示されていない。

米国特許第６，１９７，１７８号明細書に開示される発明によると、コーティングを得るために用いられる装置は、外槽内部に配置された、化学的に不活性なコーティングのタンクから成る。該外槽は、熱交換流体を含有する。内層からの電解液は、外槽それ自体の中に配置された熱交換流体によって循環される。熱交換流体から熱を除去するために、熱交換流体は、ポンプの助けを借りて、外槽から回収され、次いで、強制空冷熱交換器を通過する。該熱交換器の操作は、電解液槽内部の望ましい温度を維持するため自動的に制御された。しかし、この種の装備には、重大な欠陥が存在する。被覆用内層の大きさよりも大きい大きさの部品が被覆される場合、該内層の寸法は増大されなければならない。このことは、ひいては、外槽の寸法もまた変化させる必要があることがある。このことによって、該方法はより高いコストとなる。

我々のインド特許第２，０９，８１７号明細書には、次の方法が記述されている。即ち、反応性の金属及び合金の本体の上にコーティングを形成する方法において、水酸化カリウム、ケイ酸四ナトリウム、及び脱イオン水又は蒸留水を含有する、

を有するアルカリ性電解溶液を有する、非金属性、非反応性、そして非導電性反応室の中で電解処理する工程と、被覆が達成されなければならない金属の反応性群から選ばれた少なくとも２つの金属体を浸漬させる工程であって、それら金属体が、移動可能なやり方で固定されており、各々の金属体が電極に接続されている金属体を浸漬させる工程と、達成される予定のコーティングの所望厚さに基づく時間の間、２つの逆並列接続サイリスターを用いて、波形多相交流（ｗａｖｅ ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅ ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ）をそれら金属体に通過させる工程と、それら金属体に供給されている電流を、所要電流密度が達成されるまで、徐々に増大させる工程と、それから、本方法の全体にわたって、電流を同一レベルに維持する工程であって、前記金属体の浸漬された領域の表面における、目に見えるアーク放電が認められる時、電位を更に増大させて、前記コーティングの増大している抵抗を徐々に補償する工程と、本方法が行われる間、従来の方法によって、電解液のｐＨ及び導電率を測定することによって、該電解液の組成を調整する工程と、本方法の全体にわたって、該電解液が連続的に循環するのを維持しながら、該電解液の温度を４℃〜５０℃の間に維持する工程と、を含む方法。

前記特許明細書は、更に、前記方法を実施するための装置も開示する。該特許明細書に開示される前記装置は、本明細書に添付される図面の図１、図２及び図３に示される。

前記特許明細書に開示される、前記方法を実施するための装置は、
表面が被覆される予定である少なくとも２つの金属体２であって、高さ調整可能な機構４を備えている電力輸送用アーム３に接続されている金属体２を収納している（反応室と称される）非金属の、非導電性、非反応性の室１と、該室の底部に備えられた電解液用入口５と、該室の頂部に備えられた出口６と、主要制御盤８のパネル上に、入力電圧及び電流を指示するために備えられている、アナログ電圧計９及び電流計１０と、主要制御盤８のパネル上に備えられているレバー形電源オン／オフ１１と、主要制御盤８のパネル上に、前記金属体２への電流供給を徐々に増大させるために備えられている電位差計１２と、主要制御盤８のパネル上に、更に備えられている接触器オン／オフ１３、サイリスターオン／オフ１４スイッチ、手動／自動電圧調整器１５、及び、局所／遠隔操作１６切替スイッチと、別個のアナログ電圧計１８及び電流計１９を通して接続されているサイリスター（図示されず）及び変圧器１７の出力装置と、遠隔制御盤２１のパネルに取り付けられている２つの別個のデジタル温度指示器２０であって、前記の入口及び出口における電解液の温度は、熱電対（図示されず）によって測定されるデジタル温度指示器２０と、前記方法が行われる間の電位及び電流の波形を監視するための、遠隔制御盤２１に取り付けられているオシロスコープと、前記被覆方法が行われる間、電流及び電圧の変化を監視するために用いられる、遠隔制御盤２１に取り付けられているデジタル電圧計２３及び電流計２４と、を備えており、しかも、反応室１内の電解カラムの高さは、遠隔制御盤２１に取り付けられた調光安定器（ｄｉｍｍｅｒｓｔａｔ）２５によって調整され、且つ、あらゆる非常事態の場合に前記金属体への電力供給を中止するため、遠隔制御盤２１に非常停止ボタン２６が取り付けられている。

前記の特許第２，０９，８１７号明細書に開示される装置の欠点を以下に列挙する。
１．前記装置は、大面積上により薄いコーティングを堆積させるのには適していない。
２．該装置は、薄いシート、ホイル及びワイヤーの上にコーティングを堆積させるのには適していない。
３．該装置は、非常に粗い表面仕上げを有し、そのことによって、表面浄化能力が弱く、且つ、粉塵が蓄積し易い、より厚いコーティング（特許第２，０９，８１７号明細書に記述される実施例１及び実施例２に例示されるように８５〜９５μｍ）を堆積させるのには適している。
４．該装置は、それが、電解槽のデザインに基づいて処理し、且つ、被覆される予定の金属体が該電解槽内に配置され、且つ、被覆される予定の金属体を固定するのに多大の時間を浪費する方法によって処理する、単なるバッチ式であるような生産規模としては適さない。
５．該装置は、２相電気エネルギーのみで作動し、且つ、第３相を未使用のままにし、従って、結果的に幹線の電気的不均衡を引き起こす。

従って、表面仕上げ、熱絶縁性及び電気絶縁性、化学的不活性、表面浄化能力、耐塵固着性を改善するように、且つ、優れた引っ掻き抵抗性を有するように、シート、ホイル及びワイヤーの上に均一な薄い膜を堆積させるだけでなく、連続的なやり方で堆積させるための方法と、該方法を実施するための装置とを提供する必要性が存在することが分かる。

米国特許第６，１９７，１７８号明細書 米国特許第５，６１６，２２９号明細書 インド特許第２，０９，８１７号明細書

従って、本発明の主要目的は、如何なる中断もなく連続的なやり方で、シート、ホイル及びワイヤーの上に、均一な付着力のある薄いセラミック膜を堆積させるための方法を提案することである。
本発明のもう１つの目的は、シート、ホイル及びワイヤーを、とりわけ、アルミニウム及びその合金で作られたものを保護して、それらアルミニウム及び合金を熱反応、化学的反応、電気的反応及び環境的反応から守るための方法を提案することである。
本発明の更にもう１つの目的は、シート、ホイル及びワイヤーの上に、均一な付着力のある薄いセラミック膜を堆積させるための方法であって、単純であり、且つ経済的である方法を提案することである。

本発明のもう１つの目的は、迅速な生産規模で、シート、ホイル及びワイヤーの上に、均一な付着力のある薄いセラミック膜を堆積させる方法を実施するための装置を提案することである。
本発明の更にもう１つの目的は、サイリスターによって修正された電気的波形が歪まず、その結果、堆積されるコーティングがより均一となり付着力がより高まるように、電気回路内に変圧器を有することなく、本方法を実施するための装置を提案することである。
本発明の更にもう１つの目的は、本方法を実施するための装置であって、生成速度がより高くなり、且つ、電気的不均衡が最小限に抑えられるように、電源の３つの相が全て適切に用いられる装置を提案することである。

本発明の上記目的は、アルカリ性電解溶液中で連続的に移動する、シート、ホイル及びワイヤーの形態の本体を、電気熱及び電気化学による酸化を含む方法を提供することによって達成される。本発明は、最も広義に言えば、金属のシート、ホイル及びワイヤーを連続的に電解によって酸化するための新規方法を提供する。

従来技術の発明に開示される方法を実施するための被覆用装置の正面図を表す。 従来技術の発明に開示される方法を実施するための主要制御盤の正面図を表す。 従来技術の発明に開示される方法を実施するための遠隔制御盤の正面図を表す。 本発明の装置の概略図を表す。

本発明は、添付図面に関連して書かれた次の記述からより十分に理解されるであろう。

従って、本発明は、安全性を改善するために、且つ、電気エネルギーのあらゆる漏電を回避するために、内側も外側も繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で裏打ちされた、軟鋼製槽で作られた反応室１と、３本の回収用ナイロン製棒９とを備えた、金属のシート、ホイル及びワイヤー（以下、集合的に金属ウェブと称される）の上に薄いセラミックコーティングを連続的に形成するための装置において、反応室１は、脱イオン水又は蒸留水に入れた水酸化カリウム、ケイ酸四ナトリウムを含むアルカリ性電解溶液２を含有することができ、且つ、反応室１は、複数の穴あきナイロン製シート３であって、各々の隅部で相互に取り付けられており、且つ、反応室１の縦壁に沿って、取り外しできるように固定され配置されているシート３を備えており、ナイロン製シート３は、更に、３つのナイロン製案内棒４だけでなく、自由に回転し得る３本の銅棒５をも備えており、それら銅棒５の各々は、円形形状を有し、且つ、円形の内部形状を有する高導電性銅製クランプ８によって、電源のＲ相、Ｙ相及びＢ相に別々に接続されており、各々の相（Ｒ相、Ｙ相及びＢ相）は、背中合わせ並列接続された２つのサイリスター６であって、それらサイリスター６の出力が、３つの変流器（ＣＴｓ）７を用いて、銅棒５の各々に接続されており、前記の３本の回収用ナイロン製棒９の各々は、被覆された後の前記金属ウェブを回収するために備えられている駆動手段１０であって、ナイロン製シート３の頂部左部分において取り付けられている駆動手段１０によって回転させることができ、反応室１は、反応室１の底部に備えられている電解液用入口１１と、反応室１の頂部において、入口側に対して反対側に備えられている２つの電解液用出口１２とを更に備えている、上記装置を提供する。

自由に回転する案内棒４の位置を、槽中で垂直方向又は水平方向に変えることによって、反応室の基本設計を変えることなく、被覆されている金属ウェブの全表面積を変えることが可能である。このことは、被覆される予定のウェブが、千鳥状に通過して、槽におけるそれら本体の滞在時間を増大させることができるように、より多くのナイロン製案内棒４の調節を可能にする複数の穴あきナイロン製シート３を用いることによって行われ得る。このようにして、反応室１に対する他の如何なる設計変更を必要とすることなく、電解液で被覆される予定になっている金属ウェブの接触面積を増大させることが可能となる。それによって、全体的な生産性は著しく増大し、且つ、装置の定格出力は、十分に利用される。被覆されたウェブは、銅棒５の１つ以上で作動する駆動手段によって、電解溶液２を移動することができる。従来の減速ギア装置の助けを借りて、反応室１の外枠に取り付けられた駆動部１０を用いることによって、前もってセットされた毎分回転数（ｒｐｍ）で回転し得るナイロン製棒９を回収する。金属ウェブの線速度、換言すれば、槽内部におけるウェブの滞在時間は、駆動部のｒｐｍを調整することによって制御される。

本発明のもう１つの特徴によれば、金属のシート、ホイル及びワイヤー（以下、集合的に金属ウェブと称される）の上にコーティングを形成する方法において、コーティングが達成されなければならない金属の反応性群から選ばれた少なくとも３つの金属ウェブを、

を有するアルカリ性電解液であって、上記に規定される装置の反応室１の中に入れられた脱イオン水又は蒸留水に水酸化カリウム、ケイ酸四ナトリウムを含有する電解液の中に浸漬する工程と、達成される予定のコーティングの所望の厚さに基づく時間の間、逆並列接続サイリスターによって、前記ウェブを横切って波形多相交流（ｗａｖｅ ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅ ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ）を通過させる工程と、前記ウェブに供給されている電流を、所要電流密度が達成されるまで徐々に増大させる工程であって、直交流が、前記反応室内で効果的な放熱を得るように達成されるようなやり方で、前記電解液の流れが、移動している金属ウェブの方向と垂直な方向である工程と、本方法の全体にわたって、電流を同一レベルに維持する工程であって、前記ウェブの浸漬された領域の表面で、目に見えるアーク放電が認められる時、電位を更に増大させて、前記コーティングの増大する抵抗を徐々に補正する工程と、本方法が行われる間、従来の方法により前記電解液のｐＨ及び導電率を測定することによって、前記電解液の組成を調整する工程と、前記電解液の温度を４℃〜５０℃の範囲の間に維持する工程と、本方法の全体にわたって、前記電解液を連続的循環に維持する工程であって、穴あきナイロン製シートを前記反応室から取り出すことによって、被覆されたウェブが取り外される工程と、を含む、上記方法が提供される。

電解溶液２は、反応室１の底部に備えられている入口１１を通って反応室１に入り、次いで、反応室１の頂部の入口側に対して反対側に備えられている２つの出口１２を通って反応室１を出る。３相電力は、各々の相（Ｒ相、Ｙ相及びＢ相）のために提供された、電流及び電圧の波形を修正するために用いられる２つの逆並列接続サイリスターを通して供給される。修正された波形の電源の３つの相は全て、次いで、被覆される予定の３つの金属ウェブを通過して、改善された生産性を引き起こし、且つ、電気の主管（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｍａｉｎｓ）における電気的不均衡を最小限に抑える。３つの相の電流の流れの大きさを別個に測定するために、ｘ、ｙ、ｚ及び共通点ｃから成る３つの変流器（ＣＴｓ）８が、Ｒ相、Ｙ相及びＢ相に備えられ、また、コーティング堆積プロセス全体を通して、一定の電流供給が提供されるように、結果として得られる平均化された電気信号は、サイリスター集合体６に送られる。

本発明の好ましい態様において、用いられる電解液は、水酸化カリウム及びケイ酸四ナトリウムを、２：１という好ましい比で含有することができる。堆積が行われるウェブは、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｂｅ、Ｇｅ、Ｃａ、Ｔｅ、Ｈｆ、Ｖ、並びに、それら金属の、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｂｅ、Ｇｅ、Ｃａ、Ｔｅ、Ｈｆ、Ｖ、Ｗのような元素との二元合金、三元合金、及び多成分合金から成る金属の反応性群から選ばれることがある。

ウェブの材料は、駆動部１０の速度を調整することによって、設定速度で作動させることができる。該ウェブの線速度は、所要膜厚を堆積するのに必要とされる、槽中の滞在時間に基づいて計算される。電解液の流れは、直交流が反応室内で効果的な放熱を達成するようなやり方で、移動しているウェブの方向と垂直の方向である。リットル／分での電解液の流速は、流速（リットル／分）に対する全表面積（ｃｍ^２）の比を０．１〜０．２の間に維持して、槽の一定温度を維持するようなやり方で、被覆されているウェブの表面積に基づいて計算される。電解液は、槽の温度が一定に維持されるように、空冷式熱交換器装置によって循環する。従って、冷却された電解液は、反応室の底部に備えられている入口１１を通って該反応室に入り、次いで、熱電解液は、該反応室の頂部から出口１２を通って出る。各々の相（Ｒ相、Ｙ相及びＢ相）のために備えられている２つの逆並列接続サイリスターはいずれも、電流及び電圧の波形を修正するために用いられる。それらサイリスターの発射角度は、各々の個々の相を通過する電流の平均値を集め、且つ、この平均値をフィードバック信号として用いることによって得られるフィードバック信号に基づいており、このようにして、本方法全体を通して一定の電流供給が維持される。修正された波の電力は、被覆される予定の少なくとも３つのウェブ、又は３の倍数のウェブを通過する。電流の大きさは、電解液で被覆される予定の本体の一定の表面積に基づく。電力供給の全時間は、槽中の本体の線速度（ｍ／秒）によって分割された、被覆されているウェブ（シート、ホイル又はワイヤー）の全長（ｍ単位）に基づく。

上述の方法を実施することによって、１０ｃｍ〜５００ｃｍの広範囲にわたる幅を有するシート及びホイル、及び、０．０２ｃｍ〜２．０ｃｍの様々な直径のワイヤーの上に、高品質のコーティング及び改善された生産性を提供する如何なる障害もなく、０．２５〜１０μｍの範囲の所定厚さの薄膜を得ることができる。上述の方法を用いることにより、このようにして得られた薄膜は、光沢面仕上げ、熱的及び電気的な絶縁性、化学的不活性、表面浄化能力、耐塵固着性、及び優れた引っ掻き抵抗性を示した。更に、この方法によって作られた薄膜は、従来技術で作られたコーティングに比べて、より付着力が高く、より滑らかであり、且つ、より均一である。
本発明の詳細は、以下に与えられる諸実施例に記載される。それら実施例は、本発明を例示するために与えられており、従って、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

３枚の高純度アルミニウムのホイルであって、それぞれ６８ｍｍの幅、３０μｍの厚さ、及び５００ｍの長さを有するホイルを、電源の出力に接続する。電解液と接触する全表面積は、約２１００ｃｍ^２になるように調整し、次いで、２１０Ａの３相電流を、各々のウェブに通過させ、次いで、本方法の全体を通して一定に維持する。接触している該ウェブの表面積は、複数のナイロン製棒の位置を調整することによって調整される。脱イオン水中で混合された、２：１の割合で水酸化カリウム及びケイ酸四ナトリウムを含有する電解液（水酸化カリウム４ｇ／リットル、及びケイ酸四ナトリウム２ｇ／リットル）は、本方法の全体を通して反応室を通って循環される。２５０リットル／分の電解液の流速は、本方法の全体を通して維持される。本方法の全体を通して、２．２ｍ／分の線速度が一定に維持されるように、駆動部の毎分回転数は、５５０回転／分に設定される。本方法は、１．５ｋｍに等しい長さの全ホイルを被覆するために、３時間５０分の全持続時間の間、続けられ、結果的に、１，０２０，０００ｃｍ^２の全表面積の上に０．５μｍ厚さの膜が堆積される。形成された膜は、如何なる未被覆領域をも残すことなく、如何なる表面欠陥をも有することなく、優れた付着力と、光沢面仕上げと、高度の均一性とを有することが分かった。加えて、堆積された膜は、装飾的であり、熱的及び電気的に絶縁性であり、化学的に不活性であり、表面浄化能力、耐塵固着性、及び、環境的非反応性を示すことが分かった。

９個の電気グレードアルミニウム製糸巻であって、それぞれ直径４ｍｍ、長さ１０００ｍ（１ｋｍ）のワイヤーを有する糸巻を、電源の出力に接続する。電解液と接触する全表面積は、約２２６０ｃｍ^２になるように調整し、２２５Ａの３相電流を、各々のウェブに通過させ、次いで、本方法の全体にわたって一定に維持する。接触するウェブの表面積は、位置を調整することによって、且つ、より多くのナイロン製棒を配置することによって調整する。側面への動きを回避するために、電気的短絡の如何なる可能性も完全に排除されるように、前記ワイヤーを、ナイロン製棒に取り付けられた個々の非金属製ガイドに通過させる。脱イオン水中で混合された、２：１の割合で水酸化カリウム及びケイ酸四ナトリウムを含有する電解液（水酸化カリウム４ｇ／リットル、及びケイ酸四ナトリウム２ｇ／リットル）は、本方法の全体を通して反応室を通って循環される。本方法の全体を通して、１２００リットル／分の電解液の流速を維持する。本方法の全体を通して、２．７ｍ／分の線速度が一定に維持されるように、駆動部の毎分回転数を５５０回転／分に設定する。９ｋｍに等しい長さの全ホイルを被覆するために、６時間の全持続時間の間、本方法を続ける。平均膜厚は、１．０μｍであることが分かる。形成された膜は、如何なる未被覆領域をも残すことなく、如何なる表面欠陥をも有することなく、優れた付着力と、光沢面仕上げと、高度の均一性とを有することが分かる。加えて、堆積された膜は、装飾的であり、熱的及び電気的に絶縁性であり、化学的に不活性であり、表面浄化能力、耐塵固着性、及び、環境的非反応性を示すことが分かった。

幅１３６ｍｍ、厚さ０．２ｍｍを有する３枚のアルミニウム合金製シートを、実施例１に記述される方法に類似する方法にかけた。接触するウェブの表面積は、ナイロン製棒の位置を調整することによって調整する。脱イオン水中で混合された、２：１の割合で水酸化カリウム及びケイ酸四ナトリウムを含有する電解液（水酸化カリウム４ｇ／リットル、及びケイ酸四ナトリウム２ｇ／リットル）は、本方法の全体を通して反応室を通って循環される。本方法の全体を通して、２５０リットル／分の電解液の流速を維持する。本方法の全体を通して、０．２２ｍ／分の線速度が一定に維持されるように、駆動部の毎分回転数を設定する。本方法は、１．５ｋｍに等しい長さの全ホイルを被覆するために、３時間５０分の全持続時間の間、続けられ、結果的に、１，０２０，０００ｃｍ^２の全表面積の上に５μｍ厚さの膜が堆積される。結果的に、加えた電流、電解液の流速、及び処理時間を計算し、５μｍ厚さの膜がうまく堆積した。それらの膜は均一であり、均質性であり、環境的非反応性であり、熱的及び電気的に絶縁性であることが分かった。更に、形成された膜は、優れた引っかき抵抗性を示した。
本発明の趣旨内及び範囲内で、部分的変更及び変形を行うことができるということは、当業者には明らかである。従って、そのような部分的変更及び変形もまた、本発明の範囲内に含まれる。

〔発明の利点〕
１．本発明の装置を用いて本方法によって得られる膜は、均一であり、光沢面を示し、且つ、基体と良好に結合される。
２．本発明の装置を用いて本方法によって調製されるシート、ホイル及びワイヤーは、装飾用途、自動車用途、宇宙用途、緩慢な腐食の用途、耐塵固着性用途、光沢／マット仕上げ用途、絶縁用途、穏やかな耐薬品性用途のために直接用いられることが可能である。
３．記述される装置を用いる本方法によって、数キロメートルの長さのウェブの上に、本方法を中間で停止することなく、連続的コーティングの形成が可能となる。
４．本発明に開示される装置を用いる本方法によって、シート、ホイル及びワイヤーの上に薄膜を速い速度で形成することが可能になる。
５．本発明によって提供される、ウェブ上の膜堆積の全コストは、従来の方法によって作られるコーティングと比べて著しく易い。
６．シート及びホイルの場合、非常に異なる幅及び厚さのウェブ、又は、ワイヤーの場合、様々な直径を有するウェブは、本発明に開示される装置に如何なる設計変更を加えることなく、処理されることが可能である。

本発明は、当業者によって部分的変更、改作及び変形が行われ易いということに注目すべきである。特許請求の範囲に更に開示される本発明の概念及び特徴を用いるそのような様々な態様は、本発明の範囲内であることが意図されている。

Claims (5)

1. 安全性を改善するために、且つ、電気エネルギーのあらゆる漏電を回避するために、内側も外側も繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で裏打ちされた、軟鋼製槽で作られた反応室１と、３本の回収用ナイロン製棒９とを備えた、金属のシート、ホイル及びワイヤー（以下、集合的に金属ウェブと称される）の上に薄いセラミックコーティングを連続的に形成するための装置において、
   反応室１は、脱イオン水又は蒸留水に入れた水酸化カリウム、ケイ酸四ナトリウムを含むアルカリ性電解溶液２を含有することができ、且つ、反応室１は、複数の穴あきナイロン製シート３であって、各々の隅部で相互に取り付けられており、且つ、反応室１の縦壁に沿って、取り外しできるように固定され配置されているシート３を備えており、
   ナイロン製シート３は、更に、３つのナイロン製案内棒４だけでなく、自由に回転し得る棒５を回転させることができる３本の銅棒５をも備えており、
   それら銅棒５の各々は、円形形状を有し、且つ、円形の内部形状を有する高導電性銅製クランプ８によって、電源のＲ相、Ｙ相及びＢ相に別々に接続されており、
   各々の相（Ｒ相、Ｙ相及びＢ相）は、背中合わせ並列接続された２つのサイリスター６であって、それらサイリスター６の出力が、３つの変流器（ＣＴｓ）７を用いて、銅棒５の各々に接続されており、
   前記の３本の回収用ナイロン製棒９の各々は、被覆された後の前記金属ウェブを回収するために備えられている駆動手段１０であって、ナイロン製シート３の頂部左部分において取り付けられている駆動手段１０によって回転することができ、
   反応室１は、反応室１の底部に備えられている電解液用入口１１と、反応室１の頂部において、入口側に対して反対側に備えられている２つの電解液用出口１２とを更に備えている、上記装置。
2. 金属のシート、ホイル及びワイヤー（以下、集合的に金属ウェブと称される）の上にコーティングを形成するための方法において、
   コーティングが達成されなければならない金属の反応性群から選ばれた少なくとも３つの金属ウェブを、
   

   

   
   を有するアルカリ性電解液であって、請求項１に規定される装置の反応室１内に入れられた脱イオン水又は蒸留水に水酸化カリウム、ケイ酸四ナトリウムを含有する電解液の中に浸漬する工程と、
   達成される予定のコーティングの所望の厚さに基づく時間の間、逆並列接続されたサイリスターによって、前記ウェブを横切って波形多相交流を通過させる工程と、
   前記ウェブに供給されている電流を、所要電流密度が達成されるまで徐々に増大させる工程であって、直交流が、前記反応室内で効果的な放熱を得るように達成されるようなやり方で、前記電解液の流れが、移動している金属ウェブの方向と垂直な方法である工程と、
   本方法の全体にわたって、電流を同一レベルに維持する工程であって、前記ウェブの浸漬した領域の表面で目に見えるアーク放電が認められるとき、電位を更に増大させて、前記コーティングの増大する抵抗を徐々に補正する工程と、
   本方法が行われる間、従来の方法により前記電解液のｐＨ及び導電率を測定することによって、前記電解液の組成を調整する工程と、
   前記電解液の温度を４℃〜５０℃の範囲の間に維持する工程と、
   本方法の全体にわたって、前記電解液を連続的循環に維持する工程であって、穴あきナイロン製シートを前記反応室から取り出すことによって、被覆されたウェブが取り外される工程と、
   を含む、上記方法。
3. 用いられる前記電解液は、水酸化カリウムとケイ酸四ナトリウムを、２：１の比で含有する、請求項２に記載の方法。
4. 金属のシート、ホイル及びワイヤー（以下、集合的に金属ウェブと称される）の上に薄いセラミックコーティングを連続的に形成するための装置において、
   本明細書に添付される図面に示される図４を参照して本明細書に実質的に記述されている、上記装置。
5. 金属のシート、ホイル及びワイヤー（以下、集合的に金属ウェブと称される）の上にセラミックコーティングを形成するための方法において、
   諸実施例を参照して本明細書に実質的に記述されている、上記方法。

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