JP2015501880A - 金属の電気めっき加工のための水平な電解槽の陽極構造 - Google Patents

Abstract

本発明は電気めっき設備において酸素を発生させるための電極に関し、この電極はバルブ金属の支持体と外側の触媒層を有し、支持体は２〜８ｃｍ２の範囲の面積のスリットを有する金属板から成り、前記スリットは５〜２５ｃｍの距離で間隔が保たれている。本発明はまた、前記電極のうちの少なくとも１つを有する電気めっき加工のための水平な電気化学電解槽、および前記電解槽のうちの少なくとも１つを備えた電気めっき設備に関する。本発明はまた、前記電極の表面で陽極反応によって酸素を発生する工程を含む、電気めっきの方法に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、水平な電解槽（cell）を備えた金属のガルバニ電着の設備に適した、酸素を発生させるための電極構造に関する。

水平な電解槽における金属のガルバニ電着のプロセスにおいて、重くて効率の良くない鉛の陽極に代わるものとして非消耗型の陽極を使用することが当分野で行われていることは周知である。不溶解性の陽極は実際に、設備の設計における高い適応性と、その結果としての高度な操作モードを可能にする。非消耗型の陽極はまた、鉛の陽極よりも高い電流密度における操作も可能にし、その結果として生産性の利点をもたらす。電気化学的な亜鉛または亜鉛合金のめっきのような慣例的な金属の電着において、陽極の反応の結果として酸素が生成する。しかし、非消耗型の陽極を使用する高い電流密度における操作によって、陽極の表面での酸素の生成量が増大する。多くの場合、電着設備には水平な電解槽が設けられていて、その場合、陰極として用いられる金属のリボンまたはワイヤが、互いに平行に配置された陽極の列の間で電解浴を横切って移動する。この場合、一般に酸素の生成量が増大することによってガスの停滞と関連する問題が生じ、その結果、電流密度が局所的に増大し、これが電着物の均質性に悪影響を及ぼす。

従って、酸素の解放を容易にするのに適していて、溶液の更新率を改善することによって陰極への陽イオンの供給を有利にし、さらには電極と溶液の接触に好都合な、改善された機械的特性を有する電極を提供することが望ましいであろう。

本発明の様々な態様が、添付する特許請求の範囲に示されている。

一つの面において、本発明は水平な電解槽を備えた電気めっき設備において酸素を発生させるための電極に関し、この電極はバルブ金属の支持体と外側の触媒層を有し、前記支持体は２〜８ｃｍ^２の範囲の面積のスリットを有する金属シートから成り、前記スリットは５〜２５ｃｍの距離で間隔が保たれている。一つの態様において、スリットは均等に離れた形態で配置されている。

驚くべきことに、発明者らは、適切な距離で配置された適当な大きさのスリットを設けると、水平な電解槽を備えた設備で電気めっき加工を行うのに用いられる陽極で酸素を発生させるための電極の作動寿命を著しく増大させる効果があることを見いだした。

一つの態様において、この電極は長方形の形を有し、そして前記のスリットは細長い形を有し、場合により、スリットの長い方の側は電極の短い方の側に対して平行に配置されている。

別の態様において、水平な電解槽を備えた電気めっき設備において酸素を発生させるための電極には、規則的に離れていて３〜５ｃｍ^２の面積を有するスリットが設けられている。

驚くべきことに、発明者らは、金属を製造するときに、スリットを特定のサイズよりも小さなサイズにして、その間隔を大きな距離にすると、何らの利点も示されないことを見いだした。このことは、小さすぎて離れたスリットは十分なガスの解放と再循環を可能にしないために起こるのであろう。逆に、大きすぎて狭い間隔のスリットは有効面積の損失を伴い、これが電着物の均質性に悪影響を及ぼす。

別の面において、水平な電解槽を備えた電気めっき設備において酸素を発生させる電極のバルブ金属はチタンであり、そして触媒層はイリジウム、タンタルおよびチタンの酸化物を含む。

別の面において、本発明は電気めっき設備のための水平な電気化学的な電解槽に関し、この電解槽は上述した通りの少なくとも１つの電極を含む。陽極の部分が２つの平行な列の陽極で構成されていて、陰極として作用する金属のリボンまたはワイヤが陽極の列の間で移動する限りにおいて、スリットは陽極の１つの列の上にだけ存在していてもよく、好ましくは上方の列の上に存在する。別の面において、本発明は上方の列の陽極と下方の列の陽極を含む電解槽に関し、それらの陽極のうちの１つは他方の陽極の上に配置されていて、そして上方の列の陽極と下方の列の陽極の間で前進移動を受ける連続した金属のリボンまたはワイヤから成る陰極を有していて、その前進する方向は陽極から成る前記の平行な列に平行であり、そして前記の少なくとも１つの電極は前記上方の列の陽極から成る陽極である。さらに別の面において、本発明は、陰極として用いられる金属のリボンまたはワイヤが前進する方向に対して直角な長い方の側を有するように配置されたスリットを有する電解槽に関する。

さらに別の面において、本発明は、電気めっき加工を行うための少なくとも１つの水平な電気化学的な電解槽を備えた電気めっき設備であって、その電解槽が上述した通りの少なくとも１つの電極を含むものに関する。

本発明を例証する幾つかの実施例を添付図面を参照して以下で説明するが、それらの説明は本発明の特定の実施例についての様々な構成要素の相互の配置を相対的に例示することだけを目的にしていて、特に、図面は必ずしも一定の縮尺で描かれてはいない。

図１は１２個のスリットを設けた本発明に係る陽極として可能性のある態様の上面図を示す。 図２は本発明に係る水平な電解槽として可能性のある態様の側面図を示す。

図１は、距離Ｃの間隔で相互に離れていて、そして周縁からの距離がＤである１２個のスリットＢを有する陽極Ａとして可能性のある態様の上面図を示す。

図２は水平な電解槽として可能性のある態様の側面図を示し、この電解槽はそれぞれが１２個のスリットを有するとともに２つの平行な列で配置された８個の陽極Ｌを有し、これらの陽極の間を陰極として作用する金属のリボンＩが移動する。電解質の浴の入口Ｅ、消耗した電解質の浴の出口Ｆ、陽極で生成した酸素の放出Ｇ、および電解質の浴の高さＨも示されている。

以下の実施例は本発明の特定の態様を証明するために提示され、その実行可能性は、数値についての特許請求の範囲において大部分が確かめられている。以下の実施例において開示された組成と技術は本発明を実施した際に良好に機能することが発明者によって発見された組成と技術を示していることが、当業者によって認められるはずであるが、しかし、当業者であれば、本開示に鑑みて、それらの開示された特定の態様において多くの変更を行うことができ、そしてそれによって発明の範囲から逸脱することなく同様の結果または類似の結果がなおも得られることを認めるはずである。

実施例１
２つの別個の層、すなわち、６５：３５の重量比（これはおよそ６３．６：３６．４のモル比に相当する）でのタンタルとイリジウムの酸化物（全体のイリジウムの添加量は１０ｇ/ｍ^２）を主成分とする第１の層（内側の層）および７８：２０：２の重量比（これはおよそ７２．６：１９．９：７．５のモル比に相当する）でのイリジウム、タンタルおよびチタンの酸化物（全体のイリジウムの添加量は３５ｇ/ｍ^２）を主成分とする第２の層（外側の層）から成る触媒被覆を設けたチタンの支持体から成る１３８０ｍｍ×２００ｍｍ×６ｍｍの大きさの１６個の陽極を、それぞれ８個の陽極から成る２つの群に細分し、これらを、亜鉛めっきされるシートの両側に２つの一致する列で平行に配置した。各々の陽極に４００ｍｍ^２の面積の１２個の細長いスリットを設け、このとき、スリットの短い方の側がシートの長手方向に対して平行に配向するように配置し、そしてスリットが１９８ｍｍの間隔で相互に離れていて、そしてシートの周縁からの距離が２５ｍｍとなるようにした。水平な電解槽を有する亜鉛めっきの設備において陽極を試験し、このとき、温度が５０℃でｐＨを２とした１００ｇ/ｌの亜鉛を入れた電解質の浴を用いて電流密度を１３ｋＡ/ｍ^２とした。２１０トンの亜鉛を付着させた後に陽極の失活が生じた。本明細書の背景において、また多くの亜鉛めっきの設備において一般に受け入れられている慣例に従って、時間が経ってから電解質の浴の抵抗降下の勾配が初期の値に対して２０％増大したときに陽極が失活したとみなされる。実際に、陽極の部分的な失活が始まったときに、電流の分布が不均一となり、それと共に、陽極の最も活性な領域において電流の集中が起きた。電流の集中は電解質の浴の抵抗降下が増大したことを決定づけ、従ってそれは、陽極の保存状態の代表的なパラメーターとなる。

比較例１
２つの別個の層、すなわち、６５：３５の重量比（これはおよそ６３．６：３６．４のモル比に相当する）でのタンタルとイリジウムの酸化物（全体のイリジウムの添加量は１０ｇ/ｍ^２）を主成分とする第１の層（内側の層）および７８：２０：２の重量比（これはおよそ７２．６：１９．９：７．５のモル比に相当する）でのイリジウム、タンタルおよびチタンの酸化物（全体のイリジウムの添加量は３５ｇ/ｍ^２）を主成分とする第２の層（外側の層）から成る触媒被覆を設けたチタンの支持体から成る１３８０ｍｍ×２００ｍｍ×６ｍｍの大きさの１６個の陽極を、それぞれ８個の陽極から成る２つの群に細分し、これらを、亜鉛めっきされるシートの両側に２つの一致する列で平行に配置した。水平な電解槽を有する亜鉛めっきの設備において陽極を試験し、このとき、温度が５０℃でｐＨを２とした１００ｇ/ｌの亜鉛を入れた電解質の浴を用いて電流密度を１３ｋＡ/ｍ^２とした。１００トンの亜鉛を付着させた後に陽極の失活が生じた。

実施例２
２つの別個の層、すなわち、６５：３５の重量比（これはおよそ６３．６：３６．４のモル比に相当する）でのタンタルとイリジウムの酸化物（全体のイリジウムの添加量は１０ｇ/ｍ^２）を主成分とする第１の層（内側の層）および７８：２０：２の重量比（これはおよそ７２．６：１９．９：７．５のモル比に相当する）でのイリジウム、タンタルおよびチタンの酸化物（全体のイリジウムの添加量は３５ｇ/ｍ^２）を主成分とする第２の層（外側の層）から成る触媒被覆を設けたチタンの支持体から成る１３８０ｍｍ×２００ｍｍ×６ｍｍの大きさの１６個の陽極を、それぞれ８個の陽極から成る２つの群に細分し、これらを、亜鉛めっきされるシートの両側に２つの一致する列で平行に配置した。各々の陽極に４００ｍｍ^２の面積の１２個の細長いスリットを設け、このとき、スリットの短い方の側がシートの長手方向に対して平行に配向するように配置し、そしてスリットが１９８ｍｍの間隔で相互に離れていて、そしてシートの周縁からの距離が２５ｍｍとなるようにした。水平な電解槽を有する亜鉛めっきの設備において陽極を試験し、このとき、温度が５０℃でｐＨを２とした１００ｇ/ｌの亜鉛を入れた電解質の浴を用いて電流密度を１０ｋＡ/ｍ^２とした。１８０トンの亜鉛を付着させた後に陽極の失活が生じた。

比較例２
２つの別個の層、すなわち、６５：３５の重量比（これはおよそ６３．６：３６．４のモル比に相当する）でのタンタルとイリジウムの酸化物（全体のイリジウムの添加量は１０ｇ/ｍ^２）を主成分とする第１の層（内側の層）および７８：２０：２の重量比（これはおよそ７２．６：１９．９：７．５のモル比に相当する）でのイリジウム、タンタルおよびチタンの酸化物（全体のイリジウムの添加量は３５ｇ/ｍ^２）を主成分とする第２の層（外側の層）から成る触媒被覆を設けたチタンの支持体から成る１３８０ｍｍ×２００ｍｍ×６ｍｍの大きさの１６個の陽極を、それぞれ８個の陽極から成る２つの群に細分し、これらを、亜鉛めっきされるシートの両側に２つの一致する列で平行に配置した。水平な電解槽を有する亜鉛めっきの設備において陽極を試験し、このとき、温度が５０℃でｐＨを２とした１００ｇ/ｌの亜鉛を入れた電解質の浴を用いて電流密度を１０ｋＡ/ｍ^２とした。１４０トンの亜鉛を付着させた後に陽極の失活が生じた。

以上の説明は本発明を限定することを意図しておらず、本発明はその範囲から逸脱することなく様々な態様に応じて用いることができ、そして本発明の範囲は添付する特許請求の範囲によってのみ確定される。

本願の明細書と特許請求の範囲を通して、「含む」（および「含んでいる」というような変形）という用語は、他の構成要素、構成部材または追加の加工工程の存在を除外することを意図していない。

文献中の検討事項、法令、資料、方策、記事、その他同種類のものは、単に本発明のための背景を提供するという目的のために本明細書に含まれる。これらの事項の何らかのもの、あるいはそれらの全てが先行技術の基礎の部分を形成していたか、あるいは、それらが、本出願の各々の請求項の優先日の前に、本発明に関連する分野において一般的な共通認識になっていた、ということは示唆されないし、表明されてもいない。

Ａ 陽極、 Ｂ スリット、 Ｃ スリットの相互の距離、 Ｄ 周縁からスリットまでの距離、 Ｅ 電解質の浴の入口、 Ｆ 消耗した電解質の浴の出口、 Ｇ 陽極で生成した酸素の放出、 Ｈ 電解質の浴の高さ、 Ｉ 陰極（金属のリボン）、 Ｌ 陽極。

Claims (10)

1. 電気めっき設備において酸素を発生させるための電極であって、バルブ金属の支持体と外側の触媒層を有し、前記支持体は２〜８ｃｍ^２の範囲の面積のスリットを有する金属板から成り、前記スリットは５〜２５ｃｍの距離で間隔が保たれている、前記電極。
2. 前記スリットは規則的に間隔が保たれている、請求項１に記載の電極。
3. 前記スリットは細長い形を有する、請求項１または２に記載の電極。
4. 前記スリットは３〜５ｃｍ^２の面積を有する、請求項１から３のいずれかに記載の電極。
5. 前記バルブ金属はチタンであり、そして前記触媒層はイリジウム、タンタルおよびチタンの酸化物を含む、請求項１から４のいずれかに記載の電極。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の少なくとも１つの電極を有する、電気めっき加工のための水平な電気化学電解槽。
7. 前記少なくとも１つの電極は、陰極として用いられる金属のリボンまたはワイヤが前進する方向に対して直角な長い方の側を有するように配置された細長いスリットを有する、請求項６に記載の電解槽。
8. ａ．一方が他方の上に配置されている、上方の列の陽極と下方の列の陽極、および
   ｂ．前記上方の列の陽極と前記下方の列の陽極の間で前進移動を受ける連続した金属のリボンまたはワイヤから成る陰極であって、その前進する方向が陽極から成る前記の平行な列に平行である前記陰極、
   を含み、
   前記の少なくとも１つの電極は前記上方の列の陽極のうちの１つの陽極である、請求項６に記載の電解槽。
9. 請求項６、７または８に記載の少なくとも１つの電解槽を備えた電気めっき設備。
10. 請求項１から５のいずれかに記載の電極の表面で陽極反応によって酸素を発生する工程を含む、電気めっきの方法。

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