JP2017137560A - Method for producing porous nickel - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing porous nickel capable of producing production cost in a method for producing porous nickel using a molten salt.SOLUTION: Provided is a method for producing porous nickel comprising: a molten salt preparation step (S1) of preparing an aluminum-containing molten salt containing aluminum fluoride together with sodium chloride and potassium chloride; an aluminum electrodeposition step (S2) of applying a potential electrodepositing aluminum to a nickel base material immersed into the aluminum-containing molten salt to form a nickel aluminide alloy layer; and an aluminum dissolution step (S3) of applying a potential dissolving aluminum and also not dissolving nickel to the nickel base material formed with the nickel aluminide alloy layer, and dissolving aluminum from the nickel aluminide alloy layer to form a porous layer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、多孔質ニッケルの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing porous nickel.

近年、燃料電池の普及により水素の製造が盛んに行われている。水素の製造には,水蒸気改質法が用いられている。その際,メタンなどと水蒸気を混合させ、ニッケル触媒を用いて水素を発生させる。ニッケル触媒には表面積を確保するために多孔質化が求められている。   In recent years, hydrogen has been actively produced with the spread of fuel cells. A steam reforming method is used for producing hydrogen. At that time, methane and water vapor are mixed and hydrogen is generated using a nickel catalyst. The nickel catalyst is required to be porous in order to secure a surface area.

多孔質ニッケルは、周知のものとしてラネーニッケルがある。ラネーニッケルは、ニッケルとアルミニウムの合金を作製後、アルミニウムを強アルカリ溶液で溶かすことで、ニッケルを多孔質化している(たとえば特許文献1)。この方法は、アルカリとアルミニウムの反応で発生する水素がニッケルに吸着してしまい、取扱いが難しい。   As for the porous nickel, Raney nickel is known. Raney nickel makes nickel porous by dissolving an aluminum with a strong alkaline solution after producing an alloy of nickel and aluminum (for example, Patent Document 1). This method is difficult to handle because hydrogen generated by the reaction between alkali and aluminum is adsorbed by nickel.

近年、このような強アルカリを用いることなく、ニッケルを多孔質化する研究が行われている。Ni−Y金属間化合物薄膜を形成させた電極に、アノード方向への電位走査を施すことで、薄膜の金属間化合物相を短時間のうちに他の相に変化させ得ることが報告されている。この方法では、LiCl−KClの溶融塩中にイットリウム(Y)を溶解させたうえで、溶融塩中に、作用極として平板状多結晶ニッケル、対極にグラッシーカーボン、参照極に銀/塩化銀電極を入れて、まず、ニッケルにイットリウムの薄膜層20μmを4時間ほどかけて形成している。その後、アノード方向への電位走査によって、ニッケルとイットリウムからなる薄膜層部分からイットリウムを溶解させることで、薄膜層部分を多孔質化している(非特許文献1)。   In recent years, research for making nickel porous without using such a strong alkali has been conducted. It has been reported that the intermetallic compound phase of the thin film can be changed to another phase in a short time by performing potential scanning in the anode direction on the electrode on which the Ni—Y intermetallic compound thin film is formed. . In this method, after dissolving yttrium (Y) in a molten salt of LiCl—KCl, flat polycrystalline nickel as a working electrode, glassy carbon as a counter electrode, and a silver / silver chloride electrode as a reference electrode in the molten salt First, a thin film layer of yttrium 20 μm is formed on nickel over 4 hours. Thereafter, the thin film layer portion is made porous by dissolving yttrium from the thin film layer portion made of nickel and yttrium by potential scanning in the anode direction (Non-patent Document 1).

特開平1−242148号公報の第1頁右下欄「(従来の技術)」の欄Japanese Patent Laid-Open No. 1-2242148, page 1, lower right column “(Conventional Technology)”

立岩健二、多田正行、伊藤靖彦「Ni−Y金属間化合物薄膜の相制御および多孔質化」、表面技術、Vol.46,No.7,1995,p.672−673Kenji Tateiwa, Masayuki Tada, Akihiko Ito “Phase Control and Porousization of Ni-Y Intermetallic Compound Thin Films”, Surface Technology, Vol. 46, no. 7, 1995, p. 672-673

非特許文献1のように溶融塩を用いた方法は、ラネーニッケルの製法のような強アルカリを用いていないため、強アルカリに起因した問題は発生しない。しかしながら、ニッケルの基板に20μmのニッケル−イットリウム薄膜層を形成するために4時間ほど時間がかかっている。また、非特許文献1によれば、ニッケル−イットリウム薄膜層はNiYであるとされている。このため、Niに対してレアアースと云われているイットリウムの使用量が多い。これらのことから溶融塩を用いた従来の多孔質ニッケルの製造方法では、製造コストが高くなる。 Since the method using the molten salt as in Non-Patent Document 1 does not use a strong alkali as in the Raney nickel manufacturing method, a problem caused by the strong alkali does not occur. However, it takes about 4 hours to form a 20 μm nickel-yttrium thin film layer on a nickel substrate. According to Non-Patent Document 1, the nickel-yttrium thin film layer is assumed to be Ni 2 Y. For this reason, there is much usage-amount of yttrium called rare earth with respect to Ni. For these reasons, the manufacturing method of the conventional porous nickel using the molten salt increases the manufacturing cost.

そこで本発明の目的は、溶融塩を用いた多孔質ニッケルの製造方法において、製造コストを低減することのできる多孔質ニッケルの製造方法を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing porous nickel that can reduce production costs in a method for producing porous nickel using a molten salt.

本発明は下記の手段により達成される。   The present invention is achieved by the following means.

(1)塩化ナトリウム、塩化カリウム、およびアルミニウムを含むアルミニウム含有溶融塩を準備する溶融塩準備段階と、
前記アルミニウム含有溶融塩中に浸漬したニッケル基材に、アルミニウムが電析する電位を印加してニッケルアルミナイド合金層を形成するアルミニウム電析段階と、
前記ニッケルアルミナイド合金層を形成した前記ニッケル基材に、アルミニウムを溶解し、かつニッケルを溶解しない電位を印加して、前記ニッケルアルミナイド合金層からアルミニウムを溶解させて多孔質層を形成するアルミニウム溶解段階と、
を有する、多孔質ニッケルの製造方法。
(1) a molten salt preparation step of preparing an aluminum-containing molten salt containing sodium chloride, potassium chloride, and aluminum;
An aluminum electrodeposition step of forming a nickel aluminide alloy layer by applying a potential at which aluminum is electrodeposited to a nickel base immersed in the aluminum-containing molten salt;
An aluminum melting step of forming a porous layer by dissolving the aluminum from the nickel aluminide alloy layer by applying a potential that dissolves aluminum and does not dissolve nickel to the nickel base material on which the nickel aluminide alloy layer is formed When,
A method for producing porous nickel, comprising:

(2)前記アルミニウム電析段階は、前記アルミニウム含有溶融塩中に参照極および対極を浸漬し、前記ニッケル基材をカソードとしたとき、前記参照極に対するカソード電位が−1.8V〜−1.2Vとなるようにし、
前記アルミニウム溶解段階は、前記アルミニウム含有溶融塩中に参照極および対極を浸漬し、前記ニッケルアルミナイド合金層が形成された前記ニッケル基材をアノードとしたとき、前記参照極に対するアノード電位が−1.25V〜−0.3Vとなるようにする、上記(1)に記載の多孔質ニッケルの製造方法。
(2) In the aluminum electrodeposition step, when a reference electrode and a counter electrode are immersed in the aluminum-containing molten salt and the nickel base is used as a cathode, the cathode potential with respect to the reference electrode is −1.8 V to −1. To be 2V,
In the aluminum dissolution step, when the reference electrode and the counter electrode are immersed in the aluminum-containing molten salt and the nickel base material on which the nickel aluminide alloy layer is formed is used as an anode, the anode potential with respect to the reference electrode is -1. The method for producing porous nickel according to the above (1), wherein 25 V to −0.3 V is set.

(3)前記溶融塩準備段階は、アルミニウム源としてフッ化アルミニウムを用いて、前記アルミニウム含有溶融塩の全量に対し前記フッ化アルミニウムの濃度を1〜5mol%にする、上記(2)に記載の多孔質ニッケルの製造方法。   (3) In the molten salt preparation step, the concentration of the aluminum fluoride is set to 1 to 5 mol% with respect to the total amount of the aluminum-containing molten salt using aluminum fluoride as an aluminum source. A method for producing porous nickel.

(4)前記溶融塩準備段階は、前記アルミニウム含有溶融塩に、さらにイットリウム、ジルコニウム、およびハフニウムのうち少なくともいずれか一つの元素を含む、上記(1)〜(3)のいずれか一つに記載の多孔質ニッケルの製造方法。   (4) The molten salt preparation step according to any one of (1) to (3), wherein the aluminum-containing molten salt further includes at least one element of yttrium, zirconium, and hafnium. Of producing porous nickel.

(5)前記溶融塩準備段階は、前記イットリウム、ジルコニウム、ハフニウムのうち少なくともいずれか一つの元素源として、フッ化イットリウム、フッ化ジルコニウム、およびフッ化ハフニウムからなる群から選択されたいずれか一つのフッ化金属を用いて、前記アルミニウム含有溶融塩の全量に対し前記いずれか一つのフッ化金属の濃度を0.01〜0.2mol%にする、上記(4)記載の多孔質ニッケルの製造方法。   (5) In the molten salt preparation step, any one element selected from the group consisting of yttrium fluoride, zirconium fluoride, and hafnium fluoride is used as an element source of at least one of yttrium, zirconium, and hafnium. The method for producing porous nickel according to (4) above, wherein the concentration of any one of the metal fluorides is 0.01 to 0.2 mol% with respect to the total amount of the aluminum-containing molten salt using a metal fluoride. .

本発明によれば、アルミニウム電析段階でニッケル基材の表面にアルミニウムを電析させることでニッケルアルミナイド合金層を形成し、アルミニウム溶融段階でニッケルアルミナイド合金層からアルミニウムを溶解させることで多孔質層を形成した。このようにアルミニウムを使用したことで溶融塩を用いた従来の多孔質ニッケルの製造方法よりも製造コストを低減することができる。   According to the present invention, a nickel aluminide alloy layer is formed by electrodepositing aluminum on the surface of a nickel substrate in an aluminum electrodeposition step, and a porous layer is formed by dissolving aluminum from the nickel aluminide alloy layer in an aluminum melting step. Formed. By using aluminum in this manner, the manufacturing cost can be reduced as compared with the conventional method for producing porous nickel using molten salt.

実施形態に係る多孔質ニッケルの製造方法を示す流れ図である。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the porous nickel which concerns on embodiment. 実施形態に係る多孔質ニッケルの製造方法に伴うニッケル基材の状態を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the state of the nickel base material accompanying the manufacturing method of the porous nickel which concerns on embodiment. Al電析段階およびAl溶解段階を行うための装置構成を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the apparatus structure for performing an Al electrodeposition stage and an Al melt | dissolution stage. Al電析後の各試料のSEM観察結果を示す図面代用写真である。It is a drawing substitute photograph which shows the SEM observation result of each sample after Al electrodeposition. カソード電位−1.5Vによる定電位電析における時間経過と電流密度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between time passage and current density in constant potential electrodeposition by cathode potential -1.5V. Al溶解後の各試料のSEM観察結果を示す図面代用写真である。It is a drawing substitute photograph which shows the SEM observation result of each sample after Al melt | dissolution. アノード電位を変化させてAl溶解を行ったときのアノード電位と電流密度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between an anode electric potential when changing an anode electric potential, and performing Al melt | dissolution, and a current density. 深さ方向の組成分布を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the composition distribution of a depth direction. アノード電位を変化させてAl溶解を行ったときのアノード電位と電流密度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between an anode electric potential when changing an anode electric potential, and performing Al melt | dissolution, and a current density. Al溶解時の時間経過と電流密度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the time passage at the time of Al melt | dissolution, and current density. Al溶解後の試料のSEM観察結果を示す図面代用写真である。It is a drawing substitute photograph which shows the SEM observation result of the sample after Al melt | dissolution. 深さ方向の組成分布を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the composition distribution of a depth direction. Al電析における単位面積当たりの質量増加量とYF濃度の関係を示すグラフである。Is a graph showing the mass increment and YF 3 concentration relationship per unit area in Al Electrodeposition.

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面における各部材の大きさや比率は説明の都合上誇張されており、実際の大きさや比率とは異なることがある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In addition, the size and ratio of each member in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may be different from the actual size and ratio.

図1は、実施形態に係る多孔質ニッケルの製造方法を示す流れ図である。また、図2は、実施形態に係る多孔質ニッケルの製造方法に伴うニッケル基材の状態を説明するための概略断面図である。   FIG. 1 is a flowchart showing a method for producing porous nickel according to an embodiment. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining the state of the nickel base material associated with the method for producing porous nickel according to the embodiment.

<溶融塩準備段階>
多孔質ニッケルの製造方法は、まずAl含有NaCl−KCl溶融塩を準備する(S1)。これには、塩化ナトリウム(NaCl)および塩化カリウム(KCl)とともに、アルミニウム(Al)源としてフッ化アルミニウム(AlF)を用意する。これらをそれぞれ所定量坩堝などの耐熱容器に入れて加熱することでAl含有NaCl−KCl溶融塩を得る。なお、この溶融塩準備段階は、NaCl−KClを加熱して溶融塩を用意し、この溶融塩中にフッ化アルミニウム(AlF)を溶解させてもよい。
<Molten salt preparation stage>
In the method for producing porous nickel, first, an Al-containing NaCl-KCl molten salt is prepared (S1). For this purpose, aluminum fluoride (AlF 3 ) is prepared as an aluminum (Al) source together with sodium chloride (NaCl) and potassium chloride (KCl). Each of these is placed in a heat-resistant container such as a predetermined amount of crucible and heated to obtain an Al-containing NaCl-KCl molten salt. In this molten salt preparation step, NaCl-KCl may be heated to prepare a molten salt, and aluminum fluoride (AlF 3 ) may be dissolved in the molten salt.

NaClは融点800℃、KClは融点776℃である。またNaCl−KCl混合塩(混合モル比1:1)は融点660℃である。したがって、溶融塩を準備する際には、NaCl−KClを等モル量とすることで、融点が低くなり溶解させやすくなる。これらの融点から、溶融塩の温度はたとえば、660℃〜950℃程度とすればよい。なお、ニッケル(Ni)の融点は1455℃、アルミニウム(Al)の融点は660℃である。このため溶融塩の温度が660℃〜950℃であれば、Alは溶けるがNiが溶けることはない。また、後述するニッケルアルミナイド合金層を形成するNiAlの融点は1638℃である。したがって溶融塩の温度がこの範囲であれば形成されたニッケルアルミナイド合金層がそのまま溶けてしまうこともない。   NaCl has a melting point of 800 ° C. and KCl has a melting point of 776 ° C. The NaCl-KCl mixed salt (mixing molar ratio 1: 1) has a melting point of 660 ° C. Therefore, when preparing the molten salt, by making the NaCl-KCl an equimolar amount, the melting point is lowered and the molten salt is easily dissolved. From these melting points, the temperature of the molten salt may be about 660 ° C. to 950 ° C., for example. Note that nickel (Ni) has a melting point of 1455 ° C. and aluminum (Al) has a melting point of 660 ° C. For this reason, when the temperature of the molten salt is 660 ° C. to 950 ° C., Al dissolves but Ni does not dissolve. The melting point of NiAl forming the nickel aluminide alloy layer described later is 1638 ° C. Therefore, if the temperature of the molten salt is within this range, the formed nickel aluminide alloy layer does not melt as it is.

この溶融塩中のAlFの濃度は、後述するAl電析段階においてNiとAlとの合金が形成される濃度であればよく、特に限定されない。たとえば溶融塩の全量(100mol%)に対して、1mol%〜5mol%もあれば十分である。好ましくは後述する実施例から3.5mol%である。 The concentration of AlF 3 in the molten salt is not particularly limited as long as it is a concentration at which an alloy of Ni and Al is formed in the Al electrodeposition step described later. For example, 1 mol% to 5 mol% is sufficient with respect to the total amount (100 mol%) of the molten salt. Preferably it is 3.5 mol% from the Example mentioned later.

この溶融塩準備段階では溶融塩中に、さらにイットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、およびハフニウム(Hf)のうち少なくともいずれか一つのレアアース(元素)を添加してもよい。これらの元素源としては、たとえば、フッ化イットリウム(YF)、フッ化ジルコニウム(ZrF)、およびフッ化ハフニウム(HfF)からなる群から選択されたいずれか一つのフッ化金属を使用する。これらを添加する際はNaCl、KCl、およびAlFと共にこれらフッ化金属を耐熱容器に入れて加熱、溶解すればよい。 In the molten salt preparation stage, at least one rare earth (element) of yttrium (Y), zirconium (Zr), and hafnium (Hf) may be further added to the molten salt. As these element sources, for example, any one metal fluoride selected from the group consisting of yttrium fluoride (YF 3 ), zirconium fluoride (ZrF 4 ), and hafnium fluoride (HfF 4 ) is used. . When these are added, these metal fluorides may be placed in a heat-resistant container and heated and dissolved together with NaCl, KCl, and AlF 3 .

これらフッ化金属の濃度は溶融塩の全量(100mol%)に対してフッ化金属を、たとえば0.01〜0.2mol%とする。フッ化金属の濃度をこのような範囲とする理由は、下限については、後述する実施例からレアアースを全く入れなくても多孔質化は可能である。したがって、レアアースを添加する場合の下限は0mol%を超えて添加すればよい。ただ、あまりにも少ないと多孔質化を促進する効果が期待できないため、0.01mol%程度としたものである。一方、上限は、レアアースを多く添加するとAlの電析が抑制されるため、後述する実施例から0.2mol%以下とすることが好ましい。   The concentration of these metal fluorides is, for example, 0.01 to 0.2 mol% with respect to the total amount of molten salt (100 mol%). The reason for setting the concentration of the metal fluoride in such a range is that the lower limit can be made porous even if rare earth is not added at all from Examples described later. Therefore, the lower limit in the case of adding rare earth may be added exceeding 0 mol%. However, if the amount is too small, the effect of promoting porosity cannot be expected, so the amount is about 0.01 mol%. On the other hand, the upper limit is preferably set to 0.2 mol% or less from the examples described later, since addition of a large amount of rare earth suppresses electrodeposition of Al.

このようにレアアースを添加した場合でも、その濃度は低くてよい。これは従来技術(非特許文献1)のように、NiとYからなるような合金の作製を目的としていないためである。   Even when rare earth is added in this way, the concentration may be low. This is because, unlike the prior art (Non-Patent Document 1), it is not intended to produce an alloy composed of Ni and Y.

<Al電析段階>
次に、このAl含有NaCl−KCl溶融塩(レアアースを含む場合も含む。以下同様)中に浸漬したNi基材にカソード電位を印加して、Ni基材にAlを電析させる(S2)。
<Al electrodeposition stage>
Next, a cathode potential is applied to the Ni substrate immersed in the Al-containing NaCl-KCl molten salt (including cases where rare earth is included; the same applies hereinafter) to deposit Al on the Ni substrate (S2).

このAl電析段階は、あらかじめ溶融塩準備段階において、図2(a)に示す多孔質化するNi基材101を、加熱前に作用極としてセットしておく。同様に参照極と対極もセットしておく。このときNi基材101を含む各電極は、加熱により溶融塩となった後に、溶融塩に浸漬する位置にセットする。なお、これに代えて、加熱により溶融塩となってからNi基材を含めて各電極を溶融塩に浸漬するようにしてもよい。   In the Al electrodeposition stage, the Ni base 101 to be made porous as shown in FIG. 2A is set as a working electrode before heating in the molten salt preparation stage in advance. Similarly, a reference electrode and a counter electrode are also set. At this time, each electrode including the Ni base material 101 is set to a position where it is immersed in the molten salt after being converted into a molten salt by heating. Instead of this, each electrode including the Ni base material may be immersed in the molten salt after it has been converted into a molten salt by heating.

作用極(Ni基材101でありここではカソードとなる)、対極(ここではアノードとなる)、および参照極は電源制御装置(ポテンショスタット)に接続する。   The working electrode (Ni base 101, which is the cathode here), the counter electrode (here, the anode), and the reference electrode are connected to a power supply control device (potentiostat).

Al電析段階における溶融塩の温度は、溶融塩を準備したときと同じでよく、たとえば660℃〜950℃である。   The temperature of the molten salt in the Al electrodeposition step may be the same as when the molten salt is prepared, and is, for example, 660 ° C to 950 ° C.

そして、Ni基材101をカソードとして参照極との間に電位を印加する。これによりNi基材101上にAlを電析させ、図2(b)に示すように、ニッケルアルミナイド合金層(以下NiAl層という)102を形成する。   A potential is applied between the Ni base 101 as a cathode and the reference electrode. As a result, Al is electrodeposited on the Ni base 101, and as shown in FIG. 2B, a nickel aluminide alloy layer (hereinafter referred to as NiAl layer) 102 is formed.

Alの電析には、カソード電位をAlの還元電位域である−1.8V〜−1.2Vの範囲(カソード−参照極間電位)とすることが好ましい。その理由は、このようなカソード電位の範囲においてカソードとアノードとの間に電流が流れて、Alの電析が起こるからである。Alの電析時間は、Alイオン(Al)の濃度によって異なる。また電析により形成したいNiAl層102の厚さによっても異なるので一概には言えないが、カソード電位をたとえば後述する実施例から、−1.5Vとした場合、電析時間は、定電位電析の場合、1.5ks〜3.6ks程度(ただし1ks=1000秒。以下同じ)で、10〜100μm程度の厚さのNiAl層102を形成することができる。なお、この時間はあまり長くしても、電析反応自体が飽和してしまう(カソード分極電流が流れなくなる)。このためAl電析時間は3.6ks以上としてもあまり意味はない。 For the electrodeposition of Al, the cathode potential is preferably in the range of −1.8 V to −1.2 V (the potential between the cathode and the reference electrode) which is the Al reduction potential region. The reason is that an electric current flows between the cathode and the anode in such a range of the cathode potential, and Al electrodeposition occurs. The electrodeposition time of Al varies depending on the concentration of Al ions (Al + ). Further, since it varies depending on the thickness of the NiAl layer 102 to be formed by electrodeposition, it cannot be generally stated. However, when the cathode potential is -1.5 V, for example, from an example described later, the electrodeposition time is constant potential electrodeposition. In this case, the NiAl layer 102 having a thickness of about 10 to 100 μm can be formed at about 1.5 ks to 3.6 ks (however, 1 ks = 1000 seconds, the same applies hereinafter). Even if this time is too long, the electrodeposition reaction itself is saturated (cathode polarization current stops flowing). For this reason, even if the Al electrodeposition time is 3.6 ks or more, it does not make much sense.

Al電析段階は不活性ガス雰囲気(たとえばアルゴンガスを流す)で行うことが好ましい。これは溶融塩が水分を吸収しないようにするためである。   The Al electrodeposition step is preferably performed in an inert gas atmosphere (for example, flowing argon gas). This is to prevent the molten salt from absorbing moisture.

なお、実施例においては、Al含有NaCl−KCl溶融塩中の参照極を0Vとすれば、Ni基材101側が−1.8V〜−1.2Vとなるようにして、Ni基材101と対極との間に電流を流すように制御することになる。   In the examples, assuming that the reference electrode in the Al-containing NaCl-KCl molten salt is 0 V, the Ni substrate 101 side is set to −1.8 V to −1.2 V so that the Ni substrate 101 and the counter electrode are counter electrodes. The current is controlled to flow between the two.

これらのアノード電位および電析時間は、レアアースを添加した場合も同じでよい。   These anode potential and electrodeposition time may be the same when rare earth is added.

<Al溶解段階>
次に、NiAl層を形成したNi基材に、Alを溶解しかつNiを溶解しないアノード電位を印加して、NiAl層からAl(レアアースがある場合はそれを含めて)を溶解させて多孔質層を形成する(S3)。
<Al dissolution stage>
Next, an anode potential that dissolves Al and does not dissolve Ni is applied to the Ni base material on which the NiAl layer is formed, and Al (including rare earth, if any) is dissolved from the NiAl layer to make it porous. A layer is formed (S3).

このAl溶解段階は、NaCl−KCl溶融塩の中に浸漬したNiAl層付Ni基材101aをアノードとして、参照極との間に電位を印加する。このとき印加する電位はAlを溶解し、かつNiを溶解しない電位とするのである。これによりNiAl層102からAlを溶解させる。これにより、図2(c)に示すように、NiAl層102(合金)からAl成分が抜けてAlの抜けた部分が孔になったNiの多孔質層103が出来上がる。   In this Al dissolution step, a potential is applied between the Ni substrate 101a with a NiAl layer immersed in a NaCl-KCl molten salt as an anode and a reference electrode. The potential applied at this time is such that Al is dissolved and Ni is not dissolved. Thereby, Al is dissolved from the NiAl layer 102. As a result, as shown in FIG. 2 (c), an Al component is removed from the NiAl layer 102 (alloy), and a Ni porous layer 103 in which the portion from which Al is removed becomes a hole is completed.

Al溶解段階における溶融塩の温度も、溶融塩を準備したとき、およびAl電析段階と同じでよく、たとえば660℃〜950℃である。   The temperature of the molten salt in the Al melting stage may be the same as when the molten salt is prepared and in the Al electrodeposition stage, for example, 660 ° C. to 950 ° C.

このAl溶解段階において印加するアノード電位は、後述する実施例から−1.25V〜−0.3Vとする。−0.3Vを超えて印加すると、Niも溶解してしまうので多孔質化できなくなる。一方、−1.25V未満としても、Alの溶解は起きないので、それ以下にする意味がない。また、このAlを溶解するための時間は、たとえば1.0ks〜3.6ksであることが好ましい。   The anode potential applied in this Al melting stage is set to -1.25V to -0.3V from the examples described later. When the voltage exceeds −0.3 V, Ni is also dissolved, so that it cannot be made porous. On the other hand, even if it is less than -1.25V, since dissolution of Al does not occur, there is no point in making it lower. Moreover, it is preferable that the time for melt | dissolving this Al is 1.0ks-3.6ks, for example.

なお、実施例においては、NaCl−KCl溶融塩中の参照極を0Vとすれば、NiAl層付Ni基材101a側が−1.25V〜−0.3Vとなるように、NiAl層付Ni基材101aと対極との間に電流を流すように制御することになる。   In the examples, when the reference electrode in the NaCl-KCl molten salt is set to 0V, the Ni substrate with NiAl layer is set so that the Ni substrate 101a side with NiAl layer becomes -1.25V to -0.3V. Control is performed so that a current flows between 101a and the counter electrode.

これらのアノード電位および溶解時間は、レアアースを添加した場合も同じでよい。   These anode potentials and dissolution times may be the same when rare earth is added.

Al溶解段階においても、不活性ガス雰囲気(たとえばアルゴンガスを流す)で行うことが好ましい。これは溶融塩が水分を吸収しないようにするためである。   Even in the Al dissolution stage, it is preferable to carry out in an inert gas atmosphere (for example, flowing argon gas). This is to prevent the molten salt from absorbing moisture.

このAl溶解段階は、Al電析段階から連続して行ってもよい。連続して行う場合は、Al電析段階中はNi基材側がカソードとなるようにし、Al溶解段階中はアノードとなるように制御すればよい。また連続して行う場合は、溶融塩中にAlが残っている状態でもよい。また、連続して行う場合、溶融塩の温度は各段階を通して同じでよい。   This Al dissolution step may be performed continuously from the Al electrodeposition step. When performing continuously, it may be controlled so that the Ni substrate side becomes the cathode during the Al electrodeposition stage and the anode during the Al dissolution stage. Moreover, when performing continuously, the state in which Al remains in molten salt may be sufficient. Moreover, when it carries out continuously, the temperature of molten salt may be the same throughout each step.

もちろん、Al溶解段階は、Al電析段階とは別に行ってもよい。別に行う場合、溶融塩は等モル量のNaCl−KCl(NaCl:KCl=1モル:1モル)を使用すればよい。ただし、Alの溶解に伴ってNaCl−KCl溶融塩中にAl成分が溶け出してくる。このため初めからNaCl−KCl溶融塩中にAl成分を含んでいても差し支えない。これは上述したようにNiAl層102からAlを溶解させる条件はアノード電位の範囲で決まり、溶融塩中のAl濃度には依存しないためである。別々に行う場合、溶融塩の温度は各段階で異なっていてもよいし、同じでもよい。Al電解段階と別に行う場合は、NaCl、KClを耐熱容器に入れて加熱前からNiAl層を形成したNi基材を含めて各電極をセットするようにしてもよい。このとき各電極は、溶融塩となった後に溶融塩に浸漬する位置にセットする。また、加熱により溶融塩となってから、NiAl層を形成したNi基材を含めて各電極を溶融塩に浸漬するようにしてもよい。   Of course, the Al dissolution stage may be performed separately from the Al electrodeposition stage. When carried out separately, the molten salt may use an equimolar amount of NaCl-KCl (NaCl: KCl = 1 mol: 1 mol). However, the Al component is dissolved in the NaCl-KCl molten salt as the Al is dissolved. For this reason, the Al component may be contained in the NaCl-KCl molten salt from the beginning. This is because, as described above, the condition for dissolving Al from the NiAl layer 102 is determined by the range of the anode potential and does not depend on the Al concentration in the molten salt. When carried out separately, the temperature of the molten salt may be different at each stage or the same. When performing separately from the Al electrolysis step, NaCl and KCl may be put in a heat-resistant container and each electrode may be set including a Ni base material on which a NiAl layer is formed before heating. At this time, each electrode is set at a position where it is immersed in the molten salt after becoming a molten salt. Moreover, after it becomes molten salt by heating, each electrode including the Ni base material on which the NiAl layer is formed may be immersed in the molten salt.

以上のようにして、ニッケル基材上に多孔質層が出来上がるので、溶融塩中から取り出し、冷却後、十分に洗浄する。   As described above, since the porous layer is formed on the nickel base material, the porous layer is taken out from the molten salt, and is sufficiently washed after being cooled.

次に、装置構成について説明する。   Next, the apparatus configuration will be described.

図3は、Al電析段階およびAl溶解段階を行うための装置構成を説明するための概略図である。なお、ここで説明する装置(電析溶解装置)はあくまでもAlの電析および溶解を行うための一例であり、本発明を実施するために必要な装置構成がこのような装置構成に限定されるものではない。   FIG. 3 is a schematic diagram for explaining an apparatus configuration for performing the Al electrodeposition stage and the Al dissolution stage. In addition, the apparatus (electrodeposition dissolution apparatus) demonstrated here is an example for performing the electrodeposition and melting | dissolving of Al to the last, and an apparatus structure required in order to implement this invention is limited to such an apparatus structure. It is not a thing.

電析溶解装置200は、電気炉201内に石英管202が備えられている。石英管202内にはアルミナ坩堝203が備えられている。アルミナ坩堝203内に溶融塩100が収納される。溶融塩100には、参照極211(R.E.)、対極212(C.E.)、作用極213(W.E.)、および温度センサー214が浸漬される。   The electrodeposition melting apparatus 200 includes a quartz tube 202 in an electric furnace 201. An alumina crucible 203 is provided in the quartz tube 202. The molten salt 100 is stored in the alumina crucible 203. A reference electrode 211 (RE), a counter electrode 212 (CE), a working electrode 213 (WE), and a temperature sensor 214 are immersed in the molten salt 100.

電気炉201は電気炉制御装置220によって炉内温度が制御される。電気炉制御装置220には温度センサー214が接続されている。電気炉制御装置220は、温度センサー214からの温度検出信号により溶融塩100の温度を検知して、所望の温度となるように炉内温度を制御する。温度センサー214は、たとえば熱電対であり、溶融塩100内に熱電対が浸漬され、その温度に応じた起電力(電圧)を電気炉制御装置220に温度に応じた信号として伝達する。なお、温度センサー214は熱電対以外でもよく、たとえば赤外線温度センサーなどであってもよい。   The furnace temperature of the electric furnace 201 is controlled by the electric furnace control device 220. A temperature sensor 214 is connected to the electric furnace control device 220. The electric furnace control device 220 detects the temperature of the molten salt 100 based on the temperature detection signal from the temperature sensor 214, and controls the furnace temperature so that it becomes a desired temperature. The temperature sensor 214 is, for example, a thermocouple. The thermocouple is immersed in the molten salt 100, and an electromotive force (voltage) corresponding to the temperature is transmitted to the electric furnace control device 220 as a signal corresponding to the temperature. The temperature sensor 214 may be other than a thermocouple, for example, an infrared temperature sensor.

参照極211、対極212、および作用極213は、ポテンショスタット210に接続されており、参照極作用極間の電圧、対極作用極間の電流などを制御する。参照極211は、溶融塩100中における電解反応に使用可能な公知の参照極211を使用することができる。参照極211はたとえば、セラミック製のさや管を用意し、このさや管内に、等モル量のNaCl−KClと、全量に対して10mol%となるAgClを入れて混合塩浴を作り、この混合塩浴中に銀(Ag)ロッドを浸漬したものを使用することができる。すなわち、Ag/AgCl(0.1)参照極となる。対極は、たとえば管状黒鉛等を好ましく用いることができる。そしてNi基材101は、作用極213としてポテンショスタット210と電気的導通を取るように接続されている。   The reference electrode 211, the counter electrode 212, and the working electrode 213 are connected to the potentiostat 210, and control the voltage between the reference electrode working electrode, the current between the counter electrode working electrodes, and the like. As the reference electrode 211, a known reference electrode 211 that can be used for the electrolytic reaction in the molten salt 100 can be used. As the reference electrode 211, for example, a ceramic sheath tube is prepared, and in this sheath tube, an equimolar amount of NaCl-KCl and AgCl of 10 mol% with respect to the total amount are made to form a mixed salt bath, and this mixed salt What immersed the silver (Ag) rod in the bath can be used. That is, it becomes an Ag / AgCl (0.1) reference electrode. For example, tubular graphite can be preferably used as the counter electrode. The Ni base 101 is connected to the potentiostat 210 as the working electrode 213 so as to be electrically connected.

石英管202は、蓋部204が取り付けられていて、蓋部204は石英管202を密閉できるようになっている。蓋部204には、開口(不図示)が設けられており、石英管202内部へ様々な部材を挿入することができるようになっている。開口は耐熱部材(不図示)により挿入物を取り囲んで蓋部204を密閉している。挿入物は、ここでは参照極211、対極212、作用極213、および温度センサー214である。石英管202にはアルゴン(Ar)を石英管202内部に導入するためのガス導入口205と、排気管206が設けられている。なお、石英管202は、溶融塩100の温度保持と不純物の混入を防ぐためのものであるので、石英管202に代えて、加熱時に内部の溶融塩100に不純物などが混入しないものであれば、石英以外の素材であっても使用可能である。   The quartz tube 202 has a lid portion 204 attached thereto, and the lid portion 204 can seal the quartz tube 202. The lid portion 204 is provided with an opening (not shown) so that various members can be inserted into the quartz tube 202. The opening surrounds the insert by a heat-resistant member (not shown) and seals the lid 204. The inserts here are a reference electrode 211, a counter electrode 212, a working electrode 213, and a temperature sensor 214. The quartz tube 202 is provided with a gas inlet 205 for introducing argon (Ar) into the quartz tube 202 and an exhaust tube 206. Note that the quartz tube 202 is for maintaining the temperature of the molten salt 100 and preventing impurities from entering, so that instead of the quartz tube 202, any impurities or the like that do not enter the molten salt 100 inside during heating can be used. Even materials other than quartz can be used.

アルミナ坩堝203は、石英管202内部で溶融塩100を保持する耐熱容器である。アルミナ坩堝203についても溶融塩100中に不純物を混入させるおそれがなければ他の素材の耐熱容器であってもよい。   The alumina crucible 203 is a heat-resistant container that holds the molten salt 100 inside the quartz tube 202. The alumina crucible 203 may also be a heat-resistant container made of other materials as long as there is no risk of impurities being mixed into the molten salt 100.

このような電析溶解装置200を用いて、Al電析からAl溶融までを一連の処理として実施することができる。   Using such an electrodeposition dissolution apparatus 200, a process from Al electrodeposition to Al melting can be carried out as a series of processes.

この電析溶解装置200を用いた各段階の操作は次のように行う。   Operation at each stage using the electrodeposition dissolution apparatus 200 is performed as follows.

まず、溶融塩準備段階として、アルミナ坩堝203にNaCl、KCl、AlF、および必要に応じてYF、ZrF、HfFなどのフッ化金属を必要量入れて、これを石英管202内に載置する。そして作用極213のNi基材101、参照極211、および対極212が溶融塩100をセットして蓋をする。作用極213のNi基材101、参照極211、および対極212は、溶融塩100になった後に溶融塩100中に確実に浸漬する位置にセットする。その後、Arガスを導入して石英管202内をAr雰囲気としつつ加熱する。加熱は電気炉制御装置220に溶融塩100の温度が所定の温度となるようにセットし自動制御することになる。もちろん溶融塩100の温度を監視しつつ手動により溶融塩100の温度が所望の温度となるように電気炉201を制御してもよい。 First, as a molten salt preparation stage, a required amount of metal fluoride such as NaCl, KCl, AlF 3 and, if necessary, YF 3 , ZrF 4 , HfF 4 is put in the alumina crucible 203, and this is put in the quartz tube 202. Place. The Ni base 101, the reference electrode 211, and the counter electrode 212 of the working electrode 213 set the molten salt 100 and cover it. The Ni base 101, the reference electrode 211, and the counter electrode 212 of the working electrode 213 are set at a position where the working electrode 213 is surely immersed in the molten salt 100 after becoming the molten salt 100. Thereafter, Ar gas is introduced and the quartz tube 202 is heated while maintaining an Ar atmosphere. Heating is automatically controlled by setting the temperature of the molten salt 100 to a predetermined temperature in the electric furnace controller 220. Of course, the electric furnace 201 may be controlled manually so that the temperature of the molten salt 100 becomes a desired temperature while monitoring the temperature of the molten salt 100.

溶融塩100の温度が所望の温度に達した後、Al電析段階として、作用極213および参照極211が、上述したAl電析段階の電位となるようにポテンショスタット210により制御する。所定時間経過後、Ni基材101を引き上げて水(または塩分を溶かす溶媒)で洗浄する。   After the temperature of the molten salt 100 reaches a desired temperature, the potentiostat 210 controls the working electrode 213 and the reference electrode 211 as the Al electrodeposition stage so as to be at the potential of the Al electrodeposition stage described above. After a predetermined time has elapsed, the Ni substrate 101 is pulled up and washed with water (or a solvent that dissolves salt).

Al溶融段階は、アルミナ坩堝203に等モル量のNaClとKClを入れて、これを石英管202内に載置する。そして、NiAl層付Ni基材の作用極213、参照極211、および対極212をセットして蓋をする。NiAl層付Ni基材の作用極213、参照極211、および対極212は、溶融塩100になった後に溶融塩100中に確実に浸漬する位置にセットする。その後、Arガスを導入して石英管202内をAr雰囲気としつつ加熱する。加熱は電気炉制御装置220に溶融塩100の温度が所定の温度となるようにセットし自動制御することになる。もちろん溶融塩100の温度を監視しつつ手動により溶融塩100の温度が所望の温度となるように電気炉201を制御してもよい。溶融塩100の温度が所望の温度に達した後、Al溶融段階として、作用極213および参照極211が、上述したAl溶解段階の電位となるようにポテンショスタット210により制御する。所定時間経過後、NiAl層付Ni基材を引き上げて水(または塩分を溶かす溶媒)で洗浄する。   In the Al melting stage, equimolar amounts of NaCl and KCl are placed in an alumina crucible 203 and placed in the quartz tube 202. Then, the working electrode 213, the reference electrode 211, and the counter electrode 212 of the Ni base material with NiAl layer are set and covered. The working electrode 213, the reference electrode 211, and the counter electrode 212 of the Ni base material with the NiAl layer are set at positions where the molten salt 100 is surely immersed in the molten salt 100 after the molten salt 100 is formed. Thereafter, Ar gas is introduced and the quartz tube 202 is heated while maintaining an Ar atmosphere. Heating is automatically controlled by setting the temperature of the molten salt 100 to a predetermined temperature in the electric furnace controller 220. Of course, the electric furnace 201 may be controlled manually so that the temperature of the molten salt 100 becomes a desired temperature while monitoring the temperature of the molten salt 100. After the temperature of the molten salt 100 reaches a desired temperature, the potentiostat 210 controls the working electrode 213 and the reference electrode 211 as the Al melting stage so as to be at the potential of the Al melting stage described above. After a predetermined time has passed, the Ni substrate with NiAl layer is pulled up and washed with water (or a solvent that dissolves salt).

なお、Al電析からAl溶融までを連続して行うこともできる。連続して行う場合は、Al電析に要する時間経過後、Ni基材を引き上げることなく、作用極213(Ni基材)および参照極211が、上述したAl溶解段階の電位となるようにポテンショスタット210で制御すればよい。   In addition, it can also perform continuously from Al electrodeposition to Al fusion | melting. When performing continuously, after the time required for Al electrodeposition, the potentiometer 213 (Ni base material) and the reference electrode 211 are made to have the potential of the above-described Al dissolution stage without pulling up the Ni base material. What is necessary is just to control by the stat 210.

上述した電析溶解装置(以下単に装置という)を用いて、上記同様の操作により以下の試験を行った。   Using the above-described electrodeposition dissolution apparatus (hereinafter simply referred to as “apparatus”), the following tests were performed by the same operation as described above.

実施例および比較例は、NaCl、KCl、AlF、およびレアアース(YFまたはZrF)が表1に示す濃度(溶融塩全体を100mol%とする)となる溶融塩を調整した。 In Examples and Comparative Examples, NaCl, KCl, AlF 3 , and a rare earth (YF 3 or ZrF 4 ) were prepared as molten salts having concentrations shown in Table 1 (the total molten salt was 100 mol%).

溶融塩には、Ag/AgCl(0.1)参照極、管状黒鉛の対極、および試料となるNi基材を作用極として浸漬した(参照極および対極は全ての試験で同じである)。Ni基材は、縦10mm、横10mm、厚さ1mmとした。このNi基材を作用極となるようにポテンショスタットの配線と電気的に接続した。なお、上記のNi基材の大きさは、各試験を行うために用いた試料の大きさであって、坩堝に入る大きさであれば特に制限はない。   In the molten salt, an Ag / AgCl (0.1) reference electrode, a counter electrode of tubular graphite, and a Ni substrate as a sample were immersed as a working electrode (the reference electrode and the counter electrode are the same in all tests). The Ni substrate was 10 mm long, 10 mm wide, and 1 mm thick. This Ni substrate was electrically connected to the potentiostat wiring so as to be a working electrode. In addition, the magnitude | size of said Ni base material is a magnitude | size of the sample used in order to perform each test, Comprising: If it is the magnitude | size which can enter a crucible, there will be no restriction | limiting in particular.

(試験1)
実施例1および2の溶融塩を用いてAl電析を行った。実施例1については、それぞれ別のNi基材からなる試料を用いて、カソード電位を−1.4V、−1.5V、−1.6Vとした3つの試験を行った。実施例2についてはカソード電位を−1.5Vとした。いずれもカソード電位を一定にした定電位電析である。それぞれのAl電析時間は3.6ksとした。また、Al電析中の溶融塩温度は900℃とした。
(Test 1)
Al electrodeposition was performed using the molten salts of Examples 1 and 2. For Example 1, three tests were performed using cathode samples of -1.4V, -1.5V, and -1.6V, respectively, using samples made of different Ni substrates. In Example 2, the cathode potential was set to -1.5V. Both are constant potential electrodepositions with a constant cathode potential. Each Al electrodeposition time was 3.6 ks. The molten salt temperature during Al electrodeposition was 900 ° C.

Al電析後の各試料を自動精密切断機で深さ方向に切断し、断面を研磨紙により研磨処理したサンプルについて、走査電子顕微鏡(SEM)(日本電子社製JXA−8230、加速電圧15kV、反射電子検出)で観察した。   Each sample after Al electrodeposition was cut in the depth direction with an automatic precision cutting machine, and the cross-section of the sample was polished with abrasive paper. A scanning electron microscope (SEM) (JXA-8230 manufactured by JEOL Ltd., acceleration voltage 15 kV, Observation by backscattered electron detection).

図4は、Al電析後の各試料のSEM観察結果を示す図面代用写真である。図4(a)は実施例1のカソード電位−1.4VによるAl電析後の断面であり、図4(b)は実施例1のカソード電位−1.5VによるAl電析後の断面であり、図4(c)は実施例1のカソード電位−1.6VによるAl電析後の断面であり、図4(d)は実施例2のカソード電位−1.5VによるAl電析後の断面である。   FIG. 4 is a drawing-substituting photograph showing SEM observation results of each sample after Al electrodeposition. 4A is a cross section after Al electrodeposition at a cathode potential of −1.4 V in Example 1, and FIG. 4B is a cross section after Al electrodeposition at a cathode potential of −1.5 V in Example 1. FIG. 4 (c) is a cross section after Al electrodeposition at a cathode potential of −1.6V in Example 1, and FIG. 4 (d) is a cross section after Al electrodeposition at a cathode potential of −1.5V in Example 2. It is a cross section.

図4(a)に示した実施例1の溶融塩を用いてカソード電位−1.4VでAl電析した場合のNiAl層の厚さは、36.8μmであった。   The thickness of the NiAl layer in the case where Al was electrodeposited at a cathode potential of −1.4 V using the molten salt of Example 1 shown in FIG. 4A was 36.8 μm.

図4(b)に示した実施例1の溶融塩を用いてカソード電位−1.5VでAl電析した場合のNiAl層の厚さは、88.0μmであった。   The thickness of the NiAl layer in the case where Al was electrodeposited at a cathode potential of −1.5 V using the molten salt of Example 1 shown in FIG. 4B was 88.0 μm.

図4(c)に示した実施例1の溶融塩を用いてカソード電位−1.6VでAl電析した場合のNiAl層の厚さは、127.2μmであった。   The thickness of the NiAl layer was 127.2 μm when Al electrodeposition was performed at a cathode potential of −1.6 V using the molten salt of Example 1 shown in FIG.

図4(d)に示した実施例2の溶融塩を用いてカソード電位−1.5VでAl電析した場合のNiAl層の厚さは、70.2μmであった。   The thickness of the NiAl layer in the case where Al was electrodeposited at a cathode potential of −1.5 V using the molten salt of Example 2 shown in FIG. 4D was 70.2 μm.

なお、それぞれのNiAl層の厚さは、図4(a)〜(d)の各SEM写真上のNiAl層部分の厚さを3点計測し、SEM写真上のスケールバーを基に換算した値の平均値である。   The thickness of each NiAl layer is a value obtained by measuring the thickness of the NiAl layer portion on each SEM photograph of FIGS. 4A to 4D and converting it based on the scale bar on the SEM photograph. Is the average value.

この結果から、Al電析の時間が同じ場合、カソード電位を変えることで、NiAl層の厚さを変えられることがわかる。また、実施例1のカソード電位−1.5Vと実施例2を比較すると、YFの濃度を変えてもAl電析のカソード電位、時間が同じであれば、実施例1の各カソード電位を変えた場合よりも厚さの違いは少ないことがわかる。したがって、NiAl層の制御は、YFの濃度を変えるよりも、カソード電位を変えることの方が効果的である。 From this result, it can be seen that when the Al deposition time is the same, the thickness of the NiAl layer can be changed by changing the cathode potential. Further, when comparing the cathode potential of -1.5 V of Example 1 and Example 2, if the cathode potential and time of Al deposition are the same even if the concentration of YF 3 is changed, each cathode potential of Example 1 is It can be seen that the difference in thickness is less than that when changing. Therefore, it is more effective to control the NiAl layer by changing the cathode potential than by changing the concentration of YF 3 .

また、Al電析後、表面を目視により観察したところ、できあがったNiAl層は、Ni基材のすべての面に形成されていた。このことは、Ni基材はどのような形状であっても、Ni基材を溶融塩に接触させることができればその表面を多孔質化できることを示している。   Moreover, when the surface was observed visually after Al electrodeposition, the completed NiAl layer was formed on all surfaces of the Ni substrate. This indicates that whatever the shape of the Ni substrate, the surface can be made porous if the Ni substrate can be brought into contact with the molten salt.

(試験2)
実施例1〜3および比較例1の溶融塩を用いて、カソード電位−1.5Vによる定電位電析における時間経過に伴う電流密度の変化を観測した。電流密度はポテンショスタットの作用極(カソード)と対極(アノード)の間に流れる電流の密度である。溶融塩温度900℃で行った。
(Test 2)
Using the molten salts of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, changes in current density over time in constant potential electrodeposition with a cathode potential of −1.5 V were observed. The current density is the density of current flowing between the working electrode (cathode) and the counter electrode (anode) of the potentiostat. The molten salt temperature was 900 ° C.

図5は、カソード電位−1.5Vによる定電位電析における時間経過と電流密度の関係を示すグラフである。   FIG. 5 is a graph showing the relationship between the passage of time and the current density in constant potential electrodeposition with a cathode potential of −1.5V.

図5から、実施例1〜3ともに、Al電析時間が1.5ks程度経過するとほとんど電流が流れなくなることがわかる。一方、比較例1のAlを含有しない溶融塩では、電流密度がほぼ0である。これは作用極(Ni基材)と対極の間でほとんど電流が流れていないということである。そもそも比較例1は、NaCl−KCl溶融塩中に電析する物質が無いから当然の結果である。この比較例1と実施例1〜3を対比すると、実施例1〜3においては1.5ks程度経過すると電流密度がほぼ0に近くなっている。したがって、1.5ks程度経過した時点からAlの電析が進行しなくなることを示している。このことからAl電析段階における電析時間は、余裕を見て1.5ksよりも長く3.6ks(1時間)も行えばよいことになる。また、工程コスト(特にタクトタイム)を低減するためには、電流密度がほとんど0近くまで落ちた1.5〜2ks程度(25〜35分程度)でやめるようにしてもよい。   From FIG. 5, it can be seen that in all of Examples 1 to 3, almost no current flows when the Al electrodeposition time is about 1.5 ks. On the other hand, in the molten salt containing no Al in Comparative Example 1, the current density is almost zero. This means that almost no current flows between the working electrode (Ni base) and the counter electrode. In the first place, Comparative Example 1 is a natural result because there is no substance to be electrodeposited in the NaCl-KCl molten salt. When this Comparative Example 1 is compared with Examples 1 to 3, in Examples 1 to 3, the current density is nearly zero after about 1.5 ks. Therefore, it is shown that the electrodeposition of Al does not proceed after about 1.5 ks. From this, the electrodeposition time in the Al electrodeposition stage may be longer than 1.5 ks and 3.6 ks (1 hour) with a margin. Moreover, in order to reduce process cost (especially tact time), you may make it stop in about 1.5-2ks (about 25-35 minutes) when the current density fell to almost 0.

(試験3)
実施例1〜3および比較例1のAl電析後、NiAl層が形成されたNi基材(NiAl層付Ni基材)の試料を用いてAl溶解を行った。
(Test 3)
After the Al electrodeposition in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, Al dissolution was performed using a sample of a Ni substrate (Ni substrate with a NiAl layer) on which a NiAl layer was formed.

ここで用いた試料は、実施例1〜3および比較例1の溶融塩を用いて、カソード電位−1.5V、溶融塩温度900℃。時間3.6ksによる定電位電析を行って作製した。   The sample used here was a cathode potential of −1.5 V and a molten salt temperature of 900 ° C. using the molten salts of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. It was produced by performing constant potential electrodeposition with a time of 3.6 ks.

Al溶解は、溶融塩として等モル量のNaCl−KClを用いた。溶融塩の温度は750℃、アノード電位を−0.5V一定として、時間3.6ks行った。   For Al dissolution, an equimolar amount of NaCl-KCl was used as a molten salt. The temperature of the molten salt was 750 ° C., the anode potential was kept constant at −0.5 V, and the time was 3.6 ks.

Al溶解後の各試料を自動精密切断機で深さ方向に切断し、断面を研磨紙により研磨処理したサンプルについて、走査電子顕微鏡(SEM)(日本電子社製JXA−8230、加速電圧15kV、反射電子検出)で観察した。   Each sample after dissolution of Al was cut in the depth direction with an automatic precision cutting machine, and the sample whose cross section was polished with abrasive paper was scanned electron microscope (SEM) (JXA-8230 manufactured by JEOL Ltd., acceleration voltage 15 kV, reflection) Observation by electron detection).

図6は、Al溶解後の各試料のSEM観察結果を示す図面代用写真である。図6(a)は実施例1のAl溶解後の断面であり、図6(b)は実施例2のAl溶解後の断面であり、図6(c)は実施例3のAl溶解後の断面であり、図6(d)は比較例1のAl溶解後の断面である。   FIG. 6 is a drawing-substituting photograph showing SEM observation results of each sample after dissolution of Al. 6 (a) is a cross section after the Al dissolution of Example 1, FIG. 6 (b) is a cross section after the Al dissolution of Example 2, and FIG. 6 (c) is a cross section after the Al dissolution of Example 3. FIG. 6D is a cross section of the comparative example 1 after dissolution of Al.

実施例1と2を比較すると、YFの濃度が高い方が孔が多いことがわかる。また、実施例3はYを添加していないものであるが多孔質化していることがわかる。一方、NiAl層が形成されていない比較例1は、Al溶解の操作を行ったとしても多孔質層はできていないことがわかる。 Comparing Examples 1 and 2, towards the concentration of YF 3 is high it can be seen that the hole is large. Moreover, although Example 3 does not add Y, it turns out that it is porous. On the other hand, it can be seen that Comparative Example 1 in which the NiAl layer is not formed does not have a porous layer even if an Al melting operation is performed.

これらのことから、Al電析段階は、Alを入れただけのNaCl−KCl溶融塩であっても、Alを溶解して多孔質層を形成できることがわかる。そして、Yを添加すれば、多孔質化が促進される(孔が多くなる)。Yの量を多くすることでさらに多孔質化が促進される。   From these, it can be seen that the Al electrodeposition stage can dissolve Al and form a porous layer even if it is a NaCl-KCl molten salt containing Al. And if Y is added, porosity-ization will be accelerated | stimulated (a hole will increase). Increasing the amount of Y further promotes porosity.

(試験4)
次に、実施例1〜3および比較例1から作製したNiAl層付Ni基材を用いて、アノード電位を変化させてAl溶解を行い、分極電流を観測した。ここで用いた試料は、試験3同様に、実施例1〜3および比較例1の溶融塩を用いて、カソード電位−1.5V、溶融塩温度900℃。時間3.6ksによる定電位電析を行って作製した。
(Test 4)
Next, using the Ni base material with the NiAl layer produced from Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, Al was dissolved by changing the anode potential, and the polarization current was observed. The sample used here was the same as in Test 3, using the molten salts of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, with a cathode potential of −1.5 V and a molten salt temperature of 900 ° C. It was produced by performing constant potential electrodeposition with a time of 3.6 ks.

Al溶解は、溶融塩として等モル量のNaCl−KClを用いた。溶融塩の温度は750℃で行った。   For Al dissolution, an equimolar amount of NaCl-KCl was used as a molten salt. The temperature of the molten salt was 750 ° C.

図7は、アノード電位を変化させてAl溶解を行ったときのアノード電位と電流密度の関係を示すグラフである。電流密度はポテンショスタットの作用極(アノード)と対極(カソード)の間に流れる電流の密度である。   FIG. 7 is a graph showing the relationship between the anode potential and the current density when Al dissolution is performed by changing the anode potential. The current density is the density of current flowing between the working electrode (anode) and the counter electrode (cathode) of the potentiostat.

図7から、比較例1のNiAl層のないものでは、アノード電位が−0.4Vを超えると電流密度が上昇している。このことからアノード電位を−0.4Vを超えて印加すると、Niが溶け出すことがわかる。逆に言えばアノード電位が−0.4V以下であればNiが溶け出すことはないのである。   From FIG. 7, the current density rises when the anode potential exceeds −0.4 V in the comparative example 1 without the NiAl layer. From this, it can be seen that when the anode potential is applied above -0.4 V, Ni is melted. Conversely, if the anode potential is −0.4 V or less, Ni will not melt.

一方、実施例1〜3は、NiAl層がある試料である。これらにおいては、アノード電位が−1.25V以上で電流密度が上昇している。このことからアノード電位を−1.25V以上印加すると、Alが溶け出すことがわかる。   On the other hand, Examples 1-3 are samples with a NiAl layer. In these, the current density increases when the anode potential is −1.25 V or more. From this, it can be seen that Al is dissolved when an anode potential of −1.25 V or more is applied.

これらのことから、アノード電位が−1.25V以上、−0.4V以下であれば、Alは溶け出すが、Niは溶け出さないことがわかる。したがって、Al溶解段階におけるアノード電位は−1.25V〜−0.4Vにすることで、Alを溶解させかつNiを溶解させないことができる。確実にAlを溶解し、Niを溶解させないアノード電位としては、−1.25V以上、−0.5V以下とすることが好ましい。   From these facts, it can be seen that when the anode potential is −1.25 V or more and −0.4 V or less, Al dissolves but Ni does not dissolve. Therefore, by setting the anode potential in the Al melting stage to −1.25 V to −0.4 V, it is possible to dissolve Al and not dissolve Ni. The anode potential that reliably dissolves Al and does not dissolve Ni is preferably set to −1.25 V or more and −0.5 V or less.

(試験5)
次に、実施例4および5の溶融塩を用いてAl電析を行った。いずれもカソード電位は−1.5Vの定電位電析である。Al電析時間は3.6ks、溶融塩温度は900℃とした。
(Test 5)
Next, Al electrodeposition was performed using the molten salts of Examples 4 and 5. In either case, the cathode potential is a constant potential electrodeposition of -1.5V. The Al electrodeposition time was 3.6 ks, and the molten salt temperature was 900 ° C.

Al電析後の各試料を自動精密切断機で深さ方向に切断し、断面を研磨紙により研磨処理したサンプルについて、走査電子顕微鏡(SEM)(日本電子社製JXA−8230、加速電圧15kV、反射電子検出)で観察した。また、この試料をエネルギー分散X線分光(EDS)により深さ方向にライン分析を行い組成分布を算出した。   Each sample after Al electrodeposition was cut in the depth direction with an automatic precision cutting machine, and the cross-section of the sample was polished with abrasive paper. A scanning electron microscope (SEM) (JXA-8230 manufactured by JEOL Ltd., acceleration voltage 15 kV, Observation by backscattered electron detection). The sample was subjected to line analysis in the depth direction by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) to calculate the composition distribution.

図8は、深さ方向の組成分布を説明する説明図であり、SEM観察結果の写真と共に組成分布のグラフを示した図である。図8(a)は実施例4のAl電析後の断面を示しており、図8(b)は実施例5のAl電析後の断面を示している。   FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining the composition distribution in the depth direction, and shows a graph of the composition distribution together with a photograph of the SEM observation result. 8A shows a cross section after Al electrodeposition in Example 4, and FIG. 8B shows a cross section after Al electrodeposition in Example 5. FIG.

図8から、Al電析によりできあがったNiAl層の組成が、ZrFの濃度によって異なることがわかる。実施例4はZrFの濃度が0.05mol%である。組成分析の結果、この場合のNiAl層の組成はNiAlであった。実施例5はZrFの濃度が0.1mol%である。組成分析の結果、この場合のNiAl層の組成はNiAlであった。 FIG. 8 shows that the composition of the NiAl layer formed by Al electrodeposition varies depending on the concentration of ZrF 4 . In Example 4, the concentration of ZrF 4 is 0.05 mol%. As a result of the composition analysis, the composition of the NiAl layer in this case was Ni 2 Al 3 . In Example 5, the concentration of ZrF 4 is 0.1 mol%. As a result of composition analysis, the composition of the NiAl layer in this case was NiAl.

一方、NiAl層中に含まれるZrは、図8からわかるように、実施例4および5ともに極めて少ない。この結果は、Zrを添加しても、カソード電位−1.5Vにおいては、Alの方がZrよりも電析しやすいため、NiAl層中にほとんど取り込まれなかったものである。   On the other hand, Zr contained in the NiAl layer is extremely small in both Examples 4 and 5, as can be seen from FIG. This result shows that, even when Zr is added, Al is more easily electrodeposited than Zr at a cathode potential of −1.5 V, and thus is hardly taken into the NiAl layer.

このことからレアアースは、Al電析段階において、Alと共にNi基材表面に電析されるものではあるが、取り込まれた量は極わずかである。したがって、レアアースの添加量はごく微量でよいことがわかる。   Therefore, rare earth is electrodeposited on the surface of the Ni base together with Al in the Al electrodeposition stage, but the amount taken in is rare. Therefore, it can be seen that a very small amount of rare earth may be added.

(試験6)
次に、実施例5および比較例1の溶融塩で作製したNiAl層付Ni基材を用いて、アノード電位を変化させてAl溶解を行い、分極電流を観測した。NiAl層付Ni基材の作製(Al電析段階)は試験5と同様に、カソード電位−1.5V、溶融塩温度900℃、時間3.6ksで行った。
(Test 6)
Next, using the Ni base material with the NiAl layer produced with the molten salt of Example 5 and Comparative Example 1, Al was dissolved by changing the anode potential, and the polarization current was observed. The production of the Ni substrate with the NiAl layer (Al electrodeposition stage) was carried out in the same manner as in Test 5, at a cathode potential of −1.5 V, a molten salt temperature of 900 ° C., and a time of 3.6 ks.

Al溶解は、等モル量のNaCl−KCl溶融塩、溶融塩温度750℃で、アノード電位を変化させて行った。   Al dissolution was performed by changing the anode potential at an equimolar amount of NaCl-KCl molten salt at a molten salt temperature of 750 ° C.

図9は、アノード電位を変化させてAl溶解を行ったときのアノード電位と電流密度の関係を示すグラフである。電流密度はポテンショスタットの作用極(アノード)と対極(カソード)の間に流れる電流の密度である。   FIG. 9 is a graph showing the relationship between the anode potential and the current density when Al dissolution is performed by changing the anode potential. The current density is the density of current flowing between the working electrode (anode) and the counter electrode (cathode) of the potentiostat.

図9から、比較例1のNiAl層のない試料では、アノード電位が−0.3Vを超えると電流密度が上昇している。このことからアノード電位を−0.3Vを超えて印加すると、Niが溶け出すことがわかる。逆に言えばアノード電位が−0.3V以下であればNiが溶け出すことはないのである。   From FIG. 9, in the sample without the NiAl layer of Comparative Example 1, the current density increases when the anode potential exceeds −0.3V. From this, it can be seen that when the anode potential is applied above -0.3 V, Ni melts. Conversely, if the anode potential is −0.3 V or less, Ni will not melt.

一方、実施例5は、NiAl層がある試料である。この実施例5では、アノード電位が−1.25V以上で電流密度が上昇している。このことからアノード電位を−1.25V以上印加すると、Alが溶け出すことがわかる。   On the other hand, Example 5 is a sample with a NiAl layer. In Example 5, the current density is increased when the anode potential is −1.25 V or higher. From this, it can be seen that when an anode potential of −1.25 V or more is applied, Al is dissolved.

これらのことから、アノード電位が−1.25V以上、−0.3V以下であれば、Alは溶け出すが、Niは溶け出さないことがわかる。したがって、Al溶解段階におけるアノード電位は−1.25V〜−0.3Vにすることで、Alを溶解させかつNiを溶解させないことができる。確実にAlを溶解し、Niを溶解させないアノード電位としては、−1.25V以上、−0.5V以下とすることが好ましい。   From these facts, it can be seen that when the anode potential is −1.25 V or more and −0.3 V or less, Al dissolves but Ni does not dissolve. Therefore, by setting the anode potential in the Al melting stage to −1.25 V to −0.3 V, it is possible to dissolve Al and not dissolve Ni. The anode potential that reliably dissolves Al and does not dissolve Ni is preferably set to −1.25 V or more and −0.5 V or less.

(試験7)
次に、実施例5の溶融塩から作製したNiAl層付Ni基材を用いて、Al溶解を行い時間経過に伴う電流密度の変化を観測した。電流密度はポテンショスタットの作用極(アノード)と対極(カソード)の間に流れる電流の密度である。なお、NiAl層付Ni基材の作製(Al電析段階)は試験5と同様に、カソード電位−1.5V、900℃、3.6ksで行った。Al溶解は、等モル量のNaCl−KCl溶融塩、溶融塩温度750℃、アノード電位−0.3V一定で行った。
(Test 7)
Next, using the Ni base material with a NiAl layer produced from the molten salt of Example 5, Al dissolution was performed, and the change in current density over time was observed. The current density is the density of current flowing between the working electrode (anode) and the counter electrode (cathode) of the potentiostat. The production of the Ni substrate with the NiAl layer (Al electrodeposition stage) was carried out at a cathode potential of −1.5 V, 900 ° C., and 3.6 ks as in Test 5. Al dissolution was carried out with an equimolar amount of NaCl-KCl molten salt, a molten salt temperature of 750 ° C., and a constant anode potential of −0.3 V.

図10は、Al溶解時の時間経過と電流密度の関係を示すグラフである。   FIG. 10 is a graph showing the relationship between the passage of time and the current density during Al dissolution.

図10から、Al溶解時間が1.5ks程度経過するとほとんど電流が流れなくなることがわかる。したがって、Zrを添加した場合においても、1.5ks程度経過した時点からAlの溶解が進行しなくなることを示している。このことからAl溶解段階における溶解時間は、余裕を見て1.5ksよりも長く3.6ks(1時間)も行えばよいことになる。また、工程コスト(特にタクトタイム)を低減するためには、電流密度がほとんど0近くまで落ちた1.5〜2ks程度(25〜35分程度)でやめるようにしてもよい。   From FIG. 10, it can be seen that almost no current flows when the Al dissolution time is about 1.5 ks. Therefore, even when Zr is added, the dissolution of Al does not proceed after about 1.5 ks. Therefore, the melting time in the Al melting stage may be longer than 1.5 ks and 3.6 ks (1 hour) with a margin. Moreover, in order to reduce process cost (especially tact time), you may make it stop in about 1.5-2ks (about 25-35 minutes) when the current density fell to almost 0.

(試験8)
次に、実施例5の溶融塩から作製したNiAl層付Ni基材を用いて、Al溶解を行い多孔質層を形成した。なお、NiAl層付Ni基材の作製(Al電析段階)は試験5と同様に、カソード電位−1.5V、溶融塩温度900℃、時間3.6ksで行った。Al溶解は、等モル量のNaCl−KCl溶融塩、溶融塩温度750℃、アノード電位−0.3V一定で、時間3.6ks行った。
(Test 8)
Next, using the Ni substrate with NiAl layer produced from the molten salt of Example 5, Al was dissolved to form a porous layer. The production of the Ni substrate with the NiAl layer (Al electrodeposition stage) was performed in the same manner as in Test 5 at a cathode potential of −1.5 V, a molten salt temperature of 900 ° C., and a time of 3.6 ks. The dissolution of Al was carried out for 3.6 ks with an equimolar amount of NaCl-KCl molten salt, a molten salt temperature of 750 ° C., and an anode potential of −0.3 V constant.

Al溶解後の試料を自動精密切断機で深さ方向に切断し、断面を研磨紙により研磨処理したサンプルについて、走査電子顕微鏡(SEM)(日本電子社製JXA−8230、加速電圧15kV、反射電子検出)で観察した。   A sample obtained by cutting the Al-dissolved sample in the depth direction with an automatic precision cutting machine and polishing the cross section with abrasive paper was used for a scanning electron microscope (SEM) (JXA-8230 manufactured by JEOL Ltd., acceleration voltage 15 kV, reflected electron Detection).

図11は、Al溶解後の試料のSEM観察結果を示す図面代用写真である。   FIG. 11 is a drawing-substituting photograph showing the SEM observation result of the sample after dissolution of Al.

図11に示すように、多孔質層が形成されていることがわかる。また、この試料をエネルギー分散X線分光(EDS)により組成を分析した。測定点は、図11に示したように、おおむね多孔質層の深さ方向中間部分である。   As shown in FIG. 11, it can be seen that a porous layer is formed. The composition of this sample was analyzed by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). As shown in FIG. 11, the measurement point is generally the intermediate portion in the depth direction of the porous layer.

分析の結果、Ni99.9原子%、Al0.1原子%、Zr0原子%であった。この結果から、Al溶解段階を行った後、出来上がった多孔質層部分には、Al成分がごくわずかに残っているだけであり、Zrはまったく検出されないことがわかる。このことから、NiAl層を形成するAl電析時にZrなどのレアアースを添加した場合は、Al溶解段階においてAlと共にNiAl層に含まれていたZrは完全に溶けだしたことがわかる。   As a result of the analysis, they were 99.9 atomic% Ni, 0.1 atomic% Al, and 0 atomic% Zr. From this result, it can be seen that after the Al dissolution step, only a slight amount of Al component remains in the completed porous layer portion, and Zr is not detected at all. From this, it can be seen that when a rare earth such as Zr was added during Al electrodeposition for forming the NiAl layer, Zr contained in the NiAl layer together with Al was completely dissolved in the Al melting stage.

(試験9)
次に、実施例6の溶融塩を用いてAl電解を行ってNiAl層付Ni基材を製作した。すなわち、等モル量のNaCl−KClに、Al3.5mol%、およびHf0.1mol%を含む溶融塩を用いてAl電析を行った。Al電析は、溶融塩温度900℃、アノード電位−1.5V一定、時間3.6ksによる定電位電析である。
(Test 9)
Next, Al electrolysis was performed using the molten salt of Example 6 to produce a Ni substrate with a NiAl layer. That is, Al electrodeposition was performed using a molten salt containing 3.5 mol% Al and 0.1 mol% Hf in an equimolar amount of NaCl-KCl. Al electrodeposition is a constant potential electrodeposition at a molten salt temperature of 900 ° C., a constant anode potential of −1.5 V, and a time of 3.6 ks.

Al電析後の試料を自動精密切断機で深さ方向に切断し、断面を研磨紙により研磨処理したサンプルについて、走査電子顕微鏡(SEM)(日本電子社製JXA−8230、加速電圧15kV、反射電子検出)で観察した。また、この試料をエネルギー分散X線分光(EDS)により深さ方向にライン分析を行い組成分布を算出した。   About the sample which cut | disconnected the sample after Al electrodeposition in the depth direction with the automatic precision cutter, and grind-processed the cross section with the abrasive paper, it is a scanning electron microscope (SEM) (JXA-8230 by JEOL Ltd., acceleration voltage 15kV, reflection) Observation by electron detection). The sample was subjected to line analysis in the depth direction by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) to calculate the composition distribution.

図12は、深さ方向の組成分布を説明する説明図であり、SEM観察結果の写真と共に組成分布のグラフを示した図である。   FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining the composition distribution in the depth direction, and shows a graph of the composition distribution together with a photograph of the SEM observation result.

図12から、HfFを添加しても、Al電析によりNiAl層が出来上がることがわかる。組成分析の結果、この場合のNiAl層の組成はNiAlであった。また、NiAl層中に含まれるHfは、図12からわかるように、極めて少ない。 From FIG. 12, it can be seen that even when HfF 4 is added, a NiAl layer is formed by Al electrodeposition. As a result of composition analysis, the composition of the NiAl layer in this case was NiAl. Further, as shown in FIG. 12, Hf contained in the NiAl layer is extremely small.

この結果は、YやZrを添加した場合とほとんど違いがないことがわかる。したがって、Hfを添加した場合でも、Al溶解段階としてYやZrを添加した場合と同様のアノード電位を印加することで、多孔質層を形成できることがわかる。   This result shows that there is almost no difference from the case where Y or Zr is added. Therefore, it can be seen that even when Hf is added, a porous layer can be formed by applying the same anode potential as when Y or Zr is added as the Al dissolution stage.

(試験10)
次に、YFの濃度を変えてAl電析を行い、Al電析の前後での質量増加量を計測した。
(Test 10)
Next, the Al electrodeposited with varying concentrations of YF 3, was measured mass increase before and after Al electrodeposition.

YFの濃度の順に、実施例3(YF濃度0mol%)、実施例1(YF濃度0.05mol%)、実施例2(YF濃度0.1mol%)、実施例7(YF濃度0.2mol%)、実施例8(YF濃度0.3mol%)のそれぞれの溶融塩を用いた。AlF濃度はいずれも3.5mol%である。Al電析は、いずれも900℃、アノード電位−1.5V一定、時間3.6ksによる定電位電析である。 In the order of concentration of YF 3, Example 3 (YF 3 concentration 0 mol%), Example 1 (YF 3 concentration 0.05 mol%), Example 2 (YF 3 concentration 0.1 mol%), Example 7 (YF 3 Each molten salt of Example 8 (YF 3 concentration 0.3 mol%) was used. All of the AlF 3 concentrations are 3.5 mol%. All the Al electrodepositions are constant potential electrodepositions at 900 ° C., a constant anode potential of −1.5 V, and a time of 3.6 ks.

質量増加量は、Al電析の前後で質量を測定し、Al電析後の質量からAl電析前の質量を引いて、Ni基材の表面積で割った値である単位面積当たりの質量増加量ΔW(g/m)として求めた。 The mass increase is the mass increase per unit area, which is a value obtained by measuring the mass before and after Al electrodeposition, subtracting the mass before Al electrodeposition from the mass after Al electrodeposition, and dividing the result by the surface area of the Ni substrate. It calculated | required as quantity (DELTA) W (g / m < 2 >).

図13は、Al電析における単位面積当たりの質量増加量ΔWとYF濃度の関係を示すグラフである。 FIG. 13 is a graph showing the relationship between the mass increase amount ΔW per unit area and the YF 3 concentration in Al electrodeposition.

図13のグラフから、Yを添加しない場合が、最も質量が増加していることがわかる。そしてYFの濃度が増えると質量の増加量が少なくなって行く。この結果は、試験2における、図4(b)の実施例1のカソード電位−1.5Vと、図4(d)の実施例2のカソード電位−1.5Vとの比較で、YFの濃度の高い方がNiAl層の厚さが薄いことと一致する。 From the graph of FIG. 13, it can be seen that the mass increases most when Y is not added. As the concentration of YF 3 increases, the amount of increase in mass decreases. This result, in Test 2, and the cathode potential -1.5V Example 1 in FIG. 4 (b), in comparison with the cathode potential -1.5V Example 2 in FIG. 4 (d), the YF 3 The higher concentration is consistent with the thinner NiAl layer.

図13のグラフから、YFの濃度が0.2mol%を超えると、YFを添加しない場合と比較して、質量増加量が半分以下にまで低下していることがわかる。このことは、YFの濃度をあまり多くするとAlの電析が抑制されることを示している。このため、レアアースを添加する際のレアアース濃度は0.2mol%以下とすることが好ましいものとなる。 From the graph of FIG. 13, it can be seen that when the concentration of YF 3 exceeds 0.2 mol%, the amount of mass increase is reduced to half or less compared to the case where YF 3 is not added. This indicates that the electrodeposition of Al is suppressed when the concentration of YF 3 is increased too much. For this reason, it is preferable that the rare earth concentration when adding rare earth is 0.2 mol% or less.

以上説明した本実施形態および実施例によれば以下の効果を奏する。   According to the present embodiment and examples described above, the following effects are obtained.

Al電析段階でNi基材の表面にAlを電析させることでニッケルアルミナイド合金層を形成し、Al溶融段階ではニッケルアルミナイド合金層からAlを溶解させることで、Niの多孔質層を形成した。これにより、強アルカリを用いることなく多孔質ニッケルを製作することができる。したがって、強アルカリを用いていないので出来上がった多孔質ニッケルは水素の吸着がないので扱いやすい。また、高温で作製しているため、出来上がった多孔質ニッケルは高温で安定している。さらに酸、アルカリを用いていないので廃液の問題がない。さらにAl電析では、基材となるNiの形状を様々に変化させれば、どのような形状でも電析が可能であるので、複雑な形状の多孔質ニッケルの作製も可能になる。   A nickel aluminide alloy layer was formed by electrodepositing Al on the surface of the Ni substrate in the Al electrodeposition stage, and a Ni porous layer was formed by dissolving Al from the nickel aluminide alloy layer in the Al melting stage. . Thereby, porous nickel can be manufactured without using a strong alkali. Therefore, since no strong alkali is used, the finished porous nickel is easy to handle because there is no hydrogen adsorption. Moreover, since it is produced at high temperature, the finished porous nickel is stable at high temperature. Furthermore, there is no problem of waste liquid because no acid or alkali is used. Furthermore, in Al electrodeposition, any shape can be deposited by changing the shape of Ni as a base material in various ways, so that it is possible to produce porous nickel having a complicated shape.

そして、Alを電析しているため、高価なレアアースを多量に使う必要がない。使用したとしてもごく微量でよい。このため従来技術(非特許文献1)と比較して材料費が安い。また溶融塩もNaCl−KClであるので材料費が安い。さらに実施例を見ればわかるように、Al電析段階が長くても3.6ks、Al溶解段階も同様に長くても3.6ksであるので、製造時間も非特許文献1と比較して短い。しかも電析で得られたNiAl層は100μmに近い厚さも可能であるため、多孔質層の厚さもそれに近い厚さとなる。このことから製造コスト全体の低減が可能になる。   And since Al is electrodeposited, it is not necessary to use a lot of expensive rare earths. Even if it is used, a very small amount is sufficient. For this reason, material cost is cheap compared with a prior art (nonpatent literature 1). In addition, since the molten salt is NaCl-KCl, the material cost is low. Further, as can be seen from the examples, even if the Al electrodeposition stage is long, it is 3.6 ks, and the Al dissolution stage is similarly long, it is 3.6 ks. . In addition, since the NiAl layer obtained by electrodeposition can have a thickness close to 100 μm, the thickness of the porous layer is also close to that. This makes it possible to reduce the entire manufacturing cost.

以上本発明を適用した実施形態および実施例について説明したが、本発明は上述した実施形態および実施例に限定されるものではない。本発明は特許請求の範囲に記載された技術思想に基づいてさまざまな形態として実施可能であり、それらもまた本発明の範疇である。   Although the embodiments and examples to which the present invention is applied have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples. The present invention can be implemented in various forms based on the technical idea described in the claims, and these are also within the scope of the present invention.

100 溶融塩、
101 Ni基材、
101a NiAl層付Ni基材、
102 NiAl層、
103 多孔質層、
200 電析溶解装置、
201 電気炉、
202 石英管、
203 アルミナ坩堝、
204 蓋部、
206 排気管、
210 ポテンショスタット、
211 参照極、
212 対極、
213 作用極、
214 温度センサー、
220 電気炉制御装置。
100 molten salt,
101 Ni substrate,
101a Ni base material with NiAl layer,
102 NiAl layer,
103 porous layer,
200 Electrolytic dissolution apparatus,
201 electric furnace,
202 quartz tube,
203 alumina crucible,
204 lid,
206 exhaust pipe,
210 potentiostat,
211 reference electrode,
212 counter electrode,
213 working electrode,
214 temperature sensor,
220 Electric furnace control device.

Claims (5)

塩化ナトリウム、塩化カリウム、およびアルミニウムを含むアルミニウム含有溶融塩を準備する溶融塩準備段階と、
前記アルミニウム含有溶融塩中に浸漬したニッケル基材に、アルミニウムが電析する電位を印加してニッケルアルミナイド合金層を形成するアルミニウム電析段階と、
前記ニッケルアルミナイド合金層を形成した前記ニッケル基材に、アルミニウムを溶解し、かつニッケルを溶解しない電位を印加して、前記ニッケルアルミナイド合金層からアルミニウムを溶解させて多孔質層を形成するアルミニウム溶解段階と、
を有する、多孔質ニッケルの製造方法。
A molten salt preparation step of preparing an aluminum-containing molten salt comprising sodium chloride, potassium chloride, and aluminum;
An aluminum electrodeposition step of forming a nickel aluminide alloy layer by applying a potential at which aluminum is electrodeposited to a nickel base immersed in the aluminum-containing molten salt;
An aluminum melting step of forming a porous layer by dissolving the aluminum from the nickel aluminide alloy layer by applying a potential that dissolves aluminum and does not dissolve nickel to the nickel base material on which the nickel aluminide alloy layer is formed When,
A method for producing porous nickel, comprising:
前記アルミニウム電析段階は、前記アルミニウム含有溶融塩中に参照極および対極を浸漬し、前記ニッケル基材をカソードとしたとき、前記参照極に対するカソード電位が−1.8V〜−1.2Vとなるようにし、
前記アルミニウム溶解段階は、前記アルミニウム含有溶融塩中に参照極および対極を浸漬し、前記ニッケルアルミナイド合金層が形成された前記ニッケル基材をアノードとしたとき、前記参照極に対するアノード電位が−1.25V〜−0.3Vとなるようにする、請求項1に記載の多孔質ニッケルの製造方法。
In the aluminum electrodeposition step, when a reference electrode and a counter electrode are immersed in the aluminum-containing molten salt and the nickel base material is used as a cathode, the cathode potential with respect to the reference electrode becomes −1.8 V to −1.2 V. And
In the aluminum dissolution step, when the reference electrode and the counter electrode are immersed in the aluminum-containing molten salt and the nickel base material on which the nickel aluminide alloy layer is formed is used as an anode, the anode potential with respect to the reference electrode is -1. The method for producing porous nickel according to claim 1, wherein 25 V to −0.3 V is set.
前記溶融塩準備段階は、アルミニウム源としてフッ化アルミニウムを用いて、前記アルミニウム含有溶融塩の全量に対し前記フッ化アルミニウムの濃度を1〜5mol%にする、請求項1または2に記載の多孔質ニッケルの製造方法。   The porous salt according to claim 1 or 2, wherein the molten salt preparation step uses aluminum fluoride as an aluminum source, and makes the concentration of the aluminum fluoride 1-5 mol% with respect to the total amount of the aluminum-containing molten salt. Nickel manufacturing method. 前記溶融塩準備段階は、前記アルミニウム含有溶融塩に、さらにイットリウム、ジルコニウム、およびハフニウムのうち少なくともいずれか一つの元素を含む、請求項1〜3のいずれか一つに記載の多孔質ニッケルの製造方法。   The production of porous nickel according to any one of claims 1 to 3, wherein the molten salt preparation step further includes at least one element of yttrium, zirconium, and hafnium in the aluminum-containing molten salt. Method. 前記溶融塩準備段階は、前記イットリウム、ジルコニウム、ハフニウムのうち少なくともいずれか一つの元素源として、フッ化イットリウム、フッ化ジルコニウム、およびフッ化ハフニウムからなる群から選択されたいずれか一つのフッ化金属を用いて、前記アルミニウム含有溶融塩の全量に対し前記いずれか一つのフッ化金属の濃度を0.01〜0.2mol%にする、請求項4記載の多孔質ニッケルの製造方法。   The molten salt preparation step includes any one metal element selected from the group consisting of yttrium fluoride, zirconium fluoride, and hafnium fluoride as an element source of at least one of yttrium, zirconium, and hafnium. The manufacturing method of the porous nickel of Claim 4 which makes the density | concentration of any one said metal fluoride 0.01-0.2 mol% with respect to the whole quantity of the said aluminum containing molten salt.
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