JP2020041170A - Production method of aluminum-plated film - Google Patents

Production method of aluminum-plated film Download PDF

Info

Publication number
JP2020041170A
JP2020041170A JP2018167246A JP2018167246A JP2020041170A JP 2020041170 A JP2020041170 A JP 2020041170A JP 2018167246 A JP2018167246 A JP 2018167246A JP 2018167246 A JP2018167246 A JP 2018167246A JP 2020041170 A JP2020041170 A JP 2020041170A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
anode
aluminum
ionic liquid
alcl
cathode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2018167246A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
徹郎 日▲高▼
Tetsuro Hidaka
徹郎 日▲高▼
康生 石原
Yasuo Ishihara
康生 石原
啓介 中川
Keisuke Nakagawa
啓介 中川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2018167246A priority Critical patent/JP2020041170A/en
Publication of JP2020041170A publication Critical patent/JP2020041170A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)
  • Electroplating And Plating Baths Therefor (AREA)

Abstract

To provide a production method of an aluminum-plated film, in which an aluminum-plated film of a stable appearance is obtained even at an increased speed of film formation.SOLUTION: A method is for producing an aluminum-plated film 1 by an electroplating treatment. In the electroplating treatment, a cathode 3 and an anode 4 are immersed in a plating bath 2 including an ionic liquid 21. The ionic liquid 21 is composed of a molten mixture of an aluminum halide and an imidazolium halide. In the electroplating treatment, the ionic liquid 21 around the anode 4 and the anode 4 are relatively moved.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電気めっき処理によりアルミニウムめっき膜を製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an aluminum plating film by an electroplating process.

アルミニウムは、例えば耐食性、意匠性に優れ、表面に酸化皮膜が形成されやすいことから、摺動性、耐摩耗性にも優れるため、様々な用途で使用されてきた。アルミニウムは、亜鉛よりも耐食性に優れるため、亜鉛に代わるめっき材料として期待されている。アルミニウムめっき膜は、例えば電気めっき処理により製造される。   Aluminum has been used in various applications, for example, because it has excellent corrosion resistance and design properties, and is easy to form an oxide film on the surface, and also has excellent slidability and wear resistance. Aluminum is expected to be a plating material that replaces zinc because it has better corrosion resistance than zinc. The aluminum plating film is manufactured by, for example, an electroplating process.

しかし、アルミニウムは水や酸素との親和性が強いことに加え、水素発生電位よりも卑な析出電位を有することから、水溶液からの電析が困難である。近年、アルミニウムハロゲン化物とイミダゾリウムハロゲン化物とを混合溶融してなる、水を用いない電気アルミニウムめっき液による電析研究が盛んに行われている。   However, aluminum has a strong affinity for water and oxygen, and also has a deposition potential lower than the hydrogen generation potential, so that it is difficult to deposit aluminum from an aqueous solution. 2. Description of the Related Art In recent years, research on electrodeposition using an electroaluminum plating solution that does not use water and is obtained by mixing and melting an aluminum halide and an imidazolium halide has been actively performed.

例えば特許文献1では、アルミニウムハロゲン化物とイミダゾリウムハロゲン化物とを混合溶融してなる電気アルミニウムめっき液に金属アルミニウムを浸漬し、不活性な乾燥無酸素ガスをバブリングすることによりめっき液を作成し、このめっき液を用いた電気アルミニウムめっきを行う方法が開示されている。   For example, in Patent Literature 1, metal aluminum is immersed in an electroaluminum plating solution obtained by mixing and melting an aluminum halide and an imidazolium halide, and a plating solution is prepared by bubbling an inert dry oxygen-free gas. A method of performing electric aluminum plating using this plating solution is disclosed.

特許第3221897号公報Japanese Patent No. 3221897

しかしながら、アルミニウムハロゲン化物とイミダゾリウムハロゲン化物とを混合溶融してなるイオン液体を電気アルミニウムめっき液として使用すると、経時的な電解電圧の上昇が起こることがある。特に、成膜速度の向上のために陰極の電流密度を増加させると、電解電圧の上昇が顕著になる。   However, when an ionic liquid obtained by mixing and melting an aluminum halide and an imidazolium halide is used as an electroaluminum plating solution, the electrolytic voltage may increase with time. In particular, when the current density of the cathode is increased to improve the film formation rate, the increase in the electrolytic voltage becomes remarkable.

電解電圧の上昇は、有機物であるイミダゾリウムハロゲン化物の分解を促す。有機物の分解は、アルミニウムめっき膜に、こげ、もやなどの外観不良を引き起こすことがあり、安定しためっき外観の形成に悪影響を及ぼすことがある。さらに、電解電圧の急激な上昇や大幅な上昇は、アルミニウムめっき処理の進行を阻害する。   The increase in electrolysis voltage promotes decomposition of organic imidazolium halide. Decomposition of organic substances may cause appearance defects such as burns and haze on the aluminum plating film, and may adversely affect formation of a stable plating appearance. Further, a sharp rise or a large rise in the electrolytic voltage hinders the progress of the aluminum plating process.

このように、イオン液体を用いた電気アルミニウムめっき処理においては、成膜速度の増大による生産性の向上が困難である。そこで、実用化に向けた改良が望まれている。   As described above, in the electric aluminum plating using the ionic liquid, it is difficult to improve the productivity by increasing the film forming rate. Therefore, improvement for practical use is desired.

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、成膜速度を高めても、安定した外観のアルミニウムめっき膜を得ることができるアルミニウムめっき膜の製造方法を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing an aluminum plating film capable of obtaining an aluminum plating film having a stable appearance even when a film forming speed is increased.

本発明の一態様は、アルミニウムハロゲン化物とイミダゾリウムハロゲン化物とを混合溶融してなるイオン液体(21)を含むめっき浴(2)中に、基材(31)からなる陰極(3)及び金属アルミニウム(41)からなる陽極(4)を浸漬し、電気めっき処理により上記基材の表面にアルミニウムめっき膜(1)を形成する方法において、
上記電気めっき処理においては、上記陽極の周囲に存在する上記イオン液体と上記陽極とを相対的に移動させる、アルミニウムめっき膜の製造方法にある。
One aspect of the present invention is a cathode (3) comprising a substrate (31) and a metal (3) in a plating bath (2) containing an ionic liquid (21) obtained by mixing and melting an aluminum halide and an imidazolium halide. In a method of immersing an anode (4) made of aluminum (41) and forming an aluminum plating film (1) on the surface of the substrate by electroplating,
In the above electroplating process, there is provided a method of manufacturing an aluminum plating film, wherein the ionic liquid existing around the anode and the anode are relatively moved.

上記製造方法においては、電気めっき処理によりイオン液体を含むめっき浴中で基材の表面にアルミニウムめっき膜を形成する。電気めっき処理においては、陽極の周囲に存在するイオン液体と陽極とを相対的に移動させる。この移動の付与により、電解電圧の上昇の原因物質が陽極に堆積し難くなる。その結果、成膜速度を高めても電解電圧が上昇しにくくなり、安定した外観のアルミニウムめっき膜の製造が可能になる。   In the above manufacturing method, an aluminum plating film is formed on the surface of the base material in a plating bath containing an ionic liquid by an electroplating process. In the electroplating process, the ionic liquid existing around the anode and the anode are relatively moved. This transfer makes it difficult for the substance causing the increase in the electrolytic voltage to deposit on the anode. As a result, even if the deposition rate is increased, the electrolytic voltage is less likely to increase, and an aluminum plating film having a stable appearance can be manufactured.

以上のごとく、上記態様によれば、成膜速度を高めても、安定した外観のアルミニウムめっき膜を得ることができるアルミニウムめっき膜の製造方法を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
As described above, according to the above aspect, it is possible to provide a method of manufacturing an aluminum plating film capable of obtaining an aluminum plating film having a stable appearance even when the film formation rate is increased.
Note that reference numerals in parentheses described in the claims and means for solving the problems indicate the correspondence with specific means described in the embodiments described below, and limit the technical scope of the present invention. Not something.

実施形態1における、(a)陽極揺動のための電解めっき装置を模式的に示す斜視図、(b)陰極表面の拡大断面図。1A is a perspective view schematically showing an electrolytic plating apparatus for oscillating an anode, and FIG. 2B is an enlarged cross-sectional view of a cathode surface in the first embodiment. 実施形態1における、浴攪拌のための電解めっき装置を模式的に示す斜視図。FIG. 1 is a perspective view schematically showing an electrolytic plating apparatus for stirring a bath in a first embodiment. 実験例1における、電解めっき装置を模式的に示す断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating an electrolytic plating apparatus in Experimental Example 1. 実験例1における、陰極電流密度を変化させたときにおける電気めっき処理の時間と、電圧との関係図。FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the time of the electroplating process and the voltage when the cathode current density is changed in Experimental Example 1. 実験例1における、表面に白色付着物が観察された陽極のX線回折スペクトル図。FIG. 4 is an X-ray diffraction spectrum of the anode in which white deposits are observed on the surface in Experimental Example 1. 実験例1における、表面に白色付着物が観察されていない陽極のX線回折スペクトル図。The X-ray-diffraction spectrum figure of the anode in Experimental example 1 in which the white deposit is not observed on the surface. 実験例1における、AlCl3−EMIC浴の活量シミュレーション図。In Experimental Example 1, activity of the simulation view of AlCl 3 -EMIC bath. 実験例1における、(a)電解反応中におけるイオン液体中のイオンの状態を示す模式図、(b)電解反応中における陰極界面での反応を示す模式図、(c)電解反応中における陽極界面での反応を示す模式図。(A) Schematic diagram showing the state of ions in the ionic liquid during the electrolytic reaction, (b) Schematic diagram showing the reaction at the cathode interface during the electrolytic reaction, and (c) anode interface during the electrolytic reaction in Experimental Example 1. FIG. 実験例1における、陽極でのAlCl3の生成メカニズムを示す模式図。FIG. 4 is a schematic diagram showing a mechanism of producing AlCl 3 at the anode in Experimental Example 1. 実験例1における、(a)電圧上昇がない場合における電圧、AlCl3の生成量、溶解・脱離速度の関係を示す説明図、(b)電圧上昇がある場合における電圧、AlCl3の生成量、溶解・脱離速度の関係を示す説明図。Explanatory diagram showing the relationship between (a) the voltage when there is no voltage rise, the amount of AlCl 3 produced, and the dissolution / desorption speed in Experimental Example 1, and (b) the voltage and the amount of AlCl 3 produced when there is a voltage rise. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the dissolution and desorption rates. 実験例2における、各流速での電気めっき中の経時的な電圧の変化を示すグラフ。9 is a graph showing a change in voltage over time during electroplating at each flow rate in Experimental Example 2. 実験例2における、陽極表面からAlCl3が脱離する様子を示す模式図。FIG. 9 is a schematic diagram showing a state in which AlCl 3 is desorbed from the anode surface in Experimental Example 2.

[実施形態1]
アルミニウムめっき膜の製造方法に係る実施形態について、図1(a)、図1(b)、及び図2を参照して説明する。図1(a)、(b)に例示されるように、電解めっき装置100を用いて、電気アルミニウムめっき処理により、基材31にアルミニウムめっき膜1を形成する。電解めっき装置100は、めっき浴2と、陽極4と、陰極3とを備える。
[Embodiment 1]
An embodiment according to a method for manufacturing an aluminum plating film will be described with reference to FIGS. 1 (a), 1 (b), and 2. FIG. As illustrated in FIGS. 1A and 1B, an aluminum plating film 1 is formed on a substrate 31 by an electrolytic aluminum plating process using an electrolytic plating apparatus 100. The electrolytic plating apparatus 100 includes a plating bath 2, an anode 4, and a cathode 3.

<めっき浴>
めっき浴2はイオン液体21を含む。イオン液体21は、アルミニウムハロゲン化物とイミダゾリウムハロゲン化物とを混合溶融してなる。イオン液体21は、電気めっき処理のめっき液として用いられる。
<Plating bath>
The plating bath 2 contains an ionic liquid 21. The ionic liquid 21 is obtained by mixing and melting an aluminum halide and an imidazolium halide. The ionic liquid 21 is used as a plating solution for an electroplating process.

(イオン液体)
イオン液体21は、常温溶融塩、低温溶融塩などとよばれることもある。アルミニウムハロゲン化物とイミダゾリウムハロゲン化物とを例えば1:1〜3:1(ただし、アルミニウムハロゲン化物:イミダゾリウムハロゲン化物)のモル比で混合溶融することにより、イオン液体21を得ることができる。めっき浴2中では、イオン液体21の温度を例えば20〜100℃の範囲に調整する。
(Ionic liquid)
The ionic liquid 21 is sometimes called a normal-temperature molten salt, a low-temperature molten salt, or the like. The ionic liquid 21 can be obtained by mixing and melting an aluminum halide and an imidazolium halide in a molar ratio of, for example, 1: 1 to 3: 1 (however, aluminum halide: imidazolium halide). In the plating bath 2, the temperature of the ionic liquid 21 is adjusted to, for example, a range of 20 to 100 ° C.

(アルミニウムハロゲン化物)
アルミニウムハロゲン化物としては、塩化アルミニウム、臭素化アルミニウム(AlBr3)、ヨウ素化アルミニウム(AlI3)等を用いることができる。これらの中から1種以上のアルミニウムハロゲン化物を用いることができる。アルミニウムハロゲン化物は塩化アルミニウム(AlCl3)であることが好ましい。この場合には、イオン液体21と陽極4とを相対的に移動させることによる電解電圧の上昇抑制効果が高まる。
(Aluminum halide)
As the aluminum halide, aluminum chloride, aluminum bromide (AlBr 3 ), aluminum iodide (AlI 3 ), or the like can be used. Among these, one or more aluminum halides can be used. Preferably, the aluminum halide is aluminum chloride (AlCl 3 ). In this case, the effect of suppressing the increase in the electrolytic voltage by moving the ionic liquid 21 and the anode 4 relatively increases.

(イミダゾリウムハロゲン化物)
イミダゾリウムハロゲン化物としては、例えば、モノアルキルイミダゾリウムハロゲン化物、ジアルキルイミダゾリウムハロゲン化物が用いられる。イミダゾリウムハロゲン化物としては、1種以上の物質を用いることができる。
(Imidazolium halide)
As the imidazolium halide, for example, a monoalkyl imidazolium halide or a dialkyl imidazolium halide is used. As the imidazolium halide, one or more substances can be used.

(1)モノアルキルイミダゾリウムハロゲン化物
モノアルキルイミダゾリウムハロゲン化物としては、1−メチルイミダゾリニウムクロリド、1−エチルイミダゾリニウムクロリド、1−プロピルイミダゾリニウムクロリド、1−オクチルイミダゾリニウムクロリド等を用いることができる。ハロゲン化物として、クロリド、つまり塩化物を例示したが、臭化物、ヨウ化物等の他のハロゲン化物であってもよい。
(1) Monoalkyl imidazolium halides Monoalkyl imidazolium halides include 1-methyl imidazolinium chloride, 1-ethyl imidazolinium chloride, 1-propyl imidazolinium chloride, 1-octyl imidazolinium chloride, and the like. Can be used. Chloride, that is, chloride is exemplified as the halide, but other halides such as bromide and iodide may be used.

(2)ジアルキルイミダゾリウムハロゲン化物
ジアルキルイミダゾリウムハロゲン化物としては、1−エチル−3−メチルイミダゾリニウムクロリド、1,3−ジメチルイミダゾリニウムクロリド、1,3−ジエチルイミダゾリニウムクロリド、1−メチル−3−プロピルイミダゾリニウムクロリド、1−ブチル−3−ブチルイミダゾリニウムクロリド等を用いることができる。ハロゲン化物として、クロリド、つまり塩化物を例示したが、臭化物、ヨウ化物等の他のハロゲン化物であってもよい。
(2) Dialkylimidazolium halide As the dialkylimidazolium halide, 1-ethyl-3-methylimidazolinium chloride, 1,3-dimethylimidazolinium chloride, 1,3-diethylimidazolinium chloride, 1- Methyl-3-propyl imidazolinium chloride, 1-butyl-3-butyl imidazolinium chloride, and the like can be used. Chloride, that is, chloride is exemplified as the halide, but other halides such as bromide and iodide may be used.

イミダゾリウムハロゲン化物としては、1−エチル−3−メチルイミダゾリニウムクロリドが好ましい。この場合には、イオン液体21の融点が低くなり、蒸気圧が小さくなる。したがって、イオン液体21の取り扱いが容易になる。以降において、1−エチル−3−メチルイミダゾリニウムクロリドのことを、適宜「EMIC」と表記する。例えばAlCl3とEMICとのイオン液体21(つまり、AlCl3−EMIC)は、融点が−80℃であり、蒸気圧がほとんどないため、安全性に優れる。EMICの構造式を下記式(1)に示す。 As the imidazolium halide, 1-ethyl-3-methylimidazolinium chloride is preferable. In this case, the melting point of the ionic liquid 21 decreases, and the vapor pressure decreases. Therefore, handling of the ionic liquid 21 becomes easy. Hereinafter, 1-ethyl-3-methylimidazolinium chloride will be referred to as “EMIC” as appropriate. For example, the ionic liquid 21 of AlCl 3 and EMIC (that is, AlCl 3 -EMIC) has a melting point of −80 ° C. and almost no vapor pressure, and thus has excellent safety. The structural formula of EMIC is shown in the following formula (1).

<陰極>
陰極3には、めっき対象となる基材31が用いられる。図1では板状の基材31が例示されているが、基材31の形状は板状に限定されず、例えばめっき後の基材31(具体的にはアルミニウムめっき製品)の用途に応じて変更できる。基材31の種類も特に限定されないが、基材31は、導電性材料からなることが好ましい。基材31は、例えば、導電性金属、導電性セラミックス、導電性カーボン、表面に無電解めっき皮膜を備えた樹脂等からなる。金属としては、銅、鉄鋼、マグネシウム合金、チタン合金が例示される。前述した鉄鋼は、鋼及びステンレス鋼を含む概念である。セラミックスとしては、炭化ケイ素、導電性ジルコニアが例示される。基材31を適宜選択することにより、アルミニウムめっき膜1が形成された基材31を様々な製品に用いることができる。
<Cathode>
For the cathode 3, a base material 31 to be plated is used. In FIG. 1, a plate-shaped base material 31 is illustrated, but the shape of the base material 31 is not limited to a plate shape. Can be changed. The type of the substrate 31 is not particularly limited, but the substrate 31 is preferably made of a conductive material. The substrate 31 is made of, for example, a conductive metal, a conductive ceramic, a conductive carbon, a resin having an electroless plating film on the surface, or the like. Examples of the metal include copper, steel, a magnesium alloy, and a titanium alloy. The above-mentioned steel is a concept including steel and stainless steel. Examples of the ceramic include silicon carbide and conductive zirconia. By appropriately selecting the substrate 31, the substrate 31 on which the aluminum plating film 1 is formed can be used for various products.

<陽極>
陽極4には、金属アルミニウム41が用いられる。図1では板状の陽極4が例示されているが、陽極4の形状は板状に限定されない。
<Anode>
Metal aluminum 41 is used for the anode 4. FIG. 1 illustrates a plate-shaped anode 4, but the shape of the anode 4 is not limited to a plate.

<電気めっき処理>
陽極4及び陰極3は、それぞれ電源に接続され、両極間に電圧が印加される。電気めっき処理は、陰極電流密度0.1〜20A/dm2の範囲で行うことができる。成膜速度を高めるという観点から、陰極電流密度は、1A/dm2以上であることが好ましく、4A/dm2以上であることがより好ましい。一方、電流集中によるやけ等の発生を抑制する観点から、陰極電流密度は、10A/dm2以下であることが好ましく、8A/dm2以下であることがより好ましい。
<Electroplating treatment>
The anode 4 and the cathode 3 are each connected to a power supply, and a voltage is applied between both electrodes. The electroplating process can be performed at a cathode current density of 0.1 to 20 A / dm 2 . From the viewpoint of increasing the deposition rate, cathode current density is preferably at 1A / dm 2 or more, and more preferably 4A / dm 2 or more. On the other hand, the cathode current density is preferably 10 A / dm 2 or less, more preferably 8 A / dm 2 or less, from the viewpoint of suppressing the occurrence of burn or the like due to current concentration.

電気めっき処理中のめっき浴2の温度は、20〜100℃の範囲に調整することが好ましい。これにより、電解電圧上昇をより抑制することができる。この効果をより高めるという観点から、めっき浴2の温度は50〜100℃の範囲に調整することがより好ましい。   It is preferable to adjust the temperature of the plating bath 2 during the electroplating process to a range of 20 to 100 ° C. Thereby, the increase in the electrolytic voltage can be further suppressed. From the viewpoint of further enhancing this effect, it is more preferable to adjust the temperature of the plating bath 2 to a range of 50 to 100 ° C.

電気めっき処理は、例えばラックめっき法により行われる。図1の例示のように、陰極3となる基材31、陽極4となる金属アルミニウム41は、ラックに吊された状態でめっき浴2中に浸漬される。   The electroplating process is performed by, for example, a rack plating method. As illustrated in FIG. 1, a base material 31 serving as the cathode 3 and a metal aluminum 41 serving as the anode 4 are immersed in the plating bath 2 while being suspended on a rack.

電気めっき処理においては、陽極4の周囲に存在するイオン液体21と陽極4とを相対的に移動させる。つまり、陽極4の周囲においてイオン液体21と陽極4とを相対運動させる。これにより、陽極4の周囲に存在するイオン液体21に相対的な流れが付与され、流速が生じることとなり、陽極4表面には液体摩擦が生じる。この液体摩擦により、電気めっき処理において生成して陽極に付着する絶縁物が、陽極4から脱離し易くなったり、陽極4からイオン液体21中に溶解し易くなる。その結果、陽極4への絶縁物の堆積が抑制されるため、電解電圧上昇を抑制することができる。「陽極の周囲」の範囲は、例えば陽極表面に液体摩擦を生じさせることができる範囲であれば特に限定されず、「陽極の周囲に存在するイオン液体」は、少なくとも陽極4との界面に存在するイオン液体21を含んでいればよく、めっき浴2内のイオン液体21全体であってもよい。   In the electroplating process, the ionic liquid 21 existing around the anode 4 and the anode 4 are relatively moved. That is, the ionic liquid 21 and the anode 4 are relatively moved around the anode 4. As a result, a relative flow is given to the ionic liquid 21 existing around the anode 4 and a flow velocity is generated, so that liquid friction occurs on the surface of the anode 4. Due to the liquid friction, an insulator generated in the electroplating process and attached to the anode is easily detached from the anode 4 or easily dissolved in the ionic liquid 21 from the anode 4. As a result, the deposition of the insulator on the anode 4 is suppressed, so that an increase in the electrolytic voltage can be suppressed. The range of “around the anode” is not particularly limited as long as liquid friction can be caused on the anode surface, for example. The “ionic liquid existing around the anode” is present at least at the interface with the anode 4. As long as the ionic liquid 21 is contained, the entire ionic liquid 21 in the plating bath 2 may be used.

イオン液体21と陽極4とを相対的に移動させるためには、例えば、陽極4を動かしてイオン液体21に対する陽極4の相対位置を経時的に変化させたり、めっき浴2内でイオン液体21を動かして陽極4に対するイオン液体21の相対位置を経時的に変化させる。陽極4とイオン液体21とをそれぞれ動かしてもよい。   In order to move the ionic liquid 21 and the anode 4 relatively, for example, the relative position of the anode 4 with respect to the ionic liquid 21 is changed by moving the anode 4 or the ionic liquid 21 is moved in the plating bath 2. By moving, the relative position of the ionic liquid 21 with respect to the anode 4 is changed with time. The anode 4 and the ionic liquid 21 may be moved respectively.

陽極4とイオン液体21との相対的な移動には、例えば移動装置が用いられる。移動装置の図示は省略する。陽極4の移動装置としては、例えば、揺動装置、振動装置がある。これらの装置は、直接的又は間接的に陽極4に接続され、揺動、振動等の動きを陽極4に付与する。   For the relative movement between the anode 4 and the ionic liquid 21, for example, a moving device is used. Illustration of the moving device is omitted. Examples of the moving device of the anode 4 include a swing device and a vibration device. These devices are directly or indirectly connected to the anode 4 and impart movements such as rocking and vibration to the anode 4.

揺動装置には、例えば、カソード(つまり、陰極3)を揺動させるために用いられる市販のカソードロッカーを用いることができる。つまり、陰極3を揺動させるカソードロッカーを、陽極4の揺動に用いることができる。この場合には、陽極4(つまり、アノード)を揺動させることになるため、カソードロッカーのことをアノードロッカーと呼ぶこともできる。また、カソードロッカー以外の他の揺動装置を用いてもよい。カソードロッカーは、一般に、その内部に、例えばモータ及びクランク等からなる、回転運動を揺動運動に変える変換機構を備えている。このような揺動装置は、例えば回転速度により揺動方向の速度を調整するように構成されている。したがって、揺動装置の回転速度の調整により、陽極4の周囲に存在するイオン液体の流速を制御することができる。   For the rocking device, for example, a commercially available cathode rocker used for rocking the cathode (that is, the cathode 3) can be used. That is, a cathode rocker that swings the cathode 3 can be used for swinging the anode 4. In this case, since the anode 4 (that is, the anode) is swung, the cathode locker can be called an anode locker. Further, other rocking devices other than the cathode rocker may be used. The cathode rocker generally has a conversion mechanism that converts a rotary motion into a rocking motion, such as a motor and a crank, inside the cathode locker. Such an oscillating device is configured to adjust the speed in the oscillating direction by, for example, a rotational speed. Therefore, the flow rate of the ionic liquid existing around the anode 4 can be controlled by adjusting the rotation speed of the rocking device.

カソードロッカーを用いる場合には、回転速度を500rpm以下の範囲から適宜設定することができる。これにより、絶縁物の堆積が十分に抑制される共に、絶縁物をめっき液に溶解させ、再びイオンにしやすくするという利点がある。また、回転速度を160rpm以上にすることにより、陽極4の周囲に存在するイオン液体21の流速を16cm/sec以上にすることができる。   When a cathode locker is used, the rotation speed can be appropriately set from a range of 500 rpm or less. Accordingly, there is an advantage that the deposition of the insulator is sufficiently suppressed, and the insulator is easily dissolved into the plating solution and ionized again. In addition, by setting the rotation speed to 160 rpm or more, the flow rate of the ionic liquid 21 existing around the anode 4 can be set to 16 cm / sec or more.

揺動方向は、特に限定されないが、陽極4が板状の場合には、板面と平行な方向であることが好ましい。この場合には、陰極3で析出するアルミニウムの厚みのバラつきをより低減することができる。なお、図1の矢印は揺動方向の一例である。   The swing direction is not particularly limited, but is preferably a direction parallel to the plate surface when the anode 4 is plate-shaped. In this case, the variation in the thickness of aluminum deposited on the cathode 3 can be further reduced. The arrow in FIG. 1 is an example of the swing direction.

振動装置には、例えば超音波振動装置、ベルト式振動装置、振り子式の振動装置が用いられる。絶縁物の溶解、脱離がより促進されるという観点から、超音波振動装置が好ましい。   As the vibration device, for example, an ultrasonic vibration device, a belt-type vibration device, and a pendulum-type vibration device are used. From the viewpoint that dissolution and desorption of the insulator are further promoted, an ultrasonic vibration device is preferable.

イオン液体21の移動装置としては、例えば攪拌装置、振動装置がある。図2に例示されるように、攪拌装置により、めっき浴2内のイオン液体21を攪拌することができる。この場合にも、陽極4と、その周囲のイオン液体21との間に相対的な移動を付与することができる。図2では、陽極4、陰極3、電源などのめっき浴2以外の構成を省略しているが、めっき浴2以外の構成は、例えば図1(a)と同様である。   Examples of the moving device of the ionic liquid 21 include a stirring device and a vibration device. As illustrated in FIG. 2, the ionic liquid 21 in the plating bath 2 can be stirred by the stirring device. Also in this case, relative movement can be given between the anode 4 and the ionic liquid 21 around the anode 4. In FIG. 2, the components other than the plating bath 2 such as the anode 4, the cathode 3, and the power supply are omitted, but the configuration other than the plating bath 2 is the same as, for example, FIG. 1A.

イオン液体21の振動装置により、めっき浴2内のイオン液体21を振動させることができる。このイオン液体21の振動により、イオン液体21と陽極4とを相対的に移動させることができる。イオン液体21の振動装置としては、上述の陽極4の振動装置と同様の振動を付与する装置が例示される。イオン液体21の振動と攪拌とを組み合わせることもできる。   The ionic liquid 21 in the plating bath 2 can be vibrated by the vibration device for the ionic liquid 21. Due to the vibration of the ionic liquid 21, the ionic liquid 21 and the anode 4 can be relatively moved. As a vibrating device for the ionic liquid 21, a device that applies the same vibration as the above-described vibrating device for the anode 4 is exemplified. The vibration of the ionic liquid 21 and the stirring can be combined.

電気めっき処理においては、少なくとも陽極4を揺動又は振動させることが好ましい。これにより、陽極4の周囲に存在するイオン液体21と陽極4との間に相対運動が十分に付与され、液体摩擦が増大する。これにより、絶縁物の溶解、脱離が促進されるため、絶縁物の堆積が十分に抑制される。その結果、電解電圧上昇の十分が抑制され、成膜速度をより高めることが可能になる。さらに成膜速度を高めても、こげ、もや等の外観不良がより起こり難くなり、外観が良好なアルミニウム膜をより安定して製造することができる。また、この場合には、めっきの均一性をより高くし、アルミニウム膜の膜厚のばらつきをより低減することができる。   In the electroplating process, it is preferable that at least the anode 4 be rocked or vibrated. Thereby, the relative motion is sufficiently provided between the ionic liquid 21 existing around the anode 4 and the anode 4, and the liquid friction increases. Thus, dissolution and desorption of the insulator are promoted, so that deposition of the insulator is sufficiently suppressed. As a result, a sufficient increase in the electrolytic voltage is suppressed, and the film forming speed can be further increased. Further, even if the film forming speed is increased, appearance defects such as burns and haze are less likely to occur, and an aluminum film having a good appearance can be more stably manufactured. Further, in this case, the uniformity of the plating can be further increased, and the variation in the thickness of the aluminum film can be further reduced.

好ましくは、陽極4の揺動又は振動と、めっき浴2の攪拌とを組み合わせることがよい。この場合には、絶縁物の堆積がより十分に抑制され、電解電圧の上昇が一層抑制される。これにより、成膜速度をさらに高めることが可能になり、成膜速度を高めても、外観が良好なアルミニウム膜をさらに安定して製造することができる。   Preferably, the swing or vibration of the anode 4 and the stirring of the plating bath 2 are combined. In this case, the deposition of the insulator is more sufficiently suppressed, and the increase in the electrolytic voltage is further suppressed. This makes it possible to further increase the film formation rate, and even if the film formation rate is increased, it is possible to more stably produce an aluminum film having a good appearance.

以上のように、イオン液体21を用いた電気アルミニウムめっき処理において、陽極4とイオン液体21とを相対的に移動させることにより、成膜速度を高めても、安定した外観のアルミニウムめっき膜1を得ることができる。   As described above, in the electric aluminum plating using the ionic liquid 21, the anode 4 and the ionic liquid 21 are relatively moved so that the aluminum plating film 1 having a stable appearance can be obtained even when the film forming speed is increased. Obtainable.

[実験例1]
本例では、イオン液体21を用いた電気アルミニウムめっき処理における電解電圧上昇の原因を検討する。つまり、実施形態1のように、陽極4の周囲に存在するイオン液体21と陽極4との間での相対的な移動の付与が効果的である理由を検討する。なお、実験例1以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
[Experimental example 1]
In the present example, the cause of the increase in the electrolytic voltage in the electric aluminum plating using the ionic liquid 21 will be examined. That is, the reason why the provision of the relative movement between the ionic liquid 21 existing around the anode 4 and the anode 4 as in the first embodiment is effective will be examined. Note that, among the reference numerals used in Experimental Example 1 and thereafter, the same reference numerals as those used in the above-described embodiments represent the same components and the like as those in the above-described embodiments unless otherwise specified.

<実験系>
移動装置を用いない点を除き、図3に例示されるように、実施形態1と同様の構成の電解めっき装置100を用いた。まず、イオン液体21として、AlCl3とEMICとを、AlCl3:EMIC=2:1のモル比で混合し、溶融させてイオン液体AlCl3−EMICを作製した。また、基材31として50×30mmのCu板を準備し、金属アルミニウム41として200×100mmのAl板を準備した。
<Experimental system>
An electroplating apparatus 100 having the same configuration as that of the first embodiment was used as illustrated in FIG. 3 except that a moving device was not used. First, as the ionic liquid 21, AlCl 3 and EMIC were mixed at a molar ratio of AlCl 3 : EMIC = 2: 1 and melted to prepare an ionic liquid AlCl 3 -EMIC. A 50 × 30 mm Cu plate was prepared as the base material 31, and a 200 × 100 mm Al plate was prepared as the metal aluminum 41.

Cu板を陰極3とし、Al板を陽極4として用いて、イオン液体21を含むめっき浴2中で、電気アルミニウムめっき処理を行った。本例では、陽極4と、その周囲に存在するイオン液体21との間に相対的な移動を付与せずに電気アルミニウムめっき処理を行った。電気アルミニウムめっき処理は、水分の影響を避けるために、窒素ガスを充填したグローブボックス内にて行った。そして、Cu板からなる基材31の表面にAlめっき膜を形成した。   Using a Cu plate as a cathode 3 and an Al plate as an anode 4, an electric aluminum plating treatment was performed in a plating bath 2 containing an ionic liquid 21. In this example, the electroaluminum plating was performed without imparting a relative movement between the anode 4 and the ionic liquid 21 existing around the anode 4. The electroaluminum plating was performed in a glove box filled with nitrogen gas to avoid the influence of moisture. Then, an Al plating film was formed on the surface of the substrate 31 made of a Cu plate.

めっきは、単位時間当たりの通電量の調整より成膜速度を制御できる。そこで、本例では、陰極電流密度を変化させてAlめっき膜を形成する実験を行った。その結果を図4に示す。   In plating, the film formation speed can be controlled by adjusting the amount of electricity per unit time. Thus, in this example, an experiment was performed in which the Al plating film was formed by changing the cathode current density. FIG. 4 shows the results.

図4より知られるように、陰極電流密度を増加させると、時間経過に伴い電圧上昇が起こる。この電圧上昇が電解電圧上昇である。陰極電流密度1A/dm2では電解電圧の上昇はほぼ起こっていない。電解電圧の大幅な上昇は、図4のグラフ中の矢印で示すように、陰極電流密度を増大させるにつれてより短時間でかつより急激に起こる。電圧上昇によって、陰極3に形成されるアルミニウムめっき膜1の外観に大きな違いは認められなかった。 As is known from FIG. 4, when the cathode current density is increased, the voltage rises with time. This voltage rise is the electrolytic voltage rise. At a cathode current density of 1 A / dm 2 , almost no increase in electrolysis voltage occurred. The large increase in the electrolysis voltage occurs in a shorter time and more rapidly as the cathode current density increases, as shown by the arrows in the graph of FIG. No significant difference was observed in the appearance of the aluminum plating film 1 formed on the cathode 3 due to the voltage rise.

次に、以下のようにして電圧上昇の要因を検討した。図3に例示される電解めっき装置100では、定電流電解であることから式(I)のオームの法則が成り立つ。つまり、電圧は、実験系に存在するすべての抵抗の和に比例する。
V=R×I ・・・(I)
[V:電圧、R:電気抵抗、I:電流]
Next, the factors of the voltage rise were examined as follows. In the electrolytic plating apparatus 100 illustrated in FIG. 3, since the current is constant current electrolysis, the Ohm's law of the formula (I) holds. That is, the voltage is proportional to the sum of all the resistors present in the experimental system.
V = R × I (I)
[V: voltage, R: electric resistance, I: current]

実験系の電気抵抗には、配線抵抗、出力抵抗、陰極抵抗などもあるが、これらは一定であるため、電気抵抗としては、溶液抵抗、陰極界面抵抗、陽極界面抵抗に着目して以下の通り検討をした。まず、溶液抵抗は一定と考えられる。これは、電極間の導通は、イオン液体21中に存在するイオンによるイオン伝導によるものであり、めっき浴2中には十分にイオンが存在することに加え、めっき時の電流値に変化がないためである。陰極界面抵抗も一定であると考えられる。これは、めっき前後の陰極3の重量差から算出したAlめっきの析出効率が約100%であり、陰極3での副反応はないからである。   The electrical resistance of the experimental system includes wiring resistance, output resistance, cathode resistance, etc., but since these are constant, focusing on the solution resistance, cathode interface resistance, and anode interface resistance as follows: Considered. First, the solution resistance is considered to be constant. This is because conduction between the electrodes is due to ion conduction by ions present in the ionic liquid 21. In addition to sufficient ions existing in the plating bath 2, there is no change in the current value during plating. That's why. It is considered that the cathode interface resistance is also constant. This is because the deposition efficiency of Al plating calculated from the weight difference between the cathode 3 before and after plating is about 100%, and there is no side reaction at the cathode 3.

次に、陽極界面抵抗に関しては、めっき前後の陽極4の重量差から算出した、めっき浴2中へのAlの溶解効率は約100%であった。しかし、電解直後にめっき浴2から陽極4を引き上げ、陽極4の表面を目視にて観察したところ、白色付着物400が確認された。この白色付着物400が抵抗となって電圧上昇が生じている可能性がある。そこで、白色付着物400をX線回折(つまり、XRD)により分析した。   Next, regarding the anode interface resistance, the dissolving efficiency of Al in the plating bath 2 calculated from the weight difference of the anode 4 before and after plating was about 100%. However, immediately after the electrolysis, the anode 4 was pulled up from the plating bath 2 and the surface of the anode 4 was visually observed. There is a possibility that the white deposit 400 acts as a resistor to increase the voltage. Therefore, the white deposit 400 was analyzed by X-ray diffraction (that is, XRD).

<XRD分析による白色付着物の同定>
XRD分析の対象試料としては、陰極電流密度1A/dm2で電気めっき処理を行った直後の陽極4、及び陰極電流密度4A/dm2で電気めっき処理した直後の陽極4をそれぞれ用いた。陰極電流密度4A/dm2で処理を行った陽極4の対象試料のことを、以下「試料1」といい、陰極電流密度1A/dm2で処理を行った陽極4の対象試料のことを、以下「試料2」という。試料1は、電圧上昇が生じ、白色付着物400が確認された陽極4である。試料2は、電圧上昇が生じず、白色付着物400が確認されなった陽極4である。試料1のXRD分析結果を図5に示し、試料2のXRD分析結果を図6に示す。XRD分析は、組成変化を防止する観点から、大気非暴露条件下で行った。XRD分析装置としては、株式会社リガク製のSmartLab(登録商標)を用いた。また、対象試料に照射したX線はCu管球から発生させた波長1.54ÅのX線とし、2θ/θ法によりX線回折スペクトルを取得した。
<Identification of white deposits by XRD analysis>
The anode 4 immediately after electroplating at a cathode current density of 1 A / dm 2 and the anode 4 immediately after electroplating at a cathode current density of 4 A / dm 2 were used as the target samples for the XRD analysis. The target sample of the anode 4 treated at the cathode current density of 4 A / dm 2 is hereinafter referred to as “sample 1”, and the target sample of the anode 4 treated at the cathode current density of 1 A / dm 2 is referred to as “sample 1”. Hereinafter, it is referred to as “sample 2”. Sample 1 is the anode 4 in which a voltage rise occurred and white deposits 400 were confirmed. Sample 2 is the anode 4 in which no voltage rise occurred and no white deposit 400 was observed. The XRD analysis result of Sample 1 is shown in FIG. 5, and the XRD analysis result of Sample 2 is shown in FIG. The XRD analysis was performed under the condition of non-atmospheric exposure from the viewpoint of preventing a change in composition. As an XRD analyzer, SmartLab (registered trademark) manufactured by Rigaku Corporation was used. The target sample was irradiated with X-rays having a wavelength of 1.54 ° generated from a Cu tube, and an X-ray diffraction spectrum was obtained by the 2θ / θ method.

図5に示されるように、試料1では、Alに由来するピークの他に、AlCl3に由来するピークが確認された。一方、図6に示されるように、試料2では、Alに由来するピークは確認されるが、AlCl3に由来するピークは確認されていない。つまり、XRD分析の結果から、白色付着物400はAlCl3であることが同定された。したがって、絶縁物であるAlCl3が陽極4に白色付着物400として堆積し、これが絶縁物400となって、電圧上昇が引き起こされることがわかる。 As shown in FIG. 5, in Sample 1, in addition to the peak derived from Al, a peak derived from AlCl 3 was confirmed. On the other hand, as shown in FIG. 6, in Sample 2, a peak derived from Al is confirmed, but a peak derived from AlCl 3 is not confirmed. That is, from the result of the XRD analysis, it was identified that the white deposit 400 was AlCl 3 . Therefore, it can be seen that AlCl 3 , which is an insulator, is deposited on the anode 4 as a white deposit 400, which becomes the insulator 400, causing an increase in voltage.

<AlCl3の生成メカニズム推定>
AlCl3の生成、絶縁物400の堆積のメカニズムを推定するために、電解中における溶液内部、陰極界面、及び陽極界面の反応についてそれぞれ検討する。図7に示されるように、AlCl3−EMIC浴中の各イオン種の活量シミュレーションより、今回のめっき浴2の組成AlCl3:EMIC=2:1(ただし、モル比)では、Al2Cl7 -が支配的なイオン種であり、Al2Cl7 -が活性種となってAlが析出する。図7における横軸はAlCl3のモル分率を示し、縦軸は各イオン種の数の対数を示す。
<Estimation of AlCl 3 formation mechanism>
In order to estimate the mechanism of the generation of AlCl 3 and the deposition of the insulator 400, the reactions inside the solution, at the cathode interface, and at the anode interface during electrolysis are examined. As shown in FIG. 7, from the activity simulation of each ion species in the AlCl 3 -EMIC bath, the composition AlCl 3 : EMIC of the plating bath 2 at this time: AlCl 3 : EMIC = 2: 1 (however, the molar ratio) indicates that Al 2 Cl 7 - is a dominant ion species, and Al 2 Cl 7 - becomes an active species to precipitate Al. The horizontal axis in FIG. 7 shows the mole fraction of AlCl 3 , and the vertical axis shows the logarithm of the number of each ion species.

図8(a)に例示されるように、めっき浴2のイオン液体21の内部では、各種イオンが存在しており、イオン伝導により陰極3と陽極4との間の導通が保持されている。また、図8(b)に例示されるように、陰極3とイオン液体21との界面ではAl2Cl7 -が還元されてAlが析出する。この析出により、陰極3にアルミニウムめっき膜1が形成される。一方、図8(c)に例示されるように、陽極4の界面では、界面からAlが溶解することにより高電荷密度のAl3+が生成する。Al3+は周囲のAlCl4 -などの陰イオンとイオン反応し、無電荷のAlCl3が生成すると推定される。AlCl3は絶縁物であり、陽極界面において生成、堆積すると抵抗体となると考えられる。このように、塩化アルミニウム(AlCl3)等のアルミニウムハロゲン化物よりなる絶縁物の陽極4への堆積が電解電圧上昇の原因になると考えられる。 As illustrated in FIG. 8A, various ions are present inside the ionic liquid 21 of the plating bath 2, and conduction between the cathode 3 and the anode 4 is maintained by ion conduction. Further, as illustrated in FIG. 8B, at the interface between the cathode 3 and the ionic liquid 21, Al 2 Cl 7 is reduced and Al is deposited. By this deposition, the aluminum plating film 1 is formed on the cathode 3. On the other hand, as illustrated in FIG. 8C, at the interface of the anode 4, Al 3+ having a high charge density is generated by dissolving Al from the interface. Al 3+ is presumed to undergo an ion reaction with surrounding anions such as AlCl 4 to generate uncharged AlCl 3 . AlCl 3 is an insulator and is considered to be a resistor when generated and deposited at the anode interface. As described above, it is considered that the deposition of an insulator made of an aluminum halide such as aluminum chloride (AlCl 3 ) on the anode 4 causes an increase in the electrolytic voltage.

<AlCl3の生成と電圧上昇の関係>
陽極4近傍の電解反応は、図9に示される反応ステップにより進行すると考えられる。まず、図9の第1ステップS1に示されるように、陽極4のAl板から高電荷密度のAl3+が溶出する。次いで、第2ステップS2に示されるように、Al3+は、イオン液体21中のAl2Cl7 -とイオン反応して陽極4の表面にAlCl3が生成、堆積する。次に、第3ステップS3に示されるように、陽極4近傍では、陽極表面のAlCl3が、イオン液体21中のAlCl4-との反応によってAl2Cl7 -となる溶解反応と、イオン液体21中へ脱離する脱離反応との2つの反応が起こる。
<Relationship between AlCl 3 generation and voltage rise>
It is considered that the electrolytic reaction near the anode 4 proceeds by the reaction steps shown in FIG. First, as shown in the first step S1 of FIG. 9, Al 3+ having a high charge density is eluted from the Al plate of the anode 4. Next, as shown in the second step S2, Al 3+ ion-reacts with Al 2 Cl 7 in the ionic liquid 21 to generate and deposit AlCl 3 on the surface of the anode 4. Next, as shown in the third step S3, in the vicinity of the anode 4 , a dissolution reaction in which AlCl 3 on the anode surface becomes Al 2 Cl 7 by a reaction with AlCl 4- in the ionic liquid 21; Two reactions occur with an elimination reaction which is eliminated into 21.

次に、第1〜第3ステップにおける各反応について、AlCl3の生成反応と溶解・脱離反応について反応速度で整理する。以降の説明においては、第1ステップにおけるAl3+の溶出速度V0とし、第2ステップにおけるAl3+とAl2Cl7 -の反応速度をV1とし、AlCl3の溶解・脱離反応速度をV2とする。 Next, for each of the reactions in the first to third steps, the reaction rates for the formation reaction of AlCl 3 and the dissolution / desorption reaction are summarized. In the following description, the dissolution rate V 0 which Al 3+ in the first step, Al 3+ and Al 2 Cl 7 in the second step - the reaction speed is V 1, dissolved and desorption kinetics of AlCl 3 It is referred to as V 2.

反応速度V1はイオン反応の速度であるため非常に速いと考えられる。一方、溶出速度V0は、通電量により制御可能であるため、V0をAlCl3の生成速度V0と仮定する。図10(a)には、電圧上昇が起こらない場合の経時的なAlCl3の生成量と、電圧との関係を示す。図10(b)には、電圧上昇が起こる場合の経時的なAlCl3の生成量と、電圧との関係を示す。 The reaction speed V 1 is considered to be very fast because it is the speed of the ion reaction. On the other hand, the dissolution rate V 0 is assumed since it can be controlled by the amount of current, a V 0 and generates velocity V 0 which AlCl 3. FIG. 10A shows the relationship between the amount of generated AlCl 3 over time and the voltage when no voltage rise occurs. FIG. 10B shows the relationship between the generation amount of AlCl 3 and the voltage over time when the voltage rises.

図10(a)に示されるように、AlCl3の溶解、脱離速度V2がAlCl3の生成速度V0よりも大きいとき、つまりV0<V2のときには、電圧上昇は生じない。一方、図10(b)に示されるように、AlCl3の生成速度V0が、AlCl3の溶解、脱離速度V2を上回るとき、つまり、V0>V2のときには、陽極4の表面にAlCl3が堆積する。そして、AlCl3の堆積量がある閾値を超えたときに電圧上昇が開始される。すなわち、AlCl3の生成速度V0、AlCl3の溶解・脱離速度V2が電圧に影響すると推察される。 As shown in FIG. 10 (a), the dissolution of AlCl 3, when the desorption speed V 2 is greater than the generation speed V 0 which AlCl 3, that is, when the V 0 <V 2 is no voltage rise. On the other hand, as shown in FIG. 10 (b), the production rate V 0 which AlCl 3 is dissolved in AlCl 3, when above the desorption rate V 2, i.e., when V 0> V 2, the surface of the anode 4 AlCl 3 is deposited. Then, when the deposition amount of AlCl 3 exceeds a certain threshold, the voltage rise is started. That is, the production rate V 0, dissolution and desorption rate V 2 of the AlCl 3 of AlCl 3 is presumed to affect the voltage.

このように、AlCl3−EMICからなるイオン液体21を用いた電気アルミニウムめっき処理においては、陽極4でAlCl3が析出、堆積することにより、陽極4の表面に白色の絶縁物を形成する。この絶縁物が電解電圧の上昇の原因となっている。AlCl3−EMICと同様に、例えばアルミニウムハロゲン化物とイミダゾリウムハロゲン化物とのイオン液体21においても、陽極4でアルミニウムハロゲン化物が析出、堆積して電解電圧の上昇の原因となると考えられる。 Thus, in the electric aluminum plating using the ionic liquid 21 composed of AlCl 3 -EMIC, a white insulator is formed on the surface of the anode 4 by depositing and depositing AlCl 3 on the anode 4. This insulator causes an increase in the electrolytic voltage. Similarly to the AlCl 3 -EMIC, for example, in an ionic liquid 21 of an aluminum halide and an imidazolium halide, it is considered that aluminum halide is deposited and deposited on the anode 4 and causes an increase in the electrolytic voltage.

[実験例2]
本例では、モデル実験により電圧上昇抑制手法を検討する。実験例1の結果から、電解中の電圧上昇抑制手法として、AlCl3の生成速度V0を小さくする、もしくはAlCl3の溶解・脱離速度V2を大きくする方法が考えられる。V0を小さくする方法として、陽極面積を大きくして陽極電流密度を下げる方法があるが、量産設備では製品形状や浴槽の大きさに制約が生じる。
[Experimental example 2]
In this example, a voltage rise suppression technique is examined by a model experiment. From the results of Experimental Example 1, as a voltage rise suppression scheme in the electrolyte, to reduce the production rate V 0 which AlCl 3, or a method can be considered to increase the dissolution and desorption rate V 2 of the AlCl 3. As a method of reducing V 0, there is a method of increasing the anode area to decrease the anode current density. However, in mass production equipment, there are restrictions on the product shape and the size of the bathtub.

そこで、本例では、陽極表面に流れを付与することによって、堆積したAlCl3の脱離速度V2を大きくし、モデル実験での電圧上昇の抑制可否を検証する。本例の電気アルミニウムめっき処理のモデル実験は、実施形態1の図1(a)と同様の電解めっき装置100により行った。 Therefore, in this example, by applying a flow to the anode surface, the desorption speed V 2 of the deposited AlCl 3 is increased, and it is verified whether or not the voltage increase can be suppressed in a model experiment. The model experiment of the electroaluminum plating process of this example was performed by the same electrolytic plating apparatus 100 as that of FIG. 1A of the first embodiment.

本例では、流速を定量化するために、板状の陽極4を面方向(つまり、板面と平行方向)に揺動させる。これにより、陽極4とイオン液体21とを相対的に移動させ、陽極表面に流れを付与する。揺動速度を0〜16cm/secとし、この揺動速度を陽極表面の流速と仮定した。   In this example, in order to quantify the flow velocity, the plate-shaped anode 4 is swung in a plane direction (that is, in a direction parallel to the plate surface). Thereby, the anode 4 and the ionic liquid 21 are relatively moved to give a flow to the anode surface. The swing speed was set to 0 to 16 cm / sec, and this swing speed was assumed to be the flow speed on the anode surface.

各流速に対する電解時間と電圧との関係を図11に示す。流速0〜12cm/secでは電解時間経過とともに電圧上昇が生じ、電解後の陽極4の表面には白色付着物400(つまり、絶縁物400)が確認された。しかし、陽極揺動を行ったときの電解電圧上昇までの時間t1、t2は、陽極揺動を行わなかったときの電解電圧上昇までの時間t0に比べて長くなっている。これは、陽極揺動により電解電圧の上昇が抑制されることを意味している。一方、流速を16cm/secに増加させると電解電圧の上昇は起こらず、陽極表面へのAlCl3も確認されなかった。 FIG. 11 shows the relationship between the electrolysis time and the voltage for each flow rate. At a flow rate of 0 to 12 cm / sec, a voltage rise occurred with the passage of the electrolysis time, and white deposits 400 (that is, insulators 400) were confirmed on the surface of the anode 4 after electrolysis. However, the times t 1 and t 2 until the electrolytic voltage rises when the anode swing is performed are longer than the times t 0 until the electrolytic voltage rises when the anode swing is not performed. This means that the rise in the electrolytic voltage is suppressed by the swing of the anode. On the other hand, when the flow rate was increased to 16 cm / sec, the electrolysis voltage did not increase, and AlCl 3 on the anode surface was not confirmed.

以上の結果から、例えば陽極揺動のように、陽極4の周囲に存在するイオン液体21と陽極4とを相対的に移動させることによって、電解電圧の上昇を抑制できるといえる。   From the above results, it can be said that, for example, by moving the ionic liquid 21 around the anode 4 and the anode 4 relatively, as in the case of the swinging of the anode, an increase in the electrolytic voltage can be suppressed.

上記のように、陽極表面に付与する流速を大きくすると、電圧上昇を開始するまでの時間が長くなる。これは、電解中に陽極4の表面に堆積するAlCl3が、揺動によって生じる陽極表面におけるイオン液体21の流れにより脱離し、電圧上昇に至る一定の厚みdに達するまでの時間が長くなるためであると考えられる(図12参照)。この厚みのことを、以下「AlCl3層厚み」と表記する。 As described above, when the flow rate applied to the anode surface is increased, the time required to start increasing the voltage increases. This is because AlCl 3 deposited on the surface of the anode 4 during electrolysis is desorbed by the flow of the ionic liquid 21 on the surface of the anode caused by swinging, and the time required to reach a certain thickness d leading to a voltage increase becomes longer. (See FIG. 12). This thickness is hereinafter referred to as “AlCl 3 layer thickness”.

したがって、電圧上昇が開始されるAlCl3層厚みを導出できれば、電圧上昇を抑制するために必要となる陽極表面における流速を求めることができる。流速が0、8、12cm/secのとき、AlCl3層厚みが、それぞれ電解時間t1、t2、t3にて電圧上昇を開始する限界厚みを超えたとみなし、その時のAlCl3層厚みdt1、dt2、dt3は等しいとする。なお、本実験での成膜時間内において、流速16cm/secでは、電圧上昇が起きないことから、AlCl3厚みdを超えていないと仮定する。このような仮定よりナビエ・ストークス方程式を展開すると、AlCl3層厚みdは陽極表面の流速Uを用いて式(a)で表される。式(a)において、Dは拡散係数、Aは定数、Lは流れの長さ、Uは流速、νは粘度である(図12参照)。図12は、陽極4に堆積したAlCl3がイオン液体21中に脱離する様子を示す。 Therefore, if the thickness of the AlCl 3 layer at which the voltage rise starts can be derived, the flow velocity on the anode surface required to suppress the voltage rise can be obtained. When the flow rates are 0, 8, and 12 cm / sec, it is considered that the thickness of the AlCl 3 layer exceeds the limit thickness at which the voltage rise starts at the electrolysis times t 1 , t 2 , and t 3 , respectively, and the thickness dt of the AlCl 3 layer at that time is considered. It is assumed that 1 , dt 2 and dt 3 are equal. Note that, during the film formation time in this experiment, at a flow rate of 16 cm / sec, no voltage rise occurs, so it is assumed that the thickness does not exceed the AlCl 3 thickness d. When the Navier-Stokes equation is developed based on such an assumption, the thickness d of the AlCl 3 layer is expressed by the equation (a) using the flow velocity U on the anode surface. In equation (a), D is the diffusion coefficient, A is a constant, L is the length of the flow, U is the flow velocity, and ν is the viscosity (see FIG. 12). FIG. 12 shows how AlCl 3 deposited on the anode 4 is desorbed into the ionic liquid 21.

また、AlCl3層厚みdは、AlCl3の析出速度と溶解・脱離速度の差に、電解時間を掛けることにより算出され、式(b)で表すことができる。式(b)において、V0は析出速度、tは電解時間、V2は、溶解・脱離速度である。 Further, the thickness d of the AlCl 3 layer is calculated by multiplying the difference between the deposition rate and the dissolution / desorption rate of AlCl 3 by the electrolysis time, and can be expressed by equation (b). In the formula (b), V 0 is a deposition rate, t is an electrolysis time, and V 2 is a dissolution / desorption rate.

さらに式(a)と式(b)式を用いて、電圧上昇までにかかる時間は、陽極電流密度と流速を含む式(c)で表すことができ、量産工程設計に反映可能な電圧上昇にかかるまでの時間t電圧上昇と流速Uを用いた関係式を導出することができる。式(c)においてipは陽極電流密度、dt1はAlCl3層しきい値厚みである。式(c)において分母が0のときは、t電圧上昇は∞である。式(c)において、左辺のt電圧上昇を右辺以下に調整することが好ましい。 Further, by using the equations (a) and (b), the time required for the voltage rise can be expressed by the equation (c) including the anode current density and the flow velocity. It is possible to derive a relational expression using the time t voltage rise and the flow velocity U until such time. I p anode current density in the formula (c), d t1 is AlCl 3 layers threshold thickness. When the denominator is 0 in equation (c), the increase in the t voltage is ∞. In the equation (c), it is preferable to adjust the rise of the t voltage on the left side to be equal to or less than the right side.

[実験例3]
本例では、陽極揺動、浴攪拌による電圧上昇の抑制効果を実際に測定する。本例では、揺動装置、攪拌装置を備える点を除いて実験例1と同様の電解めっき装置100を用いた。この電解めっき装置100を用い、処理条件を変更して複数の電気アルミニウムめっき処理を行った。処理条件を表1に示す。
[Experimental example 3]
In this example, the effect of suppressing the voltage rise due to the oscillation of the anode and the stirring of the bath is actually measured. In this example, the same electroplating apparatus 100 as in Experimental Example 1 was used except that a rocking device and a stirring device were provided. Using this electrolytic plating apparatus 100, a plurality of electric aluminum plating treatments were performed under different treatment conditions. Table 1 shows the processing conditions.

表1の実施例1〜6における電気アルミニウムめっき処理は、図1、図2に例示されるように、陽極4の表面にイオン液体21の流れを付与しながら行った。イオン液体21の流れの付与は、陽極揺動、浴攪拌により行った。陽極揺動は、市販のカソードロッカーを陽極4に取り付けて行った。浴攪拌は、スターラーを用いて行った。比較例1、2では、陽極4の周囲に存在するイオン液体21と陽極4とを相対的に移動させずに電気アルミニウムめっき処理を行った。このときの、電圧上昇の結果、外観の評価結果を表1に示す。   The electric aluminum plating treatment in Examples 1 to 6 of Table 1 was performed while giving the flow of the ionic liquid 21 to the surface of the anode 4 as illustrated in FIGS. 1 and 2. The application of the flow of the ionic liquid 21 was performed by oscillating the anode and stirring the bath. The anode rocking was performed by attaching a commercially available cathode locker to the anode 4. The bath was stirred using a stirrer. In Comparative Examples 1 and 2, the electroaluminum plating treatment was performed without relatively moving the ionic liquid 21 existing around the anode 4 and the anode 4. Table 1 shows the results of the voltage rise and the evaluation of the appearance at this time.

外観評価は、次のようにして行った。まず、各実施例、比較例の条件にて8個の基材に対してアルミニウムめっき膜を形成した。次いで、アルミニウムめっき膜を目視にて監察した、以下の基準で評価した。A及びBが合格である。
A:各アルミニウムめっき膜にこげ、もやは観察されず、各アルミニウムめっき膜の表面性状の違いが観察されなかった場合。
B:各アルミニウムめっき膜にこげ、もやは観察されず、各アルミニウムめっき膜の表面性状の違いがわずかに観察された場合。
C:各アルミニウムめっき膜にこげ、もやは観察されないが、各アルミニウムめっき膜の表面性状の違いが明らかに観察された場合。
D:アルミニウムめっき膜にこげ、もやが1つでも観察された場合。
The appearance was evaluated as follows. First, an aluminum plating film was formed on eight base materials under the conditions of each example and comparative example. Next, the aluminum plating film was visually inspected and evaluated according to the following criteria. A and B pass.
A: A case where no burn or haze was observed on each aluminum plating film and no difference in the surface properties of each aluminum plating film was observed.
B: A case where no burn or haze was observed on each aluminum plating film and a slight difference in the surface properties of each aluminum plating film was observed.
C: A case where no burn or haze is observed on each aluminum plating film, but a difference in surface properties of each aluminum plating film is clearly observed.
D: A case where even one haze was observed on the aluminum plating film.

表1の比較例1より知られるように、陰極電流密度が低い条件では、陽極揺動、浴攪拌を行わなくとも、電圧上昇はほとんど起こっていない。比較例2のように、陰極電流密度を高めると、電解電圧の大幅な上昇が起こり、アルミニウムめっき膜1の形成がほとんど進行しなくなる。なお、表1中に記載した「O.L.」は、電源の過負荷を意味する。   As is known from Comparative Example 1 in Table 1, under the condition where the cathode current density is low, the voltage hardly increases even if the anode is not swung and the bath is not stirred. When the cathode current density is increased as in Comparative Example 2, a large increase in the electrolytic voltage occurs, and the formation of the aluminum plating film 1 hardly progresses. "OL" described in Table 1 means an overload of the power supply.

これに対し、実施例1〜6のように、陽極揺動、浴攪拌を行うことにより、陰極電流密度を高めても電圧上昇を抑制できる。また、陽極揺動は、浴攪拌に比べてアルミニウムめっき膜1の外観をより安定化させることができる。陽極揺動と浴攪拌とを組み合わせることにより、電圧上昇の抑制効果がさらに高まる。   On the other hand, as in Examples 1 to 6, by performing the swinging of the anode and the stirring of the bath, it is possible to suppress the voltage rise even if the cathode current density is increased. Further, the swinging of the anode can further stabilize the appearance of the aluminum plating film 1 as compared with bath stirring. By combining the anode rocking and the bath stirring, the effect of suppressing the voltage rise is further enhanced.

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。   The present invention is not limited to the above embodiments, and can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof.

1 アルミニウムめっき膜
100 電解めっき装置
2 めっき浴
21 イオン液体
3 陰極
31 基材
4 陽極
41 金属アルミニウム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Aluminum plating film 100 Electroplating apparatus 2 Plating bath 21 Ionic liquid 3 Cathode 31 Base material 4 Anode 41 Metal aluminum

Claims (6)

アルミニウムハロゲン化物とイミダゾリウムハロゲン化物とを混合溶融してなるイオン液体(21)を含むめっき浴(2)中に、基材(31)からなる陰極(3)及び金属アルミニウム(41)からなる陽極(4)を浸漬し、電気めっき処理により上記基材の表面にアルミニウムめっき膜(1)を形成する方法において、
上記電気めっき処理においては、上記陽極の周囲に存在する上記イオン液体と上記陽極とを相対的に移動させる、アルミニウムめっき膜の製造方法。
In a plating bath (2) containing an ionic liquid (21) obtained by mixing and melting an aluminum halide and an imidazolium halide, a cathode (3) composed of a substrate (31) and an anode composed of metallic aluminum (41) In the method of dipping (4) and forming an aluminum plating film (1) on the surface of the substrate by electroplating,
In the electroplating process, a method for manufacturing an aluminum plating film, wherein the ionic liquid existing around the anode and the anode are relatively moved.
上記イオン液体と上記陽極との相対的な移動により、上記電気めっき処理において生成して上記陽極に付着する絶縁物(400)を、上記陽極から脱離させるか、あるいは上記イオン液体中に溶解させる、請求項1に記載のアルミニウムめっき膜の製造方法。   Due to the relative movement between the ionic liquid and the anode, the insulator (400) generated in the electroplating process and attached to the anode is detached from the anode or dissolved in the ionic liquid. The method for producing an aluminum plating film according to claim 1. 上記絶縁物がアルミニウムハロゲン化物である、請求項2に記載のアルミニウムめっき膜の製造方法。   The method for producing an aluminum plating film according to claim 2, wherein the insulator is an aluminum halide. 上記電気めっき処理においては、上記陽極を揺動又は振動させることにより、上記陽極の周囲に存在する上記イオン液体と上記陽極とを相対的に移動させる、請求項1〜3のいずれか1項に記載のアルミニウムめっき膜の製造方法。   In the electroplating process, by swinging or vibrating the anode, the ionic liquid present around the anode and the anode are relatively moved, and according to any one of claims 1 to 3, The method for producing an aluminum plating film according to the above. 上記陽極は板状であり、上記電気めっき処理においては、上記陽極の板面と平行方向に上記陽極を揺動させる、請求項1〜4のいずれか1項に記載のアルミニウムめっき膜の製造方法。   The method for producing an aluminum plating film according to any one of claims 1 to 4, wherein the anode has a plate shape, and in the electroplating process, the anode is swung in a direction parallel to a plate surface of the anode. . 上記電気めっき処理においては、上記めっき浴を攪拌させることにより、上記陽極の周囲に存在する上記イオン液体と上記陽極とを相対的に移動させる、請求項1〜5のいずれか1項に記載のアルミニウムめっき膜の製造方法。   The said electroplating process WHEREIN: By stirring the said plating bath, the said ionic liquid and the said anode which exist around the said anode are moved relatively, The Claims any one of Claims 1-5. Manufacturing method of aluminum plating film.
JP2018167246A 2018-09-06 2018-09-06 Production method of aluminum-plated film Pending JP2020041170A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018167246A JP2020041170A (en) 2018-09-06 2018-09-06 Production method of aluminum-plated film

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018167246A JP2020041170A (en) 2018-09-06 2018-09-06 Production method of aluminum-plated film

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2020041170A true JP2020041170A (en) 2020-03-19

Family

ID=69797655

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018167246A Pending JP2020041170A (en) 2018-09-06 2018-09-06 Production method of aluminum-plated film

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2020041170A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021181725A1 (en) 2020-03-10 2021-09-16 Kddi株式会社 Terminal device for executing call control for terminal device including multiple subscriber identity modules, base station apparatus, control method, and program
CN114059117A (en) * 2021-10-26 2022-02-18 浙江大学杭州国际科创中心 Preparation method and application of ionic liquid chromium electroplating solution

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021181725A1 (en) 2020-03-10 2021-09-16 Kddi株式会社 Terminal device for executing call control for terminal device including multiple subscriber identity modules, base station apparatus, control method, and program
CN114059117A (en) * 2021-10-26 2022-02-18 浙江大学杭州国际科创中心 Preparation method and application of ionic liquid chromium electroplating solution

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Abbott et al. Electrodeposition of copper composites from deep eutectic solvents based on choline chloride
Yue et al. A promising method for electrodeposition of aluminium on stainless steel in ionic liquid
Tai et al. Electrodeposition of palladium–silver in a Lewis basic 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride-tetrafluoroborate ionic liquid
US8951401B2 (en) Method for electrochemically depositing carbon film on a substrate
Hsiu et al. Electrodeposition of palladium–indium from 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride tetrafluoroborate ionic liquid
JPWO2012043129A1 (en) Electric aluminum plating solution
KR20170007268A (en) Method for plating a mong metal strip and coated metal strip produced thereby
JP2020041170A (en) Production method of aluminum-plated film
JP5445670B2 (en) Method for forming oxidation resistant coating layer
JP2011222483A (en) Method for manufacturing metallic porous body, aluminum porous body, electrode material for cell using metallic porous body or aluminum porous body, and electrode material for electric double layer capacitor
CN104294327A (en) Ionic liquid electrolyte and method for preparing bright aluminum coating by use of ionic liquid electrolyte
WO2015198819A1 (en) Alluminum plating solution, aluminum film manufacturing method, and porous aluminum object
CN101235531B (en) Method of reactivating electrode for electrolysis
JP6875711B2 (en) Method of manufacturing metal titanium foil by molten salt electrolysis
JP2001279486A (en) Method for plating tantalum
JP2678984B2 (en) Electric aluminum plating bath and plating method using the bath
JP2008013845A (en) Electroless aluminum plating bath and electroless plating method of aluminum
JP7179358B2 (en) Methods and compositions for electrochemical deposition of metal-rich layers in aqueous solutions
WO2015137400A1 (en) Electrolytic copper plating solution analysis device and electrolytic copper plating solution analysis method
TWI783968B (en) Aluminum plating at low temperature with high efficiency
JP2015140440A (en) Aluminum plating liquid, aluminum film, resin structure, aluminum porous body, and manufacturing method of the aluminum porous body
JPH0280589A (en) Tungsten electroplating bath and plating method using the bath
Ghosh Electrodeposition of Cu, Sn and Cu-Sn alloy from choline chloride ionic liquid
CN110607548A (en) Preparation method of micro-arc oxidation film layer on surface of aluminum or aluminum alloy
JP6091150B2 (en) Surface modification method by fluorination treatment