JP2631683B2 - 亜鉛−クロム電気めっき方法 - Google Patents

亜鉛−クロム電気めっき方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は自動車、家電、建材等に使用される耐食性の
優れたZn−Cr電気めっき鋼板の製造方法に関し、特に工
業的に安定に連続生産するためのめっき浴の維持管理方
法および補給方法に関する。
(従来の技術) ZnないしZn系合金めっき中にCrを含有せしめたZn−Cr
系電気めっき法としては、例えば特公昭61−36078号、
特公昭58−56039号、特開昭61−270398号等の公報が公
知であるが、これらはCrの共析率が0.005〜5%までの
極めて微量である。
従って、めっき浴中のCr3+イオン濃度の維持管理につ
いては特に考慮ははらわれていない。
(発明が解決しようとする課題) 本発明者らは耐食性を画期的に向上させるために、Cr
含有量の更に高いZn−Cr系電気めっき鋼板の製造法を検
討し、その用途を得た。しかしながら、工業的に長期に
わたって安定して製造するためには、めっきで消費され
るZn2+イオンとCr3+イオンを補給し、めっき浴中の該イ
オンを所定濃度に維持できる技術が必要である。
Zn2+イオンは、公知の方法で補給することは可能であ
るが、Cr3+イオンの適用できる補給方法がなかった。
即ち、Cr3+イオンは、硫酸クロムや塩化クロムのごと
き塩類で添加すると、めっき浴内にSO4 2-イオン、Cl-
オン等の陰イオンの濃度が増大し、めっきに支障が出
る。
Cr2O3等の酸化物あるいは金属Crとしてめっき液に添
加することはできない。例えばpH=1以下の酸性浴であ
っても、溶解しないからである。
Cr(OH)等の酸化物あるいはCr2(CO3等の炭酸
塩としてめっき浴に添加することも考えられるが、酸性
浴に一部溶解するのみで、不溶解残渣が出る。空気中で
不安定であって、酸化物に変換し易いためである。たと
え酸化物生成を抑止し得たとしても原料コストが不当に
高くなるので現実的ではない。
金属Crを陽極に使用して電気的に溶解する方法は可能
であるが、陰極でめっきに消費させるCr量に対して過剰
のCrがめっき浴中に溶解するので、Cr3+イオン濃度を一
定に維持することはできない。
一方不溶解性陽極を使用することは、可溶性陽極に比
較して工業的に有利であるが、陽極で6価Crが生成し、
めっき浴内の濃度が増大してきてめっきに支障を及ぼ
し、長期連続操業が不可能になる。
本発明はかかる問題点を有利に解決するためになされ
たものである。
(課題を解決するための手段) 即ち本発明は、Zn2+イオン、Cr3+イオン、有機還元剤
を基本成分とし、Zn2+イオン10〜150g/,Cr3+イオン10
〜150g/,有機還元剤50g/以下からなる酸性めっき
浴で、不溶解性陽極を用いてめっきすることを特徴とす
る亜鉛−クロム電気めっき方法であり、またBr-イオン4
0g/以下をめっき浴に付加し、また循環タンクからめ
っき液の一部を反応槽に導入し、該反応槽に6価Crと有
機還元剤を補給し、反応せしめて後、循環するものであ
る。
(作 用) 不溶解性陽極は、長時間連続的にめっきを行っても損
粍しないので、陽極の形状が保持され、また被めっき体
である鋼帯との極間距離が一定に保持できるので、長時
間連続して一定のめっき条件で操業できる。また極間距
離を短縮できるので、液抵抗による電圧損失を極力少な
くすることができ、更に可溶性陽極のような頻繁な陽極
取り替えを要しないので、生産稼動率を向上させ得る等
その経済的利点は大きい。
しかしながら不溶解性陽極を使用する場合、電流は水
の電気分解によるO2ガス発生、あるいはめっき液成分の
電解酸化反応を介して伝達される。Zn2+−Cr3+めっき浴
の場合にはCr3+イオンが酸化され、6価Crが生成する。
従って6価Crが系内に蓄積されるので、これを還元する
ことが必要である。
有機還元剤をめっき液中に添加することにより、陽極
で生成する6価Crを皆無ないしは低位に抑制することが
できる。ただし、有機還元剤自身が陽極で消費されるの
で、効果を維持するためにはその補給が必要である。
有機還元剤としては、エタノール,プロパノール,グ
リセリン,エチレングリコール等の低級1価あるいは多
価アルコール類,でんぷんおよび糖類,ギ酸,シュウ酸
等の有機酸類が反応性を考慮して好ましい。めっき液中
の有機還元剤の濃度は50g/以下が好ましい。50g/を
超えるとめっき密着性等を劣化させるので好ましくな
い。有機還元剤の電解槽中の濃度が、例えば1g/程度
と低くとも有効である。この場合、不溶解性陽極で発性
する6価Crは比較的増大するが、後述するように全部ま
たは一部の電解槽に可溶性陽極を併用したり、あるいは
生成した6価Crを反応槽中でCr3+に還元できるからであ
る。
本発明を適用するめっき浴成分は、有機還元剤の他に
Zn2+イオン10〜150g/,Cr3+イオン10〜150g/,pHは3
〜0.5の硫酸あるいは/および塩酸々性であることが基
本であって、他にNa+,K+,NH4 +,Mg2+,Al3+等の無関係陽
イオン,H3BO3等のの緩衝剤,ポリエチレングリコール等
のポリオキシアルキレン誘導体や、SiO2,Al2O3コロイド
等の酸化物微粒子等の特殊添加剤が存在しても、本発明
の方法に本質的な支障はない。
酸化還元反応に干渉しない金属イオン,例えばNi2+,C
o2+,Cd2+,Pb2+等は、存在しても本発明の適用には支障
はなく、Fe,Cu,Mn等の酸化還元反応に関わる金属イオン
は、めっき浴中に実際不可避的に存在するものであり、
少量なら本発明の方法に影響は及ばさない。
次にBr-イオンの作用について説明する。Br-イオンは
不溶解性陽極でCr3+イオンより優先して酸化され、Br2
となる。Br2は有機還元剤と速やかに反応し、Br-イオン
に戻る。かくすることにより、Br-イオンはCr3+イオン
−有機還元剤の系中で触媒的に作用し、陽極での6価Cr
生成を抑制するのである。Br-イオンはNa+,K+,NH4 +等の
塩としてめっき液に添加することができる。Br-イオン
濃度は40g/以下であることが好ましい。40g/を超え
てもそれ以上の効果はなく、経済的に好ましくない。
本発明のめっき浴を用いれば、めっきで消費されるCr
3+イオンの補給源として、6価Crが適用できる。即ち、
めっき液の一部を循環タンクから反応槽に導入し、該反
応槽に6価Crを補給してめっき液中の有機還元剤と反応
させ、Cr3+イオンに転換せしめることができる。反応槽
には電解槽で消費された有機還元剤も同時に補給する。
場合によっては反応を促進するため、硫酸等を添加する
ことも有利である。
6価Cr源としては、クロム酸あるいはクロム酸クロム
が好ましい。これらはCr源としては商業的に比較的安価
に入手できる原料である。場合によってはNH4 +,Na+,K+,
Mg2+,Al3+等のクロム酸塩あるいは重クロム酸塩として
添加することもできる。ただし、上記陽イオン類のめっ
き液中の物質収支がバランスする範囲内で適用すること
が好ましい。
導入されるめっき液の温度は、めっき時の温度と同水
準であることが経済的で、従って反応槽の温度は、40〜
90℃に制御することが好ましい。このようにして、6価
CrがCr3+イオンに転換され、余剰の有機還元剤とともに
補給されて循環タンクに返送,循環される。
循環タンク内の6価Cr濃度は、10g/以下に維持され
ることが好ましい。10g/以上ではめっき外観等を劣化
させるので好ましくない。全ての電解槽に不溶解性陽極
を使用することがより好ましいが、場合によっては一部
の電解槽にCrおよび/あるいはZn電解等の可溶性電極を
適用することもできる。
不溶解性陽極としては、PbにSn,Ag,In,Te,Tl,Sr,As,S
b,Caを合金せしめたPb合金系電極、あるいはPbO2電極等
のPb系電極,PtあるいはPtにIr,Pd,Ru,Rh等を合金化せし
めたPt系電極,Rh,Ruの酸化物電極等の貴金属系電極,Ta
とRu,Rh,Pb,Ir,Pt,Ni等からなる非晶質合金系電極等が
適用可能である。
なおZn源のめっき液への補給は、ZnCO3等の塩類、あ
るいは金属Znの形で適用できる。
以上延べたようなめっき浴組成と、不溶解性陽極を使
用する電解槽,更にイオン補給系を適用することによ
り、めっき温度30〜70℃、電流密度50A/Dm23以上,相対
流速30〜200m/分の条件で、Cr含有量5〜40%に及ぶ高
耐食性Zn−Crめっき鋼板が安定して長時間連続して製造
することができる。
次に本発明のめっきプロセスの態様例を、第1図によ
って説明する。
1は不溶解性陽極を使用する電解槽、2は不溶解性陽
極、3は被めっき対象である鋼帯であって、電解槽1は
複数個あり、4は可溶性陽極を使用する電解槽、5は可
溶性陽極であり、該電解槽4は0個ないし複数個ある。
循環タンク6からめっき液を電解槽1あるいは1と4
に送り、電流を流してめっきをし、めっき液を循環タン
ク6に戻し、再び循環させる。一方めっき液の一部を循
環タンク6から反応槽7に送り、同時に貯槽8から6価
Crを、貯槽9から有機還元剤をそれぞれ供給し、必要に
応じて貯槽10から硫酸を添加する。ここで6価CrはCr3+
イオンに還元され、熱交換器11を経て循環タンク6に戻
し循環する。
Zn源の供給は貯槽12から溶解槽13に投入し、循環タン
ク6からめっき液の一部を導入して溶解させる。金属Zn
を用いるときは、6価Crが溶解を促進するので、反応槽
7から熱交換器11を経由したCr補給系のめっき液をZn溶
解槽13に導入して、未反応6価Crを更にZnによって還元
させることもできる。溶解後沈静槽14を経由して循環タ
ンク6に戻し、循環する。
Br-イオンは、必要に応じて貯槽15から例えば沈静槽1
4に供給すればよい。
(実施例) 第1表に揚げる実施例1〜4、比較例1〜3のめっき
浴組成,陽極およびめっき条件で、冷延鋼板を陽極とし
て1万クローン/までの連続めっきをおこなった。1
万クローン/負荷後の6価Cr生成量を同様に第1表に
示した。
比較例と対比することにより、本発明の陽極での6価
Cr生成抑制効果が明白である。
実施例5 実施例2の1万クローン/負荷後のめっき液1当
りに、Crとして0.3gに相当するクロム酸水溶液を添加
し、0.9g/のギ酸を添加して70℃で反応せしめた。反
応後6価Cr濃度は0.1g/以下であった。
更にめっきで消費されたZnとして1.8g/相当分をZnC
O3で補給し、液量を調整してZn2+イオンと、Cr3+イオン
をほぼ初期の濃度に回復させた。再び1万クローン/
までの連続めっきをおこない、上記と同様の条件で回復
操作を行い、このようなサイクルを繰返して60万クロー
ン/までの負荷をかけた。なお、この間ドラグアウト
等による添加成分の若干の変動は試薬添加で補正した。
60万クローン/負荷までのめっき層の組成は、ほぼCr
15%,残部Znと安定して推移し、めっき外観も良好で変
化はなかった。
イオン補給回復後のZn2+イオンおよびCr3+イオン濃度
は、ほぼ初期と同じであり、6価Crは0.1g/以下であ
って、濃度増大の傾向は認められなかった。
(発明の効果) 以上述べたように、本発明による電気めっき方法によ
り、耐食性の優れたCr含有量の高いZn−Cr電気めっき鋼
板を、安定な品質で長時間連続して製造することができ
る等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のめっきプロセスの一例を示すブロック
図である。 1,4……電解槽、2……不溶解性陽極、3……鋼帯、5
……可溶性陽極、6……循環タンク、7……反応槽、8,
9,10,12,15……貯槽、11……熱交換器、13……溶解槽、
14……沈静槽

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Zn2+イオン、Cr3+イオン、有機還元剤を基
    本成分とし、Zn2+イオン10〜150g/,Cr3+イオン10〜15
    0g/、有機還元剤50g/以下からなる酸性めっき浴
    で、不溶解性陽極を用いてめっきすることを特徴とする
    亜鉛−クロム電気めっき方法。
  2. 【請求項2】Br-イオン40g/以下をめっき浴に付加し
    た請求項(1)記載の亜鉛−クロム電気めっき方法。
  3. 【請求項3】循環タンクからめっき液の一部を反応槽に
    導入し、該反応槽に6価Crと有機還元剤を補給し、反応
    せしめて後循環する請求項(1)記載の亜鉛−クロム電
    気めっき方法。
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