JP3467954B2

JP3467954B2 - 金属帯の連続電気めっき方法

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Publication number: JP3467954B2
Application number: JP04337296A
Authority: JP
Inventors: 直樹酒井
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1996-02-29
Publication date: 2003-11-17
Anticipated expiration: 2016-02-29
Also published as: JPH09235698A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気分解用電極を
用いた電気めっき方法に関し、特には鋼帯など金属帯の
電気めっき設備または前記金属帯の電解洗浄設備などに
用いられる電気分解用表面被覆電極を用いた金属帯の連
続電気めっき方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気めっき設備などに使用される、Tiな
どの金属基体の表面にIrO₂などの被覆層（以下皮膜と記
す）が形成された表面被覆電極は、皮膜により、電極の
基体である金属基体表面の不動態化が防止される。この
場合、一般に、表面被覆電極の寿命決定因子としては、
皮膜と基体との密着性および皮膜自体の耐久性などが挙
げられる。

【０００３】これらの特性を向上させるために、特開昭
63−235493号公報においては、下地層（中間層）を被覆
する方法が、特開平６−200391号公報においては、放電
加工により下地層（中間層）を被覆する方法が、また特
開平７−3497号公報においては、コーテイング剤をスパ
ッタリング法で被覆する方法が開示されている。これら
の従来技術は、いずれも皮膜の成分、被覆方法、または
皮膜と金属基体との間に中間層を被覆するなど、コーテ
イング技術によって、皮膜の密着性や皮膜の耐久性を向
上せしめるという考え方である。

【０００４】しかし、これら従来技術の場合、表面被覆
電極の寿命には限界があり、使用時間が経過するに従
い、めっき時の所要電圧が急激に上昇し電極を交換する
必要があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来技
術の問題を解決し、電極の寿命を大幅に延長可能な電気
分解用表面被覆電極を用いた金属帯の連続電気めっき方
法の提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、次の第１〜
第３の電極のいずれかを用いる。第１の電極は、電極１
の放電面側２の電極面上に突起部３、窪み部４および溝
部５の少なくともいずれかからなる凹凸部を有する電気
分解用表面被覆電極である。第２の電極は、電極１の放
電面側２の電極面上に三角錐型の突起部３からなる凹凸
部を有する電気分解用表面被覆電極である。

【０００７】第３の電極は、電極１の放電面側２の電極
面上に、三角柱８または四角柱９の長手方向の一つの面
が載置された形状の凹凸部を有する電気分解用表面被覆
電極である。前記第１〜第３の電極においては、前記凹
凸部の底部６で形成される仮想面７における前記電極１
の通電面積Ｓに対する前記電極１の放電部の表面積の比
が、好ましくは1.2 以上、より好ましくは1.3 〜3.0 、
さらに好ましくは1.3 以上、2.0 未満であることが好ま
しい。

【０００８】また、前記第１〜第３の電極においては、
前記凹凸部の高さまたは深さｈが好ましくは 0.5〜3.0m
m 、より好ましくは、 0.5mm以上、2.0 mm未満であるこ
とが好ましい。本発明は、前記第１〜第３の電極のいず
れかを用いて、該電極と該電極と相対向する金属帯との
間に、流速が1.0m/sec以上、より好ましくは 1.0〜3.0m
/secの条件下でめっき液を流通し、めっきを行うことを
特徴とする金属帯の連続電気めっき方法である。

【０００９】本発明においては、より好ましくは、めっ
き液が硫酸酸性めっき液であることが好ましく、さらに
好ましくはpHが1.0 〜2.0 であることが好ましい。な
お、前記第１〜第３の電極において、凹凸部とは、前記
のとおり、表面がでこぼこを有する状態、すなわち、平
らでない状態を示し、第１の電極においては、でこぼこ
の形態は制限されるものではない。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明をより詳細に説明す
る。本発明は、鋼帯など金属帯の電気めっき設備または
該金属帯の電解洗浄設備などに好適に用いられる電気分
解用表面被覆電極（以下電極と記す）を用いた金属帯の
連続電気めっき方法に関する。

【００１１】本発明における電極としては、Ti、Ta、N
b、Zr、Hf、V 、Mo、W またはそれらの合金などの導電
性基体の表面上にIr、Pt、Ruなどの白金族金属やIrO₂な
どそれらの酸化物を被覆した電極が好ましく例示され
る。なお、この場合、これらの皮膜と導電性基体の中間
に皮膜の密着性や耐久性をさらに向上せしめるためなど
の目的で中間層を有していてもよい。

【００１２】また、本発明の金属帯の連続電気めっき方
法は、鋼帯（ストリップ）など金属帯のZnめっき、Niめ
っき、Zn−Ni合金めっき、Snめっき、Feめっき、Crめっ
きなどに好ましく適用されるが、金属帯の種類およびめ
っき金属は制限されるものではない。めっき浴として
は、より好ましくは、硫酸水溶液を母液とするめっき浴
が好ましく、さらに好ましくはpHが1.0 〜2.0 であるこ
とが好ましい。

【００１３】pHが1.0 未満の場合、得られる金属帯のめ
っき密着性が低下し、また、めっき時の電流効率の低下
を招き、2.0 超えの場合、めっき焼けなどが生じ好まし
くない。また、この場合のめっき槽としては、横形槽
（水平セル）、縦形槽、密閉横形槽（ジェットセル）、
ラジアルセルなどが挙げられ、その形式は制限されな
い。

【００１４】図１(a) および図２(a) 〜(d) に本発明の
電極の一例を、また図３に従来の平板型電極を斜視図に
より示す。また、図１(b) 、図２(e) 、(f) に、これら
本発明に係わる電極の凹凸部Ａ部を、凹凸部の寸法と共
に、それぞれ断面図および斜視図により示す。なお、図
１、図２、図３において、矢印Ｆは、後記の実施例にお
ける、電極に対するめっき液の流れ方向を示す。

【００１５】図１は、電極表面にピラミッド（三角錐）
型の凸部を多数有する電極（以下ピラミッド型電極と記
す）である。図２(a) 、(b) は、電極表面に、三角柱の
長手方向の一つの面が平板の上面に載置された形状の凸
部を多数有する電極（以下スリットＡ型電極と記す）で
あり、図２(c) 、(d) は、断面が四角の四角柱の長手方
向の一つの面が平板の上面に載置された形状の凸部を多
数有する電極（以下スリットＢ型電極と記す）である。

【００１６】表１に、これら本発明に係わる電極並びに
該電極の放電面積の平板型電極の放電面積に対する比率
および電極面上の凹凸部の高さまたは深さｈを一括して
示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】前記したように、従来の方法はいずれも、
皮膜の成分、皮膜の被覆方法、または皮膜と金属基体と
の間に中間層を被覆するなど、コーテイング技術によっ
て、皮膜の密着性や皮膜の耐久性を向上せしめるという
考え方である。本発明は、このような考え方とは異な
り、被コーテイング側の金属基体の表面を機械加工など
の方法により、特定の立体形状とすることによって、皮
膜単位面積当たりの電流負荷を減少させ、電極の長寿命
化を図ったものである。

【００１９】すなわち、本発明においては、めっき用電
極などとして用いられる電気分解用電極の長寿命化を達
成するために、電極基体である金属基体の放電側の表面
（放電面）に機械加工などにより溝などの凹凸を設け、
電極表面の実表面積を増加させた後に、皮膜をコーテイ
ングした。これにより、金属基体である平板に皮膜を被
覆した従来法と異なり、電極使用時の電極単位表面積当
たりの電流負荷が減少し、皮膜の消耗速度が小さくな
り、同一電極を長時間使用可能となった。

【００２０】さらには、本発明においては、金属基体の
表面形状およびめっき液流速に関して、電解時に電極面
より発生する酸素ガスの泡抜け性をも考慮し、その最適
形状および最適めっき液流速を実験により求めた。すな
わち、電極基体表面に機械加工などにより凹凸を設けた
場合、電極面より発生する酸素ガスの泡抜け性が悪くな
り、電解電圧が高くなる危険性があるが、実験により、
電極表面の最適形状および電気めっき時のめっき液の最
適流速を見出した。

【００２１】図４(a) 、(b−1)および(c) に、それぞ
れ、前記した本発明に係わるピラミッド型電極、スリッ
トＡ型電極およびスリットＢ型電極の表面形状を説明す
るための斜視図を示す。なお、図４(b−2)は、スリット
Ａ型電極の凹凸部の高さまたは深さｈを示すためのスリ
ットＡ型電極の断面図である。

【００２２】図４において、１は電極、２は放電面側、
３は突起部、４は窪み部、５は溝部、６は突起部３、窪
み部４、溝部５の少なくともいずれかからなる凹凸部の
底部、７は凹凸部の底部６で形成される仮想面、８は三
角柱、９は四角柱を示す。また、Ｓは仮想面７における
電極１の通電面積、すなわち図４の仮想面７において直
線ｌ₁、ｌ₂、ｌ₃、ｌ₄に囲まれた部分（点線斜線
部）の面積を示し、ｈは凹凸部の底部６からの高さ、す
なわち底部６の凹凸部頂点に対する深さを示す。

【００２３】本発明の電気分解用電極においては、前記
凹凸部の底部６で形成される仮想面７における電極１の
通電面積Ｓに対する電極１の放電部の表面積の比が、好
ましくは 1.2以上、より好ましくは 1.3〜3.0 、さらに
好ましくは 1.3以上、 2.0未満であることが好ましい。
1.2未満の場合、電極の実表面積増加に伴う電極寿命の
延長効果が小さくなり、 3.0超えの場合、電極面より発
生する酸素ガスの泡抜け性が悪くなり、所要電解電圧が
高くなる。

【００２４】なお、本発明においては、凹凸部の底部６
とは、図４に示される平面に限定されることなく、電極
の金属基体の放電面の形状によっては、曲面の底部をも
含む。また、本発明において、電極１の放電部の表面積
とは、電極の放電面の幾何学的表面積であり、例えば、
図４(a) のピラミッド型電極の場合、三角錐である突起
部３の外表面積および凹凸部の基底部である底部６の外
表面積の合計値、すなわち、電極において、放電が行わ
れる全外表面積を示す。

【００２５】さらに、例えば、鋼帯の電気めっきのめっ
きセルの１種であるラジアルセルなどにおいて用いられ
る、放電面が曲面を有する電極の場合も、前記通電面積
Ｓおよび放電部の表面積は前記と同様に定義される。ま
た、本発明の電極においては、前記凹凸部の高さまたは
深さであるｈは、 0.5〜3.0 mmであることが好ましく、
より好ましくは 0.5mm以上、 2.0 mm 未満の範囲内であ
ることが好ましい。

【００２６】0.5mm未満の場合、電極の実表面積増加に
伴う、電極寿命の延長効果が小さくなり、 3.0 mm 超え
の場合、電極面より発生する酸素ガスの泡抜け性が悪く
なり、所要電解電圧が高くなる。なお、本発明におい
て、前記凹凸部の高さまたは深さとは、凸部の頂点から
前記した仮想面に下した垂線と該仮想面との交点と凸部
の頂点迄の距離を示し、凹凸の形状が不規則な場合は、
該仮想面全体における平均値を示す。

【００２７】また、電気めっき時の本発明に係わる電極
（陽極）と鋼板などの被めっき金属帯（陰極）の両極の
間のめっき液の流路を極間と定義すると、極間内のめっ
き液流速は、1.0m/sec以上であることが好ましく、さら
に好ましくは、 1.0〜3.0m/secの範囲内であることが好
ましい。1.0m/sec未満の場合、所要電解電圧が高くな
り、逆に3.0m/sec超えてめっき液流速を増加させた場
合、電解電圧低下の効果は飽和し、送液用のポンプなど
における消費電力が大きくなる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。（実施例１）先ず、各種表面形状の電極を用いて、表面
形状および極間内のめっき液流速（以下極間内流速と記
す）が電解電圧に及ぼす影響について調べた。

【００２９】本実施例においては、前記した図１、図２
の本発明に係わるピラミッド型電極、スリットＡ型電
極、スリットＢ型電極、および比較として図３の平板型
電極を用いた。すなわち、図１、図２、図３に示す各種
表面形状のTiから成る基体の表面上に、IrO₂皮膜を被覆
した電極を用いて実験を行った。

【００３０】また、電解時に発生する酸素ガスの泡抜け
性を調べるため、スリット型電極の場合は、めっき液流
れ方向Ｆに対して直角に溝を切った電極（図２(a) 、
(c) ）およびめっき液流れ方向Ｆに対して平行に溝を切
った電極（図２(b) 、(d) ）、各々２種類の電極につい
て実験を行った。本実施例で用いた実験装置を図７に示
す。

【００３１】図７において、21はめっき液流路22、陽極
23および陰極24から構成された、水平セル型めっき槽を
モデル化した水平セルであり、25は電流値一定制御のサ
イリスタ整流器、26は循環槽、27はめっき液、28はめっ
き液昇温装置、29はめっき液冷却装置、30は流量計、Ｔ
は熱電対、Ｐはポンプ、Ｖは弁を示す。本実施例におい
ては、図７の実験装置および下記のモデルめっき液を使
用し、前記した各種表面形状の電極のテストピースを、
陽極23に取り付け、陽極23および陰極24の間に一定電流
を通電し、極間内流速を変えて、下記条件下で電解電圧
を測定した。

【００３２】モデルめっき液：Na₂SO₄＝150g/l、pH＝1.
2 〜1.3 、液温＝60℃ 電流密度：150A/dm² 極間距離：10mm 図５に前記した試験電極を用いて行った実験結果を示
す。図５より、電極の溝深さを2.0mm と大きくしたスリ
ットＢ型電極の場合、めっき液流速を増しても、電極の
溝深さが0.7mm と小さいピラミッド型電極およびスリッ
トＡ型電極と比較して、所定の電流を通電した場合の電
解電圧が高くなり、電極の溝深さを大きくすると、泡抜
け性が悪くなることが分かった。

【００３３】すなわち、本発明においては、定常時の電
解電圧低減の上から、電極の溝深さを2.0mm 未満に制限
することが、より好ましい。また、図５に示されるよう
に、極間内流速は、1.0m/sec以上であることが好まし
く、また3.0m/sec以上に大きくした場合、定常時の電解
電圧低下の効果は飽和することが分かった。

【００３４】（実施例２）図８に示す水平セル型の連続
電気めっき装置を使用し、図１、図２に示す本発明に係
わる試験電極（ピラミッド型電極、スリットＡ型電極）
および図３に示す従来の平板型電極を用いて、下記条件
下で操業実験を行った。なお、図８(a) は、めっき装置
の側面図を示し、図８(b) は、試験電極を取り付けた下
部陽極側のめっきセルの部分側面図を示す。

【００３５】また、図８において、40はめっきセル、41
は本実施例において試験電極を取りつけた陽極、42は鋼
帯、43はめっき液、44はコンダクタロール、45はバック
アップロール、46はブスバー、47は鋼帯の進行方向を示
す。〔試験電極の金属基体、皮膜〕金属基体：Ti、皮膜：IrO₂ 〔被めっき材〕アルカリ脱脂、硫酸酸洗後の冷延鋼板〔めっき浴〕めっき液含有成分：NiS0₄、ZnSO₄、Na₂S0₄ めっき液 pH ：1.4 （硫酸酸性）極間内めっき液流速：1.0m/sec以上図６に、この間の、実験開始時の所要電圧に対する電圧
上昇率の経時的推移を示す。

【００３６】図６に示されるように、電極の実表面積を
増加させた本発明の試験電極を用いた場合、従来の平板
型電極に対し、電極劣化に伴う電圧上昇開始迄の使用可
能時間が大幅に延長可能となり、電極の長寿命化が達成
可能であるという良好な結果が得られた。以上の実施例
で示されるように、本発明においては、めっき電極の放
電面側に機械加工を施す方法などにより、電極の実表面
積を増加し、電極の単位皮膜面積当たりの電流負荷の低
減を図った。

【００３７】この結果、電極の使用可能時間を大幅に延
長し、電極の長寿命化を達成することができた。また、
泡抜け性の良否に伴う定常時の電解電圧の問題に関して
も、機械加工などの方法により設ける溝深さを、より好
ましくは2.0mm 未満とし、さらには、極間内めっき液流
速を1.0m/sec以上とすることにより解決可能となった。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、電気分解用の表面被覆
電極の使用可能時間を大幅に延長し、電極の長寿命化を
達成することができた。さらには、極間内めっき液流速
を規定することにより、定常時の電解電圧を低減するこ
とが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる電極を示す斜視図(a) および該
電極凸部の高さを示す要部拡大断面図(b) である。

【図２】本発明に係わる電極を示す斜視図(a) 、(b) 、
(c) 、(d) および該電極凸部の高さを示す要部拡大斜視
図(e) 、(f) である。

【図３】従来の電極を示す斜視図である。

【図４】本発明に係わる電極の表面形状を説明するため
の斜視図(a) 、(b−1)、(C) 、およびスリットＡ型電極
(b−1)の断面図(b−2)である。

【図５】本発明に係わる試験電極を用いた実験におけ
る、極間内のめっき液流速と電解電圧の関係を示すグラ
フである。

【図６】本発明に係わる試験電極を用いた実験におけ
る、電圧上昇率の経時的推移を示すグラフである。

【図７】実施例で用いた電解実験装置を示す側面図であ
る。

【図８】実施例で用いた連続電気めっき装置の側面図
(a) および部分側面図(b) である。

【符号の説明】

１電極２放電面側３突起部４窪み部５溝部６凹凸部の底部７仮想面８三角柱９四角柱 21 水平セル 22 めっき液流路 23 陽極 24 陰極 25 サイリスタ整流器 26 循環槽 27 めっき液 28 めっき液昇温装置 29 めっき液冷却装置 40 めっきセル 41 陽極 42 鋼帯 43 めっき液 44 コンダクタロールｈ凹凸部の高さまたは深さＳ通電面積Ｔ熱電対

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電極の放電面側の電極面上に突起部、窪
み部および溝部の少なくともいずれかからなる凹凸部を
有する電気分解用表面被覆電極を用いて、該電極と相対
向する金属帯と該電極との間に、流速が1.0m/sec以上の
条件下でめっき液を流通し、めっきを行うことを特徴と
する金属帯の連続電気めっき方法。
【請求項２】電極の放電面側の電極面上に三角錐型の
突起部からなる凹凸部を有する電気分解用表面被覆電極
を用いて、該電極と相対向する金属帯と該電極との間
に、流速が1.0m/sec以上の条件下でめっき液を流通し、
めっきを行うことを特徴とする金属帯の連続電気めっき
方法。
【請求項３】電極の放電面側の電極面上に、三角柱ま
たは四角柱の長手方向の一つの面が載置された形状の凹
凸部を有する電気分解用表面被覆電極を用いて、該電極
と相対向する金属帯と該電極との間に、流速が1.0m/sec
以上の条件下でめっき液を流通し、めっきを行うことを
特徴とする金属帯の連続電気めっき方法。
【請求項４】前記凹凸部の底部で形成される仮想面に
おける前記電極の通電面積に対する前記電極の放電部の
表面積の比が、1.2 以上である請求項１〜３いずれかに
記載の金属帯の連続電気めっき方法。
【請求項５】前記凹凸部の高さまたは深さが、0.5 〜
3.0mm である請求項１〜４いずれかに記載の金属帯の連
続電気めっき方法。
【請求項６】めっき液が硫酸酸性めっき液である請求
項１〜５いずれかに記載の金属帯の連続電気めっき方
法。