JP4149919B2 - アルキルアルミニウムを含む有機金属電解液からのアルミニウムまたはアルミニウム合金の電着のための装置 - Google Patents

Description

本発明は、アルキルアルミニウムを含む有機金属電解液からのアルミニウムまたはアルミニウム合金の電着(electrodeposition)のための装置であって、スタンドおよび輸送用ベアリングを有する支持枠、少なくとも１つのメッキ用バレル、メッキ用バレルのための少なくとも１つのドライブユニット、ならびに、メッキ用バレルのための１つ以上の保持アームからなる装置に関する。

ニッケルメッキまたは亜鉛メッキのような、水溶液中の小さな部分およびバルク材料の電気メッキは、通常、ポリエチレンまたはポリプロピレン製の回転している穴の開いたバレルにおいて行われる。これらのバレルは、支持ラック中のプラスチックハウジングに配置された電気モーターによって運転される。望ましくない金属のエピタキシャル成長を防ぐために、物品への電流伝達は、主に、バレル上に横に配置された、可塑化PVCチューブによって覆われた可撓性の銅製コードによって行われる。

水溶液からのアルミニウムまたはアルミニウム合金の電着は、アルミニウムの電位が非常に低いため不可能である。従って、電着は、非水性有機系から行わなければならない。特に、この目的のために、通常有機溶媒を使用する、アルキルアルミニウムを含む電解液が使用されている。従って、細かい結晶のアルミニウムおよびアルミニウム合金の層の析出は、アルキルアルミニウム錯体がトルエンのような芳香族炭化水素中に溶解している、無水アルキルオルガノアルミニウム(alkylorganoaluminum)電解液系から良好に達成される。

しかし、水系電気メッキにおいて使用されるメッキ用バレルは、有機電解液系では使用できない。これは、使用される有機溶媒、および、そのような電気メッキが行われる、９０〜１００℃の操作温度に関連する。そのような温度において、および、対応する有機溶媒中で、通常の水系用バレルは安定ではなく、分解または溶解するので、電解液を汚染し得る。更に、機械的安定性がもはや保証されないほど、バレルがゆがむ危険性がある。

また、有機媒体中で使用されるバルク材料のための、特に、アルミニウムを析出させるための電気メッキシステムが、従来技術から知られている。しかし、これらのシステムは、一般的な実用性を有していなかった。

これは、更に、EP 0042503 A1に記載の従来技術を含む。それには、有機電解液からアルミニウムを電着するための装置が記載されている。上記発明の目的は、充填(loading)および取り出し(unloading)のためにメッキ用バレルをメッキ槽から取り除く必要がない装置を作ることである。上記の従来技術には、被覆されるべき部分のための運搬手段の使用が記載されている。それは、メッキ用バレルを充填するために使用され、ゲートを通ってメッキ槽の内部へ伸び、メッキ用バレルの閉鎖可能な開口部上で止まる。そのバレルは、外から開閉可能であり、バレルを空にするために、不活性ガスおよび不活性流体に曝され得る排出用容器が備えられている。それは、メッキ槽の下に配置され、閉鎖可能なチューブ状連結要素によってそれに連結される。

上記の従来技術は、やはり一般的な実用性を有さない、非常に複雑な構成のメッキ用バレルを示す。

本発明は、有機電解液系からアルミニウムを電着するための装置であって、メッキ用バレルが、使用される媒体中および適用される温度において安定であるように修正され、可燃性媒体中で安全なドライブを有し、かつ、それにもかかわらず、アルミニウムまたはその合金によって高品質なコーティングを行うことができる装置を提供するという目的に基づいている。

前記目的は、ドライブユニット３が、密閉された気密性ハウジング中に配置され、メッキ用バレル１３が、その縦軸に沿って配置され、かつ、側面で開口している、穴の開いた内部チューブ１５を有する装置であって、側面の開口部が、電解液容器中の電解液供給部に対して配置されており、かつ、メッキ用バレル１３が、１１０℃までの温度において、水性電解液および有機金属電解液のいずれにおいても安定な材料からなる装置によって達成される。

気密性ハウジング中にドライブユニットを密閉することによって、可燃性液体中のバレルの運転は、はるかに安全になる。そのケースは、ステンレススチールからなることが好ましく、かつ、バレルのためのドライブシャフトは、シーリング（ポリテトラフルオロエチレンからなるものが好ましい）を有する気密性シャフトガイドによってハウジング壁を通して案内される。

ドライブモーターを保護するために、かつ、可燃性有機溶媒の浸透に対する更なる保護手段として、ハウジングケースを、窒素またはアルゴンのような不活性ガスで満たし、好ましくは、０．１〜０．３ｂａｒの過度の圧力を加える。ハウジングは、供給バルブおよびノンリターンフラップ(nonreturn flap)を有する過剰圧吹き出しバルブも備えている。

各充填／取り出し工程において、吹き出しバルブの設定値から約０．１〜０．２ｂａｒ高い圧力の不活性ガスが、供給バルブを通して、ステーション上のドライブユニットハウジング内へ自動的に供給される。各コーティング工程後、ドライブユニットハウジング中の不活性ガス雰囲気はパージされ、各サイクル後、ハウジング中の過剰圧はリセットされる。パージ時間および不活性パージガス量は、プラント制御手段によって設定される。

従来技術から知られているメッキ用バレルの別の問題は、バレル材料の安定性である。長期運転において、ポリエチレンおよびポリプロピレンのような通常のバレル材料は、アルミニウムコーティングにおいて使用される有機溶媒中で安定ではない。この問題は、有機溶媒に不溶性のガラス繊維によって強化された適当なプラスチックを使用することによって解決される。好ましい態様において、メッキ用バレルは、少なくとも、少なくとも４０％の割合のガラス繊維を含むガラス繊維強化ポリフェニレンスルフィドから作られる。これにより、１１０℃までの電解液における操作温度でのメッキ用バレルの化学的安定性、ならびに、耐摩耗性が保証される。

好ましい態様において、ドライブの歯車は、同じ材料からなる。別の利点は、この材料が、希酸および塩基においても安定であるため、電気メッキされるべき部分の前処理および二次処理を、酸および／または塩基のような水系において、移動することなく、同じバレルにおいて行うことができることである。

メッキ用バレルが穴の開いた内部チューブを備えることにより、電解液の循環が改善される。有機電解液からの金属の電着において、電解液循環は、非常に重要な役割を果たす。なぜなら、有機金属錯体の溶解性が限られているため、電解液の循環が不十分な場合には、製品近傍の液体境界層において、金属イオンの不足がすぐに起こり得る。これにより、材料のコーティングの品質の低下、特に、被覆されるべき材料の燃焼、層の粗面化(rough and uneven layers)、かつ、おそらく電解液の分解も起こる。特に、この問題は、アルミニウムの合金の析出において起こるが、純粋なアルミニウムの析出においても観察される。この問題を回避するために、本発明の装置には、メッキ用バレルの縦軸に沿って配置され、かつ、電解液容器の容器壁に面した側面の開口部を有する、穴の開いた内部チューブが、バレル中に備えられている。電気分解槽中に本発明の装置を配置する場合、内部チューブの側面の開口部は、容器壁中の電解液供給ラインに対して配置する。このように、コーティング中に、新鮮な電解液を、内部チューブを通して高速で直接基板へ送ることにより、良好な交換が保証され、かつ、上記の問題の発生が防止される。好ましい態様において、内部チューブに更なる補助アノードを配置することもでき、それにより、金属イオンの局部的な濃度を更に高め、コーティング速度を増すことができる。

従来技術によれば、通常のバレルの保持アームは、主としてゴムで被覆されており、そのため、有機電気分解槽中で不安定である。これは、電解液の電流のための導電体トラックの通常のＰＶＣジャケットにも当てはまる。そのような装置を使用すると、電力供給バー上に金属がエピタキシャル成長することが予想される。本発明によれば、スチールからなり、かつ、ポリフェニレンスルフィドのコアを有する中空体の保持アームによって、この問題が解決される。電気分解の電力を供給するための電力供給バーが、この絶縁材料のコア中に配置される。それは、保持アームのベアリング中の製品中の電力供給バーとコンタクトバルブ(contact bulb)とが連結されているバレル内にのみある。このタイプの構成により、望ましくない金属のエピタキシャル成長に対する電力供給バーの更なる保護は、もはや必要なくなる。保持アーム自体は、印加された電位を持たず、その上に被覆されたプラスチック層（ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）またはエチレンおよびクロロトリフルオロエチレン系熱可塑性フルオロカーボンからなるものが好ましい）によって、更に外側が保護される。

本発明は、以下の図１を参照してより詳細に説明される。符号１は、装置の単一要素、メッキ用バレル、ドライブユニット、および保持アームを含む、スタンドを有する支持枠を示す。支持枠は、装置を各電解液またはリンス槽内へ沈めるか、またはそれらから引き上げるために使用される、その上に配置された輸送用ベアリング４を有する。

支持枠は、その中に密閉されたドライブモーター３を有し、それは、電気的に絶縁されるようにつり下げられ、かつ、気密性シャフトガイド５を有する。ポリフェニレンスルフィドからなることが好ましいドライブの歯車６は、シャフトの末端に配置される。ドライブの歯車は、ガラス繊維強化ポリフェニレンスルフィドからなることが好ましいメッキ用バレル１３を動かす。メッキ用バレル１３は、保持アーム１１によって、支持枠１と連結される。保持アーム１１は、好ましくは、ステンレススチールからなり、それらは、中空であり、その外側は、フルオロポリマーによって被覆されている。保持アーム１１の中空は、絶縁材料を含み、そこには、電気分解の電力を供給するための電力供給バー９、１０が配置されている。符号１２は、メッキ用バレルのためのベアリングブロックを示す。メッキ用バレルは、穴の開いた側壁１４、および、側面で開口し、穴の開いた内部チューブ１５を有する。被覆されるべき材料近傍の電解質濃度を高くするために、内部補助アノード１７を、このチューブを通してバレル内に導入することができる。符号１８は、バレル中に配置された、好ましくは銅からなる、ピックアップコンタクトを示す。

更に、可撓性電流伝達コンタクト１６が、メッキ用バレル内部に配置される。

符号９は、被覆されるべき材料のための電力供給ラインを示す。そのラインは、バレルホルダー内部で絶縁されている。符号７は、ノンリターンフラップを含む、ドライブユニットハウジングの不活性ガス通気孔を示す。

本発明の装置を使用することにより、アルミニウムまたはアルミニウム合金の高品質なコーティングを生成することができる。マグネシウムおよびマグネシウム合金のコーティングも可能である。その場合は、対応するアルキルマグネシウム含有電解液を使用する。本発明の装置は、耐摩耗性であり、水系において、例えば、リンス工程においても使用することができる。

参照リスト
１ スタンド
２ 電力供給バー
３ 電気的に絶縁されたサスペンションを有する密閉されたドライブモーター
４ 輸送用ベアリング
５ 気密性シャフトガイド
６ ドライブの歯車
７ ノンリターンフラップを有するモーターハウジングの不活性ガス通気孔
８ 不活性ガスパージバルブ
９ バレルホルダー内部で絶縁された、被覆されるべき材料のための電力供給ライン
１０ ホルダー内部の絶縁材料
１１ その外側をＰＶＤＦ／ハーラー(Halar)によって被覆された、ステンレススチール 製のバレルホルダー
１２ バレルのためのベアリングブロック
１３ ガラス繊維強化PPS製バレル
１４ 穴の開いた側壁
１５ 穴の開いた内部チューブ
１６ 可撓性電流伝達コンタクト
１７ 内部補助アノード
１８ ピックアップコンタクト

本発明の装置の一態様を示す。

Claims (8)

1. 被覆されるべき材料上に、アルキルアルミニウム錯体を含む有機金属電解液からアルミニウムおよび／またはアルミニウム合金を電着するための装置であって、スタンドおよび輸送用ベアリングを有する支持枠、少なくとも１つのメッキ用バレル、メッキ用バレルのための少なくとも１つのドライブユニット、ならびに、メッキ用バレルのための１つ以上の保持アームからなり、
   ドライブユニット（３）が、密閉された気密性ハウジング中に配置され、
   メッキ用バレル（１３）が、穴の開いた内部チューブ（１５）を有し、
   該内部チューブ（１５）は、メッキ用バレル（１３）の縦軸に沿って配置され、かつ側面で開口して、電解液容器に装置が配置される場合、該側面開口部が電解液容器中の電解液供給部に対して配置されるようになっており、
   メッキ用バレル（１３）は、１１０℃までの温度で、水性電解液および有機金属電解液のいずれにおいても安定なガラス繊維強化ポリフェニレンスルフィドからなることを特徴とする、前記装置。
2. メッキ用バレル（１３）が、少なくとも４０重量％のガラス繊維によって強化されたポリフェニレンスルフィドからなることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. ドライブユニット（３）が、不活性ガスのための自動パージ加圧装置を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 金属イオンの濃度を増すために、内部チューブ（１５）中に、補助アノード（１７）が配置されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. ドライブユニット（３）が、ポリテトラフルオロエチレン製の気密性シャフトガイド（５）によって、ドライブユニット（３）のハウジング壁を通して案内されるドライブシャフトを有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 保持アーム（１１）が、スチール製の中空体であり、ポリフェニレンスルフィド製のコア（１０）が備えられていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 保持アームが、ポリビニリデンフルオライドまたはエチレンおよびクロロトリフルオロエチレン系の熱可塑性フルオロカーボンのプラスチック層によって、その外側を被覆されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 電気分解の電力供給のための電力供給バーが、ポリフェニレンスルフィドのコア中に配置されることを特徴とする、請求項６に記載の装置。

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