JP6989646B2 - A method for passivating the surface of a black plate or tinplate and an electrolytic system for carrying out the method. - Google Patents

A method for passivating the surface of a black plate or tinplate and an electrolytic system for carrying out the method. Download PDF

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Description

本発明は、酸化クロム含有不動態化層の電析によって、ブラックプレート(原板)又はブリキの表面を不動態化するための方法、ならびにブラックプレート又はブリキの表面にクロム及び酸化クロム含有不動態化層を電析するための電解システムに関する。 The present invention is a method for passivating the surface of a black plate (original plate) or tin plate by electrolysis of a chromium oxide-containing passivation layer, and a chromium and chromium oxide-containing passivation on the surface of the black plate or tin plate. It relates to an electrolytic system for electrodepositing a layer.

クロム及び酸化クロム/水酸化クロムの不動態化層で電解被覆(エレクトロコーティング)された鋼板は、包装材料の製造に関する先行技術から知られている。この鋼板は、ティンフリー鋼(TFS)又は電解クロムコーティング鋼(ECCS)と呼ばれており、ブリキの代替品である。こうしたティンフリー鋼板は、塗料又は有機コーティング(例えば、PP又はPETのポリマーコーティング)に対して特に良好な接着性が特徴である。概して20nm未満のクロム及び酸化クロム/水酸化クロムの限られた不動態化層の厚さであるにも関わらず、こうしたクロムコーティング鋼板は、良好な耐食性、及び包装材料の製造で使用される変形加工、例えば、深絞り加工及びしごき加工での良好な加工性を示す。 Steel sheets electrolytically coated with a passivation layer of chromium and chromium oxide / chromium hydroxide are known from the prior art in the manufacture of packaging materials. This steel sheet is called tin-free steel (TFS) or electrolytic chromium coated steel (ECCS) and is an alternative to tinplate. Such tin-free steel sheets are characterized by particularly good adhesion to paints or organic coatings (eg, polymer coatings of PP or PET). Despite the limited passivation layer thickness of chromium and chromium oxide / chromium hydroxide, generally less than 20 nm, these chromium-coated steel sheets have good corrosion resistance and the deformation used in the manufacture of packaging materials. It shows good workability in processing, for example, deep drawing and ironing.

ブリキには、酸素雰囲気中でスズ表面の酸化を抑制するため、電解スズめっき後不動態化層が一般的に設けられる。クロム含有層は不動態化層として適することが証明されており、この不動態化層は、ブリキのスズ表面上でクロム(VI)含有電解液から電析され得る。こうしたクロム含有不動態化層は、金属クロム及び酸化クロムから成る。酸化クロムは、水酸化クロムを含む、クロムと酸素の全ての化合物を意味すると理解される。 The tin plate is generally provided with a passivation layer after electrolytic tin plating in order to suppress oxidation of the tin surface in an oxygen atmosphere. The chromium-containing layer has been shown to be suitable as a passivation layer, which can be electrolyzed from the chromium (VI) -containing electrolyte on the tin surface of tinplate. Such a chromium-containing passivation layer is composed of metallic chromium and chromium oxide. Chromium oxide is understood to mean all compounds of chromium and oxygen, including chromium hydroxide.

クロムめっき鋼板(ECCS)を製造するため及びブリキ表面を不動態化するための電解被覆法は先行技術から知られている。この方法を用いて、金属クロム及び酸化クロム/水酸化クロムを含む不動態化層は、ストリップコーティングラインにて、クロム(VI)含有電解液を用いて、板状基材(被覆されていない鋼板又はブリキ)に設けられる。ただし、これらのコーティング法は、電解プロセスで使用されるクロム(VI)含有電解液の環境に有害で健康を脅かす特性のために、深刻な欠点を有し、クロム(VI)含有物質の使用は近いうち禁止されることになるため、それほど遠くない将来に代替的なコーティング法に置き換えられる必要がある。 Electrolytic coating methods for producing chrome-plated steel sheets (ECCS) and for passivating tinplate surfaces are known from the prior art. Using this method, the passivation layer containing chromium metal and chromium oxide / chromium hydroxide was subjected to a plate-like substrate (uncoated steel plate) using a chromium (VI) -containing electrolytic solution at the strip coating line. Or it is provided in tinplate). However, these coating methods have serious drawbacks due to the environmentally harmful and health-threatening properties of chromium (VI) -containing electrolytes used in the electrolytic process, and the use of chromium (VI) -containing substances is not possible. It will be banned in the near future and will need to be replaced by alternative coating methods in the not too distant future.

こうした理由のため、先行技術では、クロム(VI)含有電解液の使用を不要とする電解被覆法が既に開発されている。例えば、特許文献1及び特許文献2は、ストリップ状鋼板、特にブラックプレート又はブリキを、金属クロム/酸化クロム(Cr−CrOx)層を用いて電解不動態化するための方法を開示する。この方法では、ストリップコーティングラインの鋼板は、カソードとして接続され、三価のクロム化合物(Cr(III))、錯化剤及び導電性を向上させる塩を含み、塩化物、及びホウ酸などの緩衝剤を含まない単一電解液を、100m/分超の高速シート速度で通過する。 For this reason, prior art has already developed an electrolytic coating method that eliminates the need for the use of chromium (VI) -containing electrolytic solutions. For example, Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose a method for electrolytically passivating a strip-shaped steel sheet, particularly a black plate or a tin plate, using a metallic chromium / chromium oxide (Cr-CrOx) layer. In this method, the steel plate of the strip coating line is connected as a cathode and contains a trivalent chromium compound (Cr (III)), a complexing agent and a salt that improves conductivity, and buffers such as chlorides and boric acid. It passes through a single agent-free electrolyte at a high sheet speed of over 100 m / min.

有機物質、特にギ酸塩、好ましくはギ酸ナトリウム又はギ酸カリウムが、錯化剤として使用される。電解液は、2.5〜3.5の範囲の好ましいpH値に調整するための硫酸を含むことができる。金属クロム又は酸化クロムの不動態化層は、順々に配置された連続電解槽又はストリップコーティングシステムで層内に析出することができ、各電解槽は同じ電解液で満たされている。 Organic substances, especially formate, preferably sodium formate or potassium formate, are used as complexing agents. The electrolytic solution can contain sulfuric acid for adjusting to a preferable pH value in the range of 2.5 to 3.5. The immobilized layer of metallic chromium or chromium oxide can be deposited in the layer by a continuous electrolytic cell or strip coating system arranged in sequence, and each electrolytic cell is filled with the same electrolytic cell.

電析した不動態化層は、金属クロム及び酸化クロム/水酸化クロム成分に加え、硫酸クロム及び炭化クロムもまた含み得ることが観察され、また、不動態化層の総コーティング重量におけるこれらの成分の割合は、電解槽で使用される電流密度に大きく依存することが観察された。3つの領域(レジームI、レジームII及びレジームIII)は電流密度関数として形成されることが確立され、第1の電流密度の閾値(レジームI)までの低電流密度である第1の領域では、鋼基材上にクロム含有析出が起こらず、中電流密度(レジームII)である第2の領域では、電流密度と析出した不動態化層のコーティング重量との間に直線関係が存在し、形成された不動態化層の部分的な分解が、第2の電流閾値を超える電流密度(レジームIII)で起こるため、このレジームでの不動態化層のクロムのコーティング重量は、電流密度が増加するにつれ、最初に低下し、その後、より高い電流密度では平衡値になる。中電流密度の領域(レジームII)では、(不動態化層の総重量に対して)最大80%の重量割合で、本質的に金属クロムが鋼基材上に析出され、第2の電流密度閾値を超えると(レジームIII)、酸化クロムがより高い割合で含まれ、これは、より高い電流密度の領域において、不動態化層の総コーティング重量の1/4〜1/3を占める。領域(レジームI〜レジームIII)を互いに区切る電流密度閾値は、鋼板が電解液を通過するシート速度に依存する。 It has been observed that the electrodeposited passivation layer may also contain chromium sulfate and chromium carbide in addition to the metallic chromium and chromium oxide / chromium hydroxide components, and these components in the total coating weight of the passivation layer. It was observed that the proportion of was highly dependent on the current density used in the electrolytic bath. It has been established that the three regions (Regime I, Regime II and Regime III) are formed as a current density function, in the first region where the current density is low up to the first current density threshold (Regime I). In the second region where chromium-containing precipitation does not occur on the steel substrate and the current density is medium (Regime II), there is a linear relationship between the current density and the coating weight of the deposited immobilized layer, and it is formed. Since the partial decomposition of the demobilized layer occurs at a current density above the second current threshold (Regime III), the chrome coating weight of the immobilized layer in this regime increases the current density. As it decreases first, it reaches equilibrium at higher current densities. In the medium current density region (Regime II), essentially metallic chromium is deposited on the steel substrate at a weight ratio of up to 80% (relative to the total weight of the passivation layer) and a second current density. Above the threshold (Regime III), a higher proportion of chromium oxide is contained, which accounts for 1/4 to 1/3 of the total coating weight of the passivation layer in the region of higher current densities. The current density thresholds that separate the regions (Regime I-Regime III) from each other depend on the sheet speed at which the steel sheet passes through the electrolyte.

酸素含有環境での酸化に対し、ブラックプレート及びブリキ表面の良好な不動態化のために、および、塗料又は熱可塑性プラスチックなどの有機コーティングに対する、特にPET、PP、PEプラスチックフィルム又はこれらの混合物のラミネートに対する良好な接着ベースを形成するために、できる限り高い割合の酸化クロムがクロム含有不動態化層に含まれるべきであることが示されている。 For oxidation in oxygen-containing environments, for good passivation of black plates and tinplate surfaces, and for organic coatings such as paints or thermoplastics, especially PET, PP, PE plastic films or mixtures thereof. It has been shown that the chromium-containing passivation layer should contain as high a proportion of chromium oxide as possible in order to form a good adhesive base to the laminate.

WO2015/177314A1WO2015 / 177314A1 WO2015/177315A1WO2015 / 177315A1

したがって、本発明の課題は、三価のクロム化合物を用いた電解液に基づき、酸化クロム/水酸化クロムを含む不動態化層を用いて、ブラックプレート又はブリキの表面を不動態化することに関し、環境的に安全かつ健康にとって全く有害ではなく、最も効果的かつ費用対効果を高くすることが可能である電解法を提供することから成る。いずれの場合も、クロム(VI)含有物質の禁止に関する法規条項を完全に満たすために、電解プロセスの中間体としてであってもクロム(VI)含有物質の使用は避けられるべきである。更に、本方法により被覆されたブラックプレート又はブリキは、酸素含有環境における、特に酸素雰囲気における酸化に対し可能な限り最も高い耐性を有し、また、有機塗料及び特にPET、PE又はPPポリマーフィルムといったポリマー層などの有機コーティングに対して、良好な接着ベースを形成すべきである。 Therefore, an object of the present invention is to passivate the surface of a black plate or tin plate by using a passivation layer containing chromium oxide / chromium hydroxide based on an electrolytic solution using a trivalent chromium compound. It consists of providing an electrolysis method that is environmentally safe and not harmful to health at all and is capable of being the most effective and cost effective. In either case, the use of chromium (VI) -containing substances should be avoided, even as an intermediate in the electrolytic process, in order to fully meet the legal provisions regarding the prohibition of chromium (VI) -containing substances. In addition, black plates or tins coated by this method have the highest possible resistance to oxidation in oxygen-containing environments, especially in oxygen atmospheres, and are also such as organic paints and especially PET, PE or PP polymer films. A good adhesive base should be formed for organic coatings such as polymer layers.

この課題は、請求項1の特徴を有する方法、請求項16の特徴を有する電解システム、及び請求項18によるブラックプレート又はブリキによって解決される。本方法及び電解システムの好ましい実施形態は、従属請求項から明らかである。 This problem is solved by a method having the characteristics of claim 1, an electrolytic system having the characteristics of claim 16, and a black plate or tin according to claim 18. Preferred embodiments of the method and electrolysis system are apparent from the dependent claims.

本発明による方法において、酸化クロム含有不動態化層は、三価のクロム化合物、導電性を向上させる少なくとも1種の塩、及び所望のpH値に調整するための少なくとも1種の酸又は塩基を含む電解液から、被覆されていない鋼板又はスズめっきされた鋼板(ブラックプレート又はブリキのシート)に電析によって設けられ、電解液は、三価のクロム化合物及び少なくとも1種の塩又は少なくとも1種の酸もしくは塩基以外の追加成分を一切含まず、特に有機錯化剤を含まず、特に緩衝剤を含まない。そして、中間体としてさえも、クロム(VI)含有物質を一切使用せず、このため、本方法はクロム(VI)含有物質を完全に含まず、したがって本方法の実施中は、本方法は環境的に安全かつ健康にとって全く有害ではない。 In the method according to the invention, the chromium oxide-containing immobilization layer comprises a trivalent chromium compound, at least one salt for improving conductivity, and at least one acid or base for adjusting to a desired pH value. From the containing electrolyte, it is provided by electrodeposition on an uncoated steel plate or tin-plated steel plate (black plate or tin-plated sheet), and the electrolyte is a trivalent chromium compound and at least one salt or at least one. It does not contain any additional components other than the acid or base of the above, in particular it does not contain an organic complexing agent, and in particular it does not contain a buffer. And, even as an intermediate, no chromium (VI) -containing material is used, so that the method is completely free of chromium (VI) -containing material, and therefore, during the implementation of the method, the method is environmental. It is safe and not harmful to health at all.

驚くべきことには、電解液の成分として、ギ酸塩といった有機錯化剤を使用することなく、ブラックプレート又はブリキの表面上に酸化クロム含有層を電析させることが可能であることが示され、この場合、有機錯化剤を含まない電解液の使用中、析出層は少なくとも本質的に酸化クロムのみから成る。 Surprisingly, it has been shown that it is possible to electrolyze a chromium oxide-containing layer onto the surface of a black plate or tin plate without the use of organic complexing agents such as formate as a component of the electrolyte. In this case, during the use of the electrolytic solution containing no organic complexing agent, the precipitation layer is composed of at least essentially chromium oxide.

不動態化層の表面を形成する純粋な酸化クロム/水酸化クロムの層が、耐酸化性、及び塗料又はポリマー層といった有機コーティングの接着効果に関して有利であることも示されている。したがって、本発明による方法では、(有機)錯化剤、特にギ酸ナトリウム又はギ酸カリウムといったギ酸塩を、電解液から除外することが規定される。そのような電解液を用いて、ブラックプレート又はブリキの表面に電析される不動態化層は、少なくとも本質的には純粋な酸化クロム及び/又は水酸化クロムから成る。 It has also been shown that a layer of pure chromium oxide / chromium hydroxide that forms the surface of the passivation layer is advantageous in terms of oxidation resistance and the adhesive effect of organic coatings such as paints or polymer layers. Therefore, the method according to the invention provides for the exclusion of (organic) complexing agents, especially formate such as sodium formate or potassium formate, from the electrolyte. The passivation layer electrolyzed on the surface of the black plate or tin using such an electrolyte consists of at least essentially pure chromium oxide and / or chromium hydroxide.

酸化クロムとは、水酸化クロム、特に水酸化クロム(III)及び酸化クロム(III)水和物、ならびにそれらの混合物を含む、全てのクロムの酸化物形態(CrOx)を意味する。クロムが三価形態、特に三酸化二クロム(Cr)として存在するクロムと酸素との化合物が好ましい。したがって、コーティングは、(金属クロムに加えて)好ましくは三価のクロム化合物のみ、特に三価の酸化クロム及び/又は水酸化クロムのみを含む。 Chromium oxide means the oxide form (CrOx) of all chromium, including chromium hydroxide, in particular chromium (III) hydroxide and chromium (III) oxide hydrates, and mixtures thereof. A compound of chromium and oxygen in which chromium is present in a trivalent form, particularly as dichromium trioxide (Cr 2 O 3), is preferred. Therefore, the coating preferably contains only trivalent chromium compounds (in addition to metallic chromium), in particular trivalent chromium oxide and / or chromium hydroxide.

電析された不動態化層は、水酸化クロムを含む、酸化クロムの可能な限り最も高い重量割合を有することが好ましい。酸化クロム及び/又は水酸化クロムの重量割合は、好ましくは90%超であり、特に好ましくは95%超である。これにより、一方では、ブラックプレート又はブリキの表面の酸化に対する良好な不動態化が確実なものとなり、他方では、塗料又はPET又はPPといった熱可塑性プラスチックのポリマー層などの有機コーティングに対し、良好な接着能力を有する良好な接着ベースを提供できる。 The electrodeposited passivation layer preferably has the highest possible weight percentage of chromium oxide, including chromium hydroxide. The weight ratio of chromium oxide and / or chromium hydroxide is preferably more than 90%, particularly preferably more than 95%. This ensures, on the one hand, good passivation of the surface of the black plate or tin plate against oxidation, and on the other hand, good for paints or organic coatings such as polymer layers of thermoplastics such as PET or PP. It is possible to provide a good adhesive base having an adhesive ability.

不動態化層の電析のため、ブラックプレート又はブリキをカソードとして接続し、少なくとも1つの電解槽で、所定の電解時間、電解液と接触するようにする。電解時間は、好ましくは0.3〜5.0秒の範囲であり、特に好ましくは0.6〜1.5秒の範囲である。この目的のため、ブラックプレート又はブリキシートは、所定のシート速度にて、少なくとも1つの電解槽又はシート移動方向に前後に配置されている複数の電解槽に連続して通され、この場合、シート速度は、好ましくは少なくとも100m/分であり、特に200m/分〜750m/分である。高シート速度により、このプロセスの高い効率性を確保することができる。 For the passivation of the passivation layer, a black plate or tin plate is connected as a cathode so that it is in contact with the electrolytic solution in at least one electrolytic cell for a predetermined electrolytic time. The electrolysis time is preferably in the range of 0.3 to 5.0 seconds, and particularly preferably in the range of 0.6 to 1.5 seconds. For this purpose, the black plate or tin sheet is continuously passed through at least one electrolytic cell or a plurality of electrolytic cells arranged in the front-rear direction in the sheet moving direction at a predetermined sheet speed, in which case the sheet. The speed is preferably at least 100 m / min, especially 200 m / min to 750 m / min. The high seat speed ensures high efficiency of this process.

酸化クロムの不動態化層の厚さ及びコーティング重量は、電解時間、したがってシート速度によって調整できる。電解時間は、析出した酸化クロムが少なくとも3mg/m、好ましくは7mg/m〜10mg/mのコーティング重量を有するように好ましくは選択される。包装用途にとって十分な酸化耐性及び耐食性を得るため、少なくとも5mg/m、好ましくは7mg/m超である、不動態化層中の酸化クロムのコーティング重量が好ましい。酸化クロムのこうしたコーティング重量により、ブラックプレート又はブリキの表面の酸化及び腐食に対し十分な耐性が確保され、また、塗料又は熱可塑性プラスチックフィルムといった有機コーティングにとって良好な接着ベースも提供される。 The thickness and coating weight of the passivation layer of chromium oxide can be adjusted by the electrolysis time and thus the sheet speed. Electrolysis time, precipitated chromium oxide of at least 3 mg / m 2, preferably preferably to have a coating weight of 7mg / m 2 ~10mg / m 2 is selected. To obtain sufficient oxidation resistance and corrosion resistance for packaging applications, at least 5 mg / m 2, preferably from 7 mg / m 2 greater than the coating weight of chromium oxide passivation layer is preferred. Such coating weight of chromium oxide ensures sufficient resistance to oxidation and corrosion of the surface of the black plate or tinplate and also provides a good adhesive base for organic coatings such as paints or thermoplastic films.

耐食性を向上し、かつ硫黄含有物質、特に包装の硫酸又は亜硫酸含有内容物に対するバリヤを形成するために、不動態化層の電析後、不動態化層の酸化クロム層に良好に接着する、有機材料の、特に塗料又は熱可塑性プラスチックの、特にPET、PE,PPポリマーフィルムもしくはそれらの混合物のコーティングを、不働態化層の表面に、有機塗料を被覆することによって、又は、PET、PE及び/又はPPといった熱可塑性プラスチックのプラスチック層を設けることにより、問題なく容易に形成することが可能である。 After electrodeposition of the immobilized layer, it adheres well to the chromium oxide layer of the immobilized layer in order to improve corrosion resistance and form a barrier against sulfur-containing substances, especially the polyethylene or sulfite-containing contents of the packaging. Coating of organic materials, especially paints or thermoplastics, especially PET, PE, PP polymer films or mixtures thereof, by coating the surface of the demobilized layer with organic paint, or PET, PE and By providing a plastic layer of a thermoplastic such as / or PP, it can be easily formed without any problem.

クロム(VI)含有物質を完全に含まないプロセスを確実なものとするため、不動態化層の電析中、適切なアノードを便宜上選択して電解槽に配置し、電解液の三価のクロム化合物のクロム(III)の、クロム(VI)への酸化を防ぐ。この目的のため、金属酸化物製の、特に酸化イリジウム製の、又は混合金属酸化物製の、特にイリジウム−タンタル酸化物製の、外側表面又は不働態化層を有するアノードが、特に適していることが証明されている。アノードはステンレス鋼も白金も含まないことが好ましい。こうしたアノードを使用することにより、三価の酸化クロム及び/又は水酸化クロムのみ、特にCr及び/又はCr(OH)のみを含むコーティングを、ブラックプレート又はブリキ上に析出することができる。 To ensure a process that is completely free of chromium (VI) -containing substances, during the electrodeposition of the passivation layer, a suitable anode was conveniently selected and placed in the electrolytic cell to place the trivalent chromium in the electrolyte. Prevents the oxidation of the compound chromium (III) to chromium (VI). Anodes made of metal oxides, especially iridium oxide, or mixed metal oxides, especially iridium-tantalum oxide, with an outer surface or passivation layer are particularly suitable for this purpose. Has been proven. The anode preferably contains neither stainless steel nor platinum. By using such an anode, a coating containing only trivalent chromium oxide and / or chromium hydroxide, in particular Cr 2 O 3 and / or Cr (OH) 3 , can be deposited on a black plate or tin plate. can.

任意のガルバニックプロセスと同様に、クロム(III)電解液からのガルバニッククロムメッキの間、カソード還元に加えて、少なくとも1つのアノード酸化が同時に存在する。クロム(III)電解液からのガルバニッククロムメッキの間、アノード酸化は、一方で、クロム(III)からクロム(VI)への酸化と、他方で、水から酸素への酸化と、から成る。両方の電位は、電気化学列において非常に近い。
(1)クロム(Cr) Cr6++3e⇔Cr3++1.33V
(2)酸素(O) O+4H+4e⇔2HO+1.23V
As with any galvanic process, at least one anodic oxidation is present simultaneously in addition to cathode reduction during galvanic chrome plating from the chromium (III) electrolyte. During galvanic chromium plating from a chromium (III) electrolyte, anodic oxidation consists, on the one hand, the oxidation of chromium (III) to chromium (VI) and, on the other hand, the oxidation of water to oxygen. Both potentials are very close in the electrochemical series.
(1) Chromium (Cr) Cr 6+ + 3e Cr 3+ + 1.33V
(2) Oxygen (O) O 2 + 4H + + 4e ⇔ 2H 2 O + 1.23V

電位は、関連するダニエル電池で測定される。酸化還元式の電位は、使用されるアノード材料に依存する。したがってアノード材料の選択は、反応(1)が抑制され、反応(2)のみが発生するかどうかによって、明確に決定される。本発明による方法でCr6+の形成を妨げるため、金属酸化物をベースとした、特に酸化イリジウムをベースとした、又は混合金属酸化物をベースとした、例えば主に酸化タンタルおよび酸化イリジウムの多層から成る混合金属酸化物をベースとしたアノードを、反応(1)を抑制させるために使用することができる。アノードは、混合金属酸化物の外側表面又は外側不動態化層を有することができる。チタンのコアと酸化タンタル−酸化イリジウムの外側不動態化層とを有するアノードが、特に適することが明らかになっている。このようなアノードを使用すると、ポーラログラフ測定(滴下水銀電極)によってCr(VI)が形成されないことを実証することができた。 The potential is measured with the associated Daniell cell. The redox potential depends on the anode material used. Therefore, the choice of anode material is clearly determined by whether reaction (1) is suppressed and only reaction (2) occurs. In order to prevent the formation of Cr 6+ by the method according to the present invention, metal oxide-based, especially iridium oxide-based, or mixed metal oxide-based, for example, mainly from a multilayer of tantalum oxide and iridium oxide. A mixed metal oxide-based anode can be used to suppress reaction (1). The anode can have an outer surface or outer passivation layer of the mixed metal oxide. Anodes with a titanium core and an outer passivation layer of tantalum oxide-iridium oxide have been found to be particularly suitable. Using such an anode, it was possible to demonstrate that Cr (VI) is not formed by polarographic measurements (dropped mercury electrodes).

ステンレス鋼から作製されたアノードを使用すると、Cr(III)からCr(VI)への(反応1)は(十分には)抑制されない。ステンレス鋼のアノードを使用した比較測定では、わずか数秒の電解時間の後、明確に検出可能であるCr(VI)濃度が示される。したがって、アノード材料としてステンレス鋼を使用すると、Cr(III)からCr(VI)への酸化が少なくとも完全には抑制されない。このことは、Cr(III)電解液でのCr(VI)の濃縮へとつながり、したがって、異なる析出メカニズムが生じる。それゆえ、ステンレス鋼を含まないアノードが本発明による方法で使用されることが好ましい。これにより、電解中にCr(VI)が中間体として形成されず、析出した不動態化層はCr(III)化合物及び金属クロムのみを含むことを確実にできる。更に、これにより、例えばチオ硫酸塩を用いた最終処理を省略することができ、そうでなければ、ステンレス鋼のアノードが使用された場合に、析出したCr(VI)をCr(III)へと還元するために最終処理が必要になり得る。 When an anode made of stainless steel is used, (reaction 1) from Cr (III) to Cr (VI) is not (sufficiently) suppressed. Comparative measurements using stainless steel anodes show clearly detectable Cr (VI) concentrations after only a few seconds of electrolysis time. Therefore, when stainless steel is used as the anode material, the oxidation of Cr (III) to Cr (VI) is not suppressed at least completely. This leads to the enrichment of Cr (VI) in the Cr (III) electrolyte, thus resulting in a different precipitation mechanism. Therefore, it is preferred that the stainless steel-free anode be used in the method according to the invention. This ensures that Cr (VI) is not formed as an intermediate during electrolysis and that the precipitated passivation layer contains only Cr (III) compounds and metallic chromium. Further, this allows the final treatment with, for example, thiosulfate to be omitted, otherwise the precipitated Cr (VI) is converted to Cr (III) when a stainless steel anode is used. Final treatment may be required for reduction.

電解液は好ましくは20℃〜65℃の範囲、より好ましくは30℃〜55℃の範囲、特に35℃〜45℃の範囲の温度を有する。酸化クロム含有不動態化層の電析は、こうした温度で非常に効果的である。電解液の温度又は電解槽内の温度に言及する際、平均温度は、電解槽の全体積にわたる平均値であることを意味する。一般的に電解槽には、上部から下部へ温度が上昇する温度勾配が存在する。 The electrolytic solution preferably has a temperature in the range of 20 ° C to 65 ° C, more preferably in the range of 30 ° C to 55 ° C, and particularly in the range of 35 ° C to 45 ° C. The electrodeposition of the chromium oxide-containing passivation layer is very effective at these temperatures. When referring to the temperature of the electrolytic cell or the temperature in the electrolytic cell, the average temperature means an average value over the entire volume of the electrolytic cell. Generally, the electrolytic cell has a temperature gradient in which the temperature rises from the upper part to the lower part.

三価のクロム化合物に加えて、電解液は、導電性を向上させる少なくとも1種の塩、及び適切なpH値に調整するための少なくとも1種の酸又は塩基を含み、電解液は好ましくは塩化物イオンを含まず、緩衝剤を含まず、特にホウ酸緩衝剤を含まない。 In addition to the trivalent chromium compound, the electrolyte contains at least one salt to improve conductivity and at least one acid or base to adjust to an appropriate pH value, the electrolyte is preferably chloride. It does not contain compound ions, does not contain a buffer, and does not contain a borate buffer in particular.

電解液の三価のクロム化合物は好ましくは、塩基性硫酸Cr(III)(Cr(SO)、硝酸Cr(III)(Cr(NO)、シュウ酸Cr(III)(CrC)、酢酸Cr(III)(C1236ClCr22)、ギ酸Cr(III)(Cr(OOCH))又はこれらの混合物を含む群から選択される。電解液中の三価のクロム化合物の濃度は、好ましくは少なくとも10g/L、特に15g/L超、特には20g/L以上である。 The trivalent chromium compound in the electrolytic solution is preferably basic sulfate Cr (III) (Cr 2 (SO 4 ) 3 ), nitrate Cr (III) (Cr (NO 3 ) 3 ), oxalate Cr (III) ( It is selected from the group containing CrC 2 O 4 ), Cr (III) acetate (C 12 H 36 ClCr 3 O 22 ), Cr (III) formate (Cr (OOCH) 3) or a mixture thereof. The concentration of the trivalent chromium compound in the electrolytic solution is preferably at least 10 g / L, particularly more than 15 g / L, and particularly more than 20 g / L.

導電性を向上させるために、電解液は、好ましくはアルカリ金属硫酸塩である少なくとも1種の塩、特に硫酸カリウム又は硫酸ナトリウムを含む。 In order to improve conductivity, the electrolyte comprises at least one salt, preferably an alkali metal sulfate, in particular potassium sulfate or sodium sulfate.

電解液のpH値(20℃の温度で測定される)が2.3〜5.0の範囲、好ましくは2.5〜2.9の間に存在する場合、非常に効果的な酸化クロム含有不動態化層の析出が達成される。電解液へ酸又は塩基を添加することにより、所望のpH値とすることができる。塩基性硫酸Cr(III)が三価のクロム化合物として使用される場合、硫酸又は硫酸を含む酸混合物が、所望のpH値の調整に特に適している。 Very effective chromium oxide content when the pH value of the electrolyte (measured at a temperature of 20 ° C.) is in the range of 2.3 to 5.0, preferably between 2.5 and 2.9. Precipitation of the passivation layer is achieved. A desired pH value can be obtained by adding an acid or a base to the electrolytic solution. When basic sulfuric acid Cr (III) is used as a trivalent chromium compound, sulfuric acid or an acid mixture containing sulfuric acid is particularly suitable for adjusting the desired pH value.

特に好ましい電解液の組成は、三価のクロム化合物として塩基性の硫酸Cr(III)(Cr(SO)、導電性を向上させる塩として硫酸ナトリウム、及び2.3〜5.0の範囲の好ましいpH値に調整する硫酸を含む。 Particularly preferable composition of the electrolytic solution is Cr (III) sulfate (Cr 2 (SO 4 ) 3 ), which is basic as a trivalent chromium compound, sodium sulfate as a salt for improving conductivity, and 2.3 to 5.0. Contains sulfuric acid to adjust to a preferred pH value in the range of.

電解液は、三価のクロム含有物質、導電性を向上させるための少なくとも1種の塩、及びpH値を調整するための少なくとも1種の酸又は塩基以外に、追加成分を含まない。こうして単純かつ費用対効果の高い電解液の製造が確実となる。 The electrolyte contains no additional components other than a trivalent chromium-containing substance, at least one salt for improving conductivity, and at least one acid or base for adjusting the pH value. This ensures the production of a simple and cost-effective electrolyte.

電解液を製造するために、大半の有機残留物が最初に除かれた三価のクロム化合物、少なくとも1種の塩、及び所望のpH値に調整するための少なくとも1種の酸又は塩基を水に溶解する。電解液は錯化剤を含まないため、したがって得られた溶液を、少なくとも5日間、好ましくは少なくとも7日間(酸素雰囲気にて)錯化のために便宜上静置すべきである。次いで、酸又は塩基を添加することにより、所望のpH値に微調整できる。 To produce the electrolyte, water is added with a trivalent chromium compound from which most of the organic residues are initially removed, at least one salt, and at least one acid or base to adjust to the desired pH value. Dissolves in. Since the electrolyte is free of complexing agents, the resulting solution should be allowed to stand for convenience for complexing for at least 5 days, preferably at least 7 days (in an oxygen atmosphere). Then, by adding an acid or a base, the pH value can be finely adjusted to a desired value.

酸化クロム含有不動態化層を有するブラックプレート又はブリキは本発明による方法を用いて製造することができ、不動態化層は少なくとも本質的に酸化クロム及び/又は水酸化クロムのみ、好ましくは三価の酸化クロム及び/又は水酸化クロムのみから成り、好ましくは90%超、特に好ましくは95%超の酸化クロム及び/又は水酸化クロムの重量割合を有する。本発明によるこうしたブラックプレート又はブリキは、高い耐食性、及び塗料又はポリマー層といった有機コーティングに対する良好な接着能力によって特徴づけられる。不動態化層は、好ましくは少なくとも本質的にクロム及び酸素の化合物のみを含み、クロムは三価の形態、特にCr及び/又はCr(OH)として存在する。 A black plate or tin with a chromium oxide-containing passivation layer can be produced using the method according to the invention, where the passivation layer is at least essentially chromium oxide and / or chromium hydroxide only, preferably trivalent. It consists only of chromium oxide and / or chromium hydroxide, and preferably has a weight ratio of chromium oxide and / or chromium hydroxide of more than 90%, particularly preferably more than 95%. Such black plates or tinplates according to the invention are characterized by high corrosion resistance and good adhesion to organic coatings such as paints or polymer layers. The passivation layer preferably contains at least essentially only compounds of chromium and oxygen, where chromium is present in trivalent form, in particular as Cr 2 O 3 and / or Cr (OH) 3 .

酸化クロム及び/又は水酸化クロムに加えて、(電析プロセスの初期クロム化合物として)硫酸クロムの残留成分を、不可避的不純物に加えて不動態化層中に含むことができる。 In addition to chromium oxide and / or chromium hydroxide, residual components of chromium sulfate (as the initial chromium compound of the electrodeposition process) can be included in the passivation layer in addition to the unavoidable impurities.

不動態化層は好ましくは、ブラックプレート又はブリキの表面に面する第1の層と、不動態化されたブラックプレート又はブリキの表面を形成する第2の層とから成り、第1の層は金属クロムを含み、第2の層は、前記の硫酸クロムの残留成分及び不可避的不純物以外に純粋な酸化クロム及び/又は水酸化クロムから成る。 The passivation layer preferably comprises a first layer facing the surface of the black plate or tin and a second layer forming the surface of the passivated black plate or tin. It contains metallic chromium and the second layer consists of pure chromium oxide and / or chromium hydroxide in addition to the residual components of chromium sulfate and unavoidable impurities described above.

不動態化層が、少なくとも3mg/m、好ましくは5mg/m〜15mg/mの酸化クロム及び/又は水酸化クロムの総コーティング重量を有する場合、本発明によるブラックプレート又はブリキの特に良好な耐食性を実現することが可能である。 Passivation layer is at least 3 mg / m 2, preferably from 5 mg / m 2 to 15 mg / m when having a total coating weight of chromium oxide and / or chromium hydroxide of 2, particularly good black plate or tin according to the present invention It is possible to achieve excellent corrosion resistance.

本発明は、添付の図面を参照し、以下の実施例に基づいてより詳細に説明されるが、前述の実施例は、添付の特許請求の範囲によって定義される保護範囲を決して限定することなく、単に例として本発明を説明することを意図している。図面は以下を示す。 The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings and on the basis of the following examples, but the aforementioned examples never limit the scope of protection defined by the appended claims. , It is intended to illustrate the invention merely by way of example. The drawings show:

本発明による方法を実施するためのストリップコーティングラインの概略図である。It is a schematic diagram of the strip coating line for carrying out the method by this invention. 本発明による方法における図1のストリップコーティングラインで被覆されたブラックプレート又はブリキの概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a black plate or tin coated with the strip coating line of FIG. 1 in the method according to the invention. 鋼板上に三価のクロム物質(塩基性硫酸Cr(III))及び有機錯化剤(ギ酸ナトリウム)の電解液を用いて電析された層のグロー放電発光分析法(GDOES)スペクトルであり、その層は金属クロム、酸化クロム及び炭化クロムを含む。It is a glow discharge emission analysis method (GDOES) spectrum of a layer electrodeposited using an electrolytic solution of a trivalent chromium substance (basic sulfate Cr (III)) and an organic complexing agent (sodium formate) on a steel plate. The layer contains metallic chromium, chromium oxide and chromium carbide. 有機錯化剤を含まず、三価のクロム物質(塩基性硫酸Cr(III))を含む電解液を用いて鋼板上に電析された層のグロー放電発光分析法(GDOES)スペクトルであり、その層は本質的に純粋な酸化クロムから成る。It is a glow discharge emission analysis method (GDOES) spectrum of a layer electrodeposited on a steel plate using an electrolytic solution containing a trivalent chromium substance (basic sulfate Cr (III)) without containing an organic complexing agent. The layer consists essentially of pure chromium oxide.

図1には、本発明による方法を実施するためのストリップコーティングラインが概略的に示されている。ストリップコーティングラインは、前後に連続して配置された3つの電解槽1a、1b、1cを含み、各電解槽は電解液Eで満たされている。最初の被覆されていないブラックプレートシート又はブリキシート(以後、シートBと称する)は、電解槽1a〜1cを連続して通過する。シートBは、この目的のため、所定のシート速度で、輸送装置(図示せず)によって、電解槽1a〜1cを通るようにシート移動方向vに引っ張られる。電流ロールSは電解槽1a〜1c上方に配置され、電流ロールSにより、シートBはカソードとして接続されている。偏向ロールUはまた各電解槽内に配置されており、偏向ロールUの周りでシートBは案内され、それにより、対応する電解槽内に出し入れされる。 FIG. 1 schematically shows a strip coating line for carrying out the method according to the invention. The strip coating line includes three electrolytic cells 1a, 1b, and 1c arranged continuously in the front-rear direction, and each electrolytic cell is filled with the electrolytic cell E. The first uncoated black plate sheet or tin sheet (hereinafter referred to as sheet B) continuously passes through the electrolytic cells 1a to 1c. For this purpose, the sheet B is pulled by a transport device (not shown) in the sheet moving direction v so as to pass through the electrolytic cells 1a to 1c at a predetermined sheet speed. The current roll S is arranged above the electrolytic cells 1a to 1c, and the sheet B is connected as a cathode by the current roll S. The deflection roll U is also disposed in each electrolytic cell, and the sheet B is guided around the deflection roll U, thereby moving it in and out of the corresponding electrolytic cell.

少なくとも1つのアノード対APが、各電解槽1a〜1c内に、電解液Eの液面よりも下に配置されている。図示される実施例では、シート移動方向に前後に配置されている2つのアノード対APが、各電解槽1a〜1c内に設けられている。シートBは、アノード対APの対向するアノード間に案内される。図1の実施例では、したがって2つのアノード対APが各電解槽1a、1b、1c内に配置されており、その結果、シートBはこれらのアノード対APを連続して通過するように案内される。シート移動方向vで見て下流に存在する最後の電解槽1cの最後のアノード対APcは、他のアノード対APよりも短い長さを有する。したがって、同じ量の電流を印加した場合、この最後のアノード対APcに、より高い電流密度を発生させることができる。 At least one anode pair AP is arranged in each electrolytic cell 1a to 1c below the liquid level of the electrolytic cell E. In the illustrated embodiment, two anode pairs AP arranged in the front-rear direction in the sheet moving direction are provided in each electrolytic cell 1a to 1c. Sheet B is guided between the opposite anodes of the anode vs. AP. In the embodiment of FIG. 1, therefore, two anode pairs AP are arranged in each electrolytic cell 1a, 1b, 1c, so that the sheet B is guided to continuously pass through these anode pairs AP. To. The last anode vs. APc of the last electrolytic cell 1c present downstream in the sheet moving direction v has a shorter length than the other anode vs. AP. Therefore, higher current densities can be generated for this last anode pair APc when the same amount of current is applied.

電解プロセスを準備するため、シートBを最初に脱脂し、洗浄し、酸洗して再度洗浄し、シートBはこの前処理された形で電解槽1a〜1cに連続して通され、電流ロールSを介して電流を供給することにより、カソードとして接続される。シートBが電解槽1a〜1cを通過するシート速度は、少なくとも100m/分であり、最大900m/分とすることができる。 To prepare for the electrolysis process, the sheet B is first degreased, washed, pickled and rewashed, and the sheet B is continuously passed through the electrolytic cells 1a-1c in this pretreated form and is a current roll. By supplying a current through S, it is connected as a cathode. The sheet speed at which the sheet B passes through the electrolytic cells 1a to 1c is at least 100 m / min, and can be up to 900 m / min.

シート移動方向に前後に配置された電解槽1a〜1cは、同じ電解液Eでそれぞれ満たされている。電解液Eは、三価のクロム化合物、好ましくは塩基性硫酸Cr(III)(Cr(SO)を含む。導電性を高めるために、電解液Eは、塩、特に、例えば硫酸カリウム又は硫酸ナトリウムといったアルカリ金属硫酸塩、及び適切なpH値に調整するための酸又は塩基も含む。第1の電解液EのpH値は、酸又は塩基を添加することにより、2.0〜5.0の好ましい値に調整される。塩基性の硫酸Cr(III)を三価のクロム化合物として使用する場合、硫酸がpH値調節のための適切な酸であることが明らかになっている。電解液E中の三価のクロム化合物の濃度は、好ましくは少なくとも10g/L、特に好ましくは20g/L以上である。 The electrolytic cells 1a to 1c arranged in the front-rear direction in the sheet moving direction are each filled with the same electrolytic solution E. The electrolytic solution E contains a trivalent chromium compound, preferably basic sulfate Cr (III) (Cr 2 (SO 4 ) 3 ). In order to increase the conductivity, the electrolytic solution E also contains salts, in particular alkali metal sulfates such as potassium sulfate or sodium sulfate, and acids or bases for adjusting to an appropriate pH value. The pH value of the first electrolytic solution E is adjusted to a preferable value of 2.0 to 5.0 by adding an acid or a base. When the basic sulfuric acid Cr (III) is used as a trivalent chromium compound, sulfuric acid has been shown to be a suitable acid for pH adjustment. The concentration of the trivalent chromium compound in the electrolytic solution E is preferably at least 10 g / L, particularly preferably 20 g / L or more.

電解液Eの温度は、電解槽1a、1b、1cでは便宜上等しく、好ましくは25〜70℃の間にある。ただし、各電解槽1a、1b、1cにおいて、電解液の温度を異なる温度に設定することもできる。例えば、中央の電解槽1bにおける電解液の温度を、それよりも上流に配置されている前方の電解槽1aの電解液の温度よりも低くすることができる。中央の電解槽1bの電解液の温度は、例えば25℃〜37℃の間、特に35℃であり、前方の電解槽1aの電解液Eの温度は、40℃〜75℃の間、特に55℃である。 The temperature of the electrolytic cell E is equal for convenience in the electrolytic cells 1a, 1b, and 1c, and is preferably between 25 and 70 ° C. However, the temperature of the electrolytic solution can be set to a different temperature in each of the electrolytic cells 1a, 1b, and 1c. For example, the temperature of the electrolytic cell in the central electrolytic cell 1b can be made lower than the temperature of the electrolytic cell in the front electrolytic cell 1a located upstream of the temperature of the electrolytic cell. The temperature of the electrolytic cell in the central electrolytic cell 1b is, for example, between 25 ° C. and 37 ° C., particularly 35 ° C., and the temperature of the electrolytic cell E in the front electrolytic cell 1a is between 40 ° C. and 75 ° C., particularly 55 ° C. ℃.

電解液Eは有機成分を含まず、特に錯化剤を含まない。電解液Eはハロゲン化合物及びホウ酸といった緩衝剤も含まない。 The electrolytic solution E does not contain an organic component and does not particularly contain a complexing agent. The electrolytic solution E does not contain a buffer such as a halogen compound and boric acid.

クロム含有(特にCr(III)含有)層を電析させるために、電解槽1a、1b、1c内に十分に高い電流密度が存在するように、電解槽1a〜1c内に配置されているアノード対APには直流電流が印加される。この目的に必要とされる最小電流密度は、シート速度に依存し、100m/分の(最小)シート速度では約15〜20A/dmである。より高い速度では、クロム含有層の電析に必要な最小電流密度は増加する。 Anodes arranged in the electrolytic cells 1a to 1c so that a sufficiently high current density exists in the electrolytic cells 1a, 1b, and 1c in order to electrolyze the chromium-containing (particularly Cr (III) -containing) layer. A direct current is applied to the AP. The minimum current density required for this purpose depends on the seat speed and is about 15-20 A / dm 2 at a (minimum) seat speed of 100 m / min. At higher velocities, the minimum current density required for electrodeposition of the chromium-containing layer increases.

シート速度に依存して、カソードとして接続され、かつ電解槽1a〜1cを通過するシートBは、電解槽1a、1b、1cそれぞれにおける電解時間t1、t2及びt3の間、電解液Eと効果的に電解的に接触する。100〜700m/分のシート速度では、各電解槽1a、1b、1cにおける電解時間t1、t2、t3は、0.5〜2.0秒間である。各電解槽1a、1b、1cにおける電解時間が2秒間未満、特に0.6秒間〜1.8秒間となるように、高いシート速度が好ましくは設定される。シートBが全ての電解槽1a〜1cにわたり電解液Eと電解接触する全電解時間tG=t1+t2+t3は、したがって1.8〜5.4秒間である。個々の電解槽1a、1b、1cにおける電解時間は、一方で、シート速度によって調整することができ、他方で、電解槽1a〜1cの寸法によって調整することができる。 Depending on the sheet speed, the sheet B connected as a cathode and passing through the electrolytic cells 1a to 1c is effective with the electrolytic solution E during the electrolytic cells t1, t2 and t3 in the electrolytic cells 1a, 1b and 1c, respectively. Electrolytically contact with. At a sheet speed of 100 to 700 m / min, the electrolysis times t1, t2, and t3 in each electrolytic cell 1a, 1b, and 1c are 0.5 to 2.0 seconds. A high sheet speed is preferably set so that the electrolysis time in each of the electrolytic cells 1a, 1b and 1c is less than 2 seconds, particularly 0.6 seconds to 1.8 seconds. The total electrolytic time tG = t1 + t2 + t3 in which the sheet B is electrolytically contacted with the electrolytic solution E over all the electrolytic cells 1a to 1c is therefore 1.8 to 5.4 seconds. The electrolysis time in the individual electrolytic cells 1a, 1b, 1c can be adjusted by the sheet speed on the one hand, and can be adjusted by the dimensions of the electrolytic cells 1a to 1c on the other hand.

対応する電解槽1a〜1cに最小電流密度よりも大きい電流密度が調整される場合、少なくとも本質的に酸化クロム及び/又は水酸化クロムから成り、硫酸塩含有電解液Eが使用される場合には、オプションで硫酸クロムを含む層が、各電解槽1a、1b、1cにおいて、シートBの少なくとも片面に析出する。同じ電解液Eが電解槽1a〜1c内に含まれ、同じ電解パラメータ、特に同じ電流密度及び温度が使用される場合、それぞれが少なくとも本質的に同じ組成である層B1、B2,B3が、電解槽1a、1b、1cのそれぞれで生成する。 When a current density larger than the minimum current density is adjusted in the corresponding electrolytic cells 1a to 1c, it is composed of at least essentially chromium oxide and / or chromium hydroxide, and when the sulfate-containing electrolytic solution E is used. An optional layer containing chromium sulfate is deposited on at least one side of the sheet B in each of the electrolytic cells 1a, 1b and 1c. When the same electrolytic cell E is contained in the electrolytic cells 1a to 1c and the same electrolytic parameters, particularly the same current density and temperature are used, the layers B1, B2 and B3, each having at least essentially the same composition, are electrolyzed. It is generated in each of the tanks 1a, 1b and 1c.

層B1、B2及びB3のコーティング重量及びこれらの層B1、B2及びB3から成るコーティングの総コーティング重量における酸化クロム/水酸化クロムの重量割合は、便宜上少なくとも90%、好ましくは95%超である。 The weight ratio of chromium oxide / chromium hydroxide to the coating weight of the layers B1, B2 and B3 and the total coating weight of the coating consisting of these layers B1, B2 and B3 is at least 90%, preferably more than 95% for convenience.

本発明による方法を用いて電解被覆されたシートBの断面図が、概略的に図2に示されている。個々の層B1、B2、B3から成る不動態化層Pは、シートBの片面に形成されている。各個別の層B1、B2、B3は、各電解槽1a、1b、1cにおいて、表面に形成される。 A cross-sectional view of the sheet B electrolytically coated using the method according to the present invention is schematically shown in FIG. The passivation layer P composed of the individual layers B1, B2 and B3 is formed on one side of the sheet B. Each individual layer B1, B2, B3 is formed on the surface in each electrolytic cell 1a, 1b, 1c.

シート上に析出した層B1、B2、B3の層構造は、GDOESスペクトル(グロー放電発光分析法)によって示される。 The layer structure of the layers B1, B2 and B3 deposited on the sheet is shown by the GDOES spectrum (glow discharge emission spectrometry).

比較実験は、本発明に従い、ギ酸塩といった有機錯化剤を含む既知の先行技術の電解液を使用しない際に、10〜15nmの厚さの金属クロム層が、電解槽1a、1b、1cにおいて、電解時間の関数として、シートB上に析出することが可能であることを示している。これらの層の表面は析出後、酸化し、大部分はCr形態の酸化クロムとして、又はCr(OH)形態の混合酸化物−水酸化物として存在する。この酸化物層は数ナノメートルの厚さである。更に、有機錯化剤及び電解液の硫酸塩を還元することで形成される炭化クロム及び硫酸クロム化合物が形成され、完成層全体に均一に組み込まれている。各電解槽において析出する層B1、B2、B3の典型的なGDOESスペクトルは、層の最初の数ナノメートルにおいて酸素シグナルの強い増加を示し、このことから、酸化物層が対応する層(図3)の表面に集中していると結論づけることができる。 In the comparative experiment, according to the present invention, a metal chromium layer having a thickness of 10 to 15 nm was formed in the electrolytic cells 1a, 1b, 1c without using a known prior art electrolyte solution containing an organic complexing agent such as formate. , It is shown that it is possible to precipitate on the sheet B as a function of the electrolysis time. The surface of these layers is oxidized after precipitation and is mostly present as chromium oxide in the form of Cr 2 O 3 or as a mixed oxide-hydroxide in the form of Cr 2 O 2 (OH) 2. This oxide layer is several nanometers thick. Further, chromium carbide and chromium sulfate compounds formed by reducing the sulfate of the organic complexing agent and the electrolytic solution are formed and uniformly incorporated in the entire finished layer. Typical GDOES spectra of layers B1, B2, B3 precipitated in each electrolytic cell show a strong increase in oxygen signal at the first few nanometers of the layer, which is why the oxide layer corresponds to the corresponding layer (FIG. 3). ) Can be concluded to be concentrated on the surface.

ギ酸塩などの有機錯化剤を含まない電解液Eを使用して、本発明による方法で不動態化されたシートBのGDOESスペクトルが図4に示されている。少なくとも本質的に酸化クロム/水酸化クロムのみから成り、場合により限られた割合の硫酸クロムを含む層(不動態化層)が、シートB上に析出することが示されている。 The GDOES spectrum of the sheet B passivated by the method according to the present invention using the electrolytic solution E containing no organic complexing agent such as formate is shown in FIG. It has been shown that a layer (passivation layer) consisting of at least essentially chromium oxide / chromium hydroxide and optionally a limited proportion of chromium sulfate is deposited on Sheet B.

不動態化層の組成は、EURO規格DIN EN 10202によって決定できる(Cr酸化物測光:(欧州規格)ステップ1:40mLのNaOH(330g/L)、90℃で10分間反応、10mLの6%のHによる酸化、370nmでの測光)。 The composition of the passivation layer can be determined by the EURO standard DIN EN 10202 (Cr oxide metering: (European standard) Step 1: 40 mL NaOH (330 g / L), react at 90 ° C. for 10 minutes, 10 mL 6% oxidation by H 2 O 2, photometry at 370 nm).

不動態化層の電析後、不動態化層が設けられたシートBを洗浄し、乾燥させて油(例えばDOSを用いる)を塗布することができる。不動態化層によって電解被覆されているシートBには、有機コーティングを設けることができる。有機コーティングは、既知の方法、例えば不動態化層表面上すなわち酸化クロムの上方層B3上に塗装するか、プラスチックフィルムをラミネートすることによって設けられる。層B3の酸化クロム表面は、コーティングによって有機材料に対し良好な接着ベースを提供する。有機コーティングは例えば、有機塗料又はPET、PE、PPもしくはそれらの混合物といった熱可塑性ポリマーのポリマーフィルムであり得る。有機コーティングは、例えばストリップコーティングプロセス又はプレートプロセスによって設けることができ、プレートプロセスでは、被覆されたシートを、最初にプレートに分割し、次いで有機塗料で塗装するか又はポリマーフィルムで被覆する。 After the passivation of the passivation layer, the sheet B provided with the passivation layer can be washed, dried and oiled (eg, using DOS). An organic coating can be provided on the sheet B electrolytically coated with the passivation layer. The organic coating is provided by a known method, eg, by painting on the surface of the passivation layer, i.e. on the upper layer B3 of chromium oxide, or by laminating a plastic film. The chromium oxide surface of layer B3 provides a good adhesive base for organic materials by coating. The organic coating can be, for example, an organic paint or a polymer film of a thermoplastic polymer such as PET, PE, PP or a mixture thereof. The organic coating can be provided, for example, by a strip coating process or a plate process, in which the coated sheet is first divided into plates and then painted with an organic paint or coated with a polymer film.

包装用途にとって十分な耐酸化性及び耐食性を得るために、本発明による方法によって設けられた不動態化層は、少なくとも3mg/m、好ましくは少なくとも5mg/mの酸化クロム/水酸化クロムの総コーティング重量を有することが好ましい。最大15mg/mの酸化クロム/水酸化クロムのコーティング重量によって、不動態化層Pの表面への有機塗料又は熱可塑性ポリマー材料の良好な接着性が得られる。したがって、不動態化層における酸化クロム/水酸化クロムのコーティング重量の好ましい範囲は、3〜15mg/m、特に好ましくは5〜15mg/mである。 In order to obtain sufficient oxidation resistance and corrosion resistance for packaging applications, the passivation layer provided by the method according to the invention is of at least 3 mg / m 2 , preferably at least 5 mg / m 2 of chromium oxide / chromium hydroxide. It is preferable to have a total coating weight. A coating weight of up to 15 mg / m 2 of chromium oxide / chromium hydroxide provides good adhesion of the organic paint or thermoplastic polymer material to the surface of the passivation layer P. Therefore, the preferred range of chromium oxide / chromium hydroxide coating weight in the passivation layer is 3 to 15 mg / m 2 , particularly preferably 5 to 15 mg / m 2 .

各層B1、B2、B3の厚さ及びコーティング重量は、本発明による方法で示された実施例にて、電解槽における電解時間t1、t2、t3及び電流密度により調整することができる。電解槽に十分に高い電流密度が選択されるとすぐに、析出層B1、B2、B3の厚さ及びコーティング重量は、シートBが電解液Eと電解的に効果的に接触する電解槽における電流密度及び(電解液の相当温度での)電解時間t1、t2、t3の線形関数となる。 The thickness and coating weight of each layer B1, B2, B3 can be adjusted by the electrolytic time t1, t2, t3 and the current density in the electrolytic cell in the embodiment shown by the method according to the present invention. As soon as a sufficiently high current density is selected for the electrolytic cell, the thickness and coating weight of the precipitation layers B1, B2, B3 will be the current in the electrolytic cell where the sheet B is in effective electrolytic contact with the electrolytic cell E. It is a linear function of density and electrolysis time t1, t2, t3 (at the equivalent temperature of the electrolytic solution).

したがって、不動態化層のコーティング重量は電解時間及び/又は電流密度により調整可能であり、その電解時間の間、シートBは電解液Eと電解的に効果的に接触する。電解時間tは、電解槽の寸法及びシート速度に依存する。 Therefore, the coating weight of the passivation layer can be adjusted by the electrolysis time and / or the current density, and the sheet B is effectively in contact with the electrolytic solution E during the electrolysis time. The electrolysis time t depends on the dimensions of the electrolytic cell and the sheet speed.

Claims (15)

表面上に酸化クロム含有不動態化層を電析させることによってブラックプレート又はブリキの表面を不動態化するための方法であって、前記クロム含有不動態化層の電析が、三価のクロム化合物、導電性を向上させる少なくとも1種の塩、及び所望のpH値に調整するための少なくとも1種の酸又は塩基から構成される電解液(E)から生じる方法において、前記電解液(E)は、有機錯化剤を含まず、かつ緩衝剤を含まず、前記ブラックプレート又はブリキはカソードとして接続されており、前記ブラックプレート又はブリキを、所定のシート速度(v)で、前記電解液(E)で満たされ、かつ、金属酸化物又は混合金属酸化物の外側表面又はコーティングを有するアノード(2)を備える、少なくとも1つの電解槽(1)を通過させ又は複数の電解槽(1a、1b、1c)を連続して通過させ、それにより、前記ブラックプレート又はブリキの前記表面は、前記電解液(E)と電解的に効果的に接触して前記不動態化層が析出し、前記不動態化層は、少なくとも3mg/mの酸化クロム及び/又は水酸化クロムの総コーティング重量を有する酸化クロム及び/又は水酸化クロムから成ることを特徴とする、方法。 It is a method for electrolyzing the surface of a black plate or a tin by electrolyzing a chromium oxide-containing immobilization layer on the surface, and the electrolysis of the chromium-containing immobilization layer is trivalent chromium. In a method resulting from an electrolytic solution (E) composed of a compound, at least one salt for improving conductivity, and at least one acid or base for adjusting to a desired pH value, the electrolytic solution (E). Does not contain an organic complexing agent and does not contain a buffering agent, the black plate or the tin is connected as a cathode, and the black plate or the tin is attached to the electrolytic solution (v) at a predetermined sheet speed (v). At least one electrolytic tank (1) or a plurality of electrolytic tanks (1a, 1b) filled with E) and provided with an anode (2) having an outer surface or coating of a metal oxide or a mixed metal oxide. 1c) is continuously passed through, whereby the surface of the black plate or the tin is electrolytically effectively contacted with the electrolytic solution (E) to precipitate the immobilization layer, and the immobilization layer is deposited. A method comprising a dynamic layer consisting of chromium oxide and / or chromium hydroxide having a total coating weight of at least 3 mg / m 2 of chromium oxide and / or chromium hydroxide. 前記不動態化層は、90%超の酸化クロム及び/又は水酸化クロムの重量割合を有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the passivation layer has a weight ratio of chromium oxide and / or chromium hydroxide of more than 90%. 前記不動態化層の電析のための前記ブラックプレート又はブリキを、電解時間の間、前記電解液(E)と接触させ、前記電解時間は0.1〜2.0秒の範囲であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。 The black plate or tin plate for electrodeposition of the passivation layer is brought into contact with the electrolytic solution (E) during the electrolytic time, and the electrolytic time is in the range of 0.1 to 2.0 seconds. The method according to claim 1, wherein the method is characterized by the above-mentioned method. 前記所定のシート速度(v)は少なくとも100m/分であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the predetermined seat speed (v) is at least 100 m / min. 前記電解液(E)の温度は、対応する電解槽(1;1a、1b、1c)の体積全体にわたる平均温度で、20℃〜65℃の範囲であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。 The first aspect of the present invention is characterized in that the temperature of the electrolytic solution (E) is an average temperature over the entire volume of the corresponding electrolytic cell (1; 1a, 1b, 1c) and is in the range of 20 ° C to 65 ° C. The method described. 前記ブラックプレート又はブリキが前記電解液(E)と効果的に電解的に接触する前記電解時間(t)は、各電解槽(1、1a〜1c)において1.0秒未満であり、前記ブラックプレート又はブリキが全電解槽(1;1a〜1c)において前記電解液(E)と効果的に電解的に接触する全電解時間(t)は、0.5秒〜2.0秒の間であることを特徴とする、請求項3に記載の方法。 The electrolytic time (t) at which the black plate or the tin is effectively electrolytically contacted with the electrolytic solution (E) is less than 1.0 second in each electrolytic cell (1, 1a to 1c), and the black. The total electrolysis time (t G ) at which the plate or tin is effectively electrolytically contacted with the electrolytic solution (E) in the total electrolytic cell (1; 1a to 1c) is between 0.5 seconds and 2.0 seconds. The method according to claim 3, wherein the method is characterized by the above. 前記三価のクロム化合物は、塩基性硫酸Cr(III)(Cr(SO)、硝酸Cr(III)(Cr(NO)、シュウ酸Cr(III)(CrC)、酢酸Cr(III)(C1236ClCr22)、ギ酸Cr(III)(Cr(OOCH))又はそれらの混合物の群から選択され、前記電解液の前記塩は少なくとも1種のアルカリ金属硫酸塩であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。 The trivalent chromium compounds include basic sulfate Cr (III) (Cr 2 (SO 4 ) 3 ), nitrate Cr (III) (Cr (NO 3 ) 3 ), and oxalate Cr (III) (CrC 2 O 4). ), Cr (III) acetate (C 12 H 36 ClCr 3 O 22 ), Cr (III) formate (Cr (OOCH) 3 ) or a mixture thereof, and the salt of the electrolytic solution is at least one kind. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the alkali metal sulfate is used. 前記電解液は、2.5〜2.9の範囲のpH値(20℃の温度で測定される)を有し、前記pH値は、少なくとも1種の酸を前記電解液に添加することにより調整されることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。 The electrolytic solution has a pH value in the range of 2.5 to 2.9 (measured at a temperature of 20 ° C.), and the pH value is obtained by adding at least one acid to the electrolytic solution. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the method is adjusted. 前記電解液における三価のクロム化合物の濃度は、少なくとも10g/Lであることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the concentration of the trivalent chromium compound in the electrolytic solution is at least 10 g / L. 前記不動態化層の電析中に使用されるアノードは、前記電解液の前記三価のクロム化合物のクロム(III)の、クロム(VI)への酸化を防止することを特徴とする、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。 The anode used during the electrodeposition of the passivation layer is characterized in that it prevents the oxidation of chromium (III) of the trivalent chromium compound of the electrolyte to chromium (VI). Item 2. The method according to any one of Items 1 to 9. 前記アノードは、ステンレス鋼及び白金を含まないことを特徴とする、請求項10に記載の方法。 10. The method of claim 10, wherein the anode is free of stainless steel and platinum. 前記アノードは、酸化イリジウムの外側表面もしくはコーティングを含むか、又は前記アノードは酸化イリジウムから成ることを特徴とする、請求項10に記載の方法。 10. The method of claim 10, wherein the anode comprises an outer surface or coating of iridium oxide, or the anode is composed of iridium oxide. 前記電解液を製造するために、不可避的不純物を除いて有機残留物が除去された前記三価のクロム化合物、前記少なくとも1種の塩、及び前記所望のpH値に調整するための少なくとも1種の酸又は塩基を水に溶解し、こうして得られた溶液を少なくとも5日間錯化のために静置し、その後、前記pH値の微調整が、酸又は塩基の添加によって実施される、請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。 The trivalent chromium compound from which organic residues have been removed to produce the electrolyte, the at least one salt, and at least one for adjusting to the desired pH value. The acid or base of the above is dissolved in water and the solution thus obtained is allowed to stand for complexing for at least 5 days, after which the fine adjustment of the pH value is carried out by the addition of the acid or base. The method according to any one of 1 to 12. 表面上に、酸化クロム含有不動態化層を析出させることによって、ブラックプレート又はブリキの表面を電解的に不動態化するための電解システムであって、前記電解システムは、
−電解液(E)で満たされた少なくとも1つの電解槽(1)又はそれぞれが電解液(E)で満たされ、前後に配置されている複数の電解槽(1a、1b、1c)を含み、それぞれの電解槽(1a、1b、1c)内に、金属酸化物又は混合金属酸化物の外側表面又はコーティングを有するアノード(2)が配置されており、
−前記電解液(E)が、三価のクロム化合物、導電性を向上させる少なくとも1種の塩、及び所望のpH値に調整するための少なくとも1種の酸又は塩基から構成され、有機成分を含まず、かつ緩衝剤を含まず、
−前記不動態化層の電析のために前記ブラックプレート又はブリキはカソードとして接続され、前記ブラックプレート又はブリキを、所定のシート速度(v)で、シート移動方向に、前記少なくとも1つの電解槽(1)を通過させ又は前記複数の電解槽(1a、1b、1c)を連続的に通過させ、それにより、前記表面は、前記電解液(E)と電解的に効果的に接触し、少なくとも本質的に酸化クロム及び/又は水酸化クロムのみから成る不動態化層が前記表面上に析出する、電解システム。
An electrolytic system for electrolytically passivating the surface of a black plate or tin plate by precipitating a chromium oxide-containing passivation layer on the surface.
-Including at least one electrolytic cell (1) filled with the electrolytic cell (E) or a plurality of electrolytic cells (1a, 1b, 1c) each filled with the electrolytic cell (E) and arranged in the front-rear direction. In each electrolytic cell (1a, 1b, 1c), an anode (2) having an outer surface or coating of a metal oxide or a mixed metal oxide is arranged.
-The electrolytic solution (E) is composed of a trivalent chromium compound, at least one salt for improving conductivity, and at least one acid or base for adjusting to a desired pH value, and comprises an organic component. Does not contain and does not contain buffers
-For the electrodeposition of the immobilization layer, the black plate or tin is connected as a cathode, and the black plate or tin is connected to the black plate or tin at a predetermined sheet speed (v) in the sheet moving direction, said at least one electrolytic cell. (1) is passed or the plurality of electrolytic cells (1a, 1b, 1c) are continuously passed, whereby the surface is effectively in contact with the electrolytic solution (E) in an electrolytic manner, and at least. An electrolytic system in which a mobilized layer consisting essentially only of chromium oxide and / or chromium hydroxide is deposited on the surface.
前記アノードは、酸化イリジウムの外側表面又はコーティングを有することを特徴とする、請求項14に記載の電解システム。 14. The electrolytic system of claim 14, wherein the anode has an outer surface or coating of iridium oxide.
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