JPH02200799A - 電解用不溶性電極及びそれを使用したカチオン電着塗装方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は電解用電極であり、殊に自動車及び家電製品等
のパネル又は部品等を塗装する方法の一種であるカチオ
ン電着塗装技術に使用するカチオン電着塗装用電極とし
て好適な電解用不溶性電極に関する。

［従来の技術］ 近年、自動車及び家電産業分野において、電極塗装技術
が急速に普及してきた。この電極塗装技術は被塗物を陰
極とし、対極の陽極との間に直流電流を流して被塗物を
カチオン電着塗装するものである。

第１図はこのカチオン電極塗装技術を例示する模式図で
ある。電着用槽ｌ内にはカチオン電着塗料からなる塗装
浴２が満たされている。ぞして、このカチオン電着塗装
浴２内（ご浸漬するようにして、下端が閉塞された筒状
の隔膜室３が槽１内に設けられている。この隔膜室３は
イオン透過性の材料により形成された膜を有し、隔膜室
３内には隔膜水４が流通する。

槽１内のカチオン電着塗装浴２には被塗物１１が浸漬さ
れ、隔膜室３内の隔膜水４には電極１０が設置される。

そして、被塗物１１を陰極、電極１０を陽極として両者
間に直流電流を流すと、力チオン電着塗装浴２内の塗料
成分が被塗物１１の表面に析出してカチオン電着塗膜を
生成する。

而して、この隔膜室３内の隔膜水４中に設置される電＄
ｉ！、１０は、従来、板状又は棒状の３００系ステンレ
ス鋼く通常、ＳＵＳ　３１６Ｌ）又はフェライトにより
つくられている。また、隔膜、水４は低濃度の有機酸を
含む溶液である。

し発明が解決しようとする課題］ しかしながら、電極１０としてステンレス鋼を使用した
場合は、この陽極ステンレス鋼からの酸素ガスの発生と
同時に、ステンレス鋼中のＦｅ、Ｎｉ又はＣｒ等の金属
成分が溶出する。この金属成分の溶出は通常「電極の腐
食」と呼ばれ、電極のが命は短い。また、使用済みの隔
膜水４については、この隔膜水４中に溶出した重金属を
取り除く処理が公害対策、Ｅ必要であり、後処理が煩雑
である。

なお、ステンレスの電極を隔膜３により被覆しないで、
所謂裸極として隔膜３内の電極１０と共に併用して使用
することら多く、この場合はカチオン電着塗装浴２も溶
出した重金属で汚染され°ζしよう。

また、フェライト製電極はステンレス鋼製電極に比して
耐腐食性の面では優れているものの、脆性を有するとい
う欠点があるため破損し易く、製造コストもステンレス
鋼製電極に比して極めて高い 本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
重合金成分が溶出して電極の腐食が発生ずることが抑制
され、低公害で電着塗料の汚染がなく、また低コストで
あると共に、衝撃等を受（−）ても破損しにくい電解用
不溶性電極を提供することを目的どする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る電解用不溶性電極は、電極面がＮ　ｉ　−
Ｎ　ｂ系金属間化合物層であり、その基材がＮｂから構
成されていることを特徴とする。

［作用］ 本発明においては、Ｎｂからなる基材の表面に、例えば
、Ｎｉ層を金属接合し、Ｎｉ層の拡散によってＮ　１−
Ｎｂ系金属間化合物層が形成されていて、このＮｕ−Ｎ
ｂ系金属間化合物層が隔膜水又は電着塗装浴と接触する
電極の表面を構成している。Ｎｂは隔膜水である低濃度
の有機酸を含有する水溶液中で電解しても強固な不働態
皮膜を形成するためほとんど溶出しない。一方、このＮ
ｂ基材の表面に形成したＮ　ｉ　−Ｎｂ系金属間化合物
層は隔膜水との間の通電性が優れていると同時に、Ｎｉ
単体に比べて電解中の腐食速度が大幅に小さくなるため
、電極としての寿命が飛躍的に向上する。上述の作用効
果はカチオン電着塗装液に対しても同様である。

［実施例］ 次に、本発明について更に具体的に説明する。

なお、以下、カチオン電着塗装用電極に本発明を適用し
た場合について説明する。本願発明者等は、上述し５た
従来の電極の欠点を解消するために、極液である低濃度
の有機酸を含有する水溶液中で電解し、でも溶出し、に
くい陽極金属を開発すべく電解腐食実験を繰り返した結
果、下記第１表に示すように、Ｎｂが極めて腐食しにく
い金属であることを見い出した。

第１表 但し、電解腐食液は低濃度の有機酸を含有する水溶液で
あり、その酸濃度は５００７ｔψ’　ｃｌｍの基準濃度
のものである。また、通電量は５０００クーロンであり
、デスト温度は３０乃至５０℃である。この第１表には
Ｎｂの外に、一般的に耐食性が優れているとされるＴｔ
及びＮｉ並びに従来の電極祠であるＳＵＳ　３１６Ｌに
ついてもその腐食減量及び極間電位を示した。

但し７、この腐食減量及び極間電位は、第２図に示す装
置を使用して求めた。即ち、槽１２内に極液１３を貯留
し、この極液１３内に１対の被試験板１４を浸漬した。

そして、被試験板１４間にクーロンメータ１５及び直流
電源１６を直列に接続し、３０乃至５０°Ｃの液温で電
流密度を１．６Ａ／ｄｍ２通電量を５０００クーロンと
して電流を流した。

この第１表から明らかなように、Ｔｉ及びＮｉはＳＵＳ
　３１６Ｌよりも腐食減量が多いが、Ｎｂは上述の条件
下で腐食減量がＯＩＩ１ｇ／ｄ１２であり、極めて腐食
しにくい金属である。

しかしながら、Ｎ　ｂは極間電位が高く、電極としての
重要な機能である通電性が悪いという難点がある。一方
、他の電解分野で消耗電極として使用されているＮｉは
、前述の第１表に示すように、極間電位は極めて低く通
電性が優れているものの、腐食減量が極めて多い。

そこで、本願発明者等は、Ｎｂのもつ耐食性とＮｉのも
つ通電性とを兼備させるべく、Ｎｂを基材とし、この基
材の表面にＮｉを熱拡散させてＮｉとＮｂとの金属間化
合物をＮｂ基材の表面に形成した試験板を用意し、その
腐食特性及び通電性を前述と同様にして試験した。但し
、ごのＮｉＮ’　ｂ系金属間化合物は０．５ＫＩｌｌ厚
のＮｂ板の表面に１０乃至１５μｍ厚のＮｉめっきを施
し、次いで９５０℃で３０分間加熱することにより、め
っき層のＮ１ｅＮｂ板の表面に拡散させて生成したもの
である。

その結果、第１表に示すように、Ｎｉ−Ｎｂ系金属間化
合物は５ｔＪＳ　３１６Ｌに比して腐食減量が極めて少
なく、殆ど腐食することなく　５０００クーロンの電気
量を流すことができた。また、極間電位もＮｂに比して
極めて低いものであり、通電性は従来のＳ［ＪＳ　３１
６Ｌの場合と同等である。

そこで、本発明においては、腐食減量がＯであるＮｂを
基材とし、この基材の表面に腐食減量が極めて少ないと
共に、通電性も優れたＮｉ−Ｎｂ金属間化合物の層を形
成して電極を構成する。この電極をＮｉ−Ｎｂ系金属間
化合物層を電極面として隔膜液中に浸漬し１、この電極
を陽極とし、て通電すると、十分な通電性を有し、てカ
チオン電着塗装がなされると共に、電極の腐食が著しく
軽減されて、その寿命が延長される。また、極液中への
重金属の溶出による汚染も防止される。　なお、Ｎｂか
らなる基材自体を板状又は棒状にして電極形状に成形し
２てもよいし１、Ｃｕ、ＡＪＩ又はＦ　ｅ等の電気良導
体を支持体とし、この支持体上にＮｂ層材を設けて電極
を構成してもよい。

また、ト記試験においては、Ｎｂ基基材面へのＮｉＮの
被覆はめっきにより行ったが、これに限らりゞ、電極寸
法及び形状等によって、熱間加工によるクラッド法又は
イオン打ち込み法等を適宜採用すれば良い。

更に、熱拡散法でＮｉ−Ｎｂ金属間化合物を得るための
条件は、例えば、加熱温度が９００℃〜Ｉ２００°Ｃ１
加熱時間が３０分である。

即ち、９５０″Ｃに加熱したＦ　ｅ　／　Ｎ　ｂ　／　
Ｎ　ｉ　／ｐＣの四層ビトッＩ・を押出加工し、Ｎｂ、
Ｎｆｉ厚さを夫々７０メ１．１０μとした後、９００°
Ｃ１１０００°Ｃ１１ｉｏｏ℃、１２００°Ｃ１１３０
０℃の６水準で各３０分間再加熱し、て、Ｎｉ、Ｎｂ層
の断面を走査型電子顕微鏡で定性分析した。その結果、
加熱温度が９００°Ｃ〜１２００℃の場合はＮ　１−Ｎ
ｂが拡散し、金属間化合物層が得られたのに対し、１３
００°ＣではＮｉがＮ　１３、Ｆ　ｅ中に完全に分散し
てしまい、Ｎｉ−Ｎｂの金属間化合物層が得られなかっ
た。しかし、加熱温度が８００℃の場合は殆どＮｉ−Ｎ
ｂの拡散層が得られなかった。また、加熱温度が１２０
０°Ｃの場合はＮｉ層にＮｉ−Ｎｂ以外にＦｅ−Ｎｉの
拡散層が認められる。このため、加熱条件は９００″Ｃ
〜・１１００℃Ｘ　３０分にすることが好ましい。

更に、本発明はカチオン電着塗装用電極以外に、Ｃｒめ
っき等の不溶性電極又は各種電解工業用電極への適用も
可能である。

次に、本発明の実施例に係る電極を製造し、その特性を
試験した結果について説明する。先ず、厚さが２２．０
ｍｍの炭素鋼からなる支持体２４Ｆ−に、厚さが０．５
開のＮｂからなる基材２３を績層し、更に基材２３上に
厚さが０　、１　ａｍのＮｆｉ層２２を積層し、最後に
厚さが１．４間の炭素鋼からなる外被２１を積層した。

そして、この積層構造体（全肉厚２４．ａｍ）を９５０
°Ｃに加熱して熱間押出加工し、厚さが２．　Ｏｉｍの
板材を（３−な。この加熱及び熱間加工により、各素材
が金属接合された。

外皮２１は厚さが約０　、１１１ｍになり、これを塩酸
で酸洗し、て除去し１、Ｎｉ層２２を露出させた。そし
て、炭素鋼の支持体２４に対し、その露出部をエボ火シ
樹脂で防食処理して供試電極とし、た。この４↓：うに
して、供試電極を複数個製造した。

電極の表面を走査型電子顕微鏡で定性分析した結果、第
４図に横軸に波長をとり、縦軸にＸ線の検出強度をとっ
て検出された特性Ｘ線の強度を示すように、Ｎｂ及びＮ
ｉの特性Ｘ線が検出され、Ｆｅの特性Ｘ線は検出されな
かった。従って、外皮２１は塩酸酸洗により完全に除去
されたことがわかる。

そして、前記供試電極（実施例）を種々の酸濃度の隔膜
水中に浸漬し、供試電極を陽極として通電することによ
り腐食テストを行った。但し、通ｉｔｉは１．００００
クーロン、電流密度は１　、６　Ａ／　ｄｎｎ２液温度
は３０乃至５０℃である。この１１食試験にお（する本
実施例の各供試電極の腐食減量を隔膜水中の酸濃度と対
応させて下記第２表に示す。また、従来のＳＵＳ　３１
．６Ｌ製電極についても、その腐食減量を併せて第２表
に示す。

この第２表から明らかなように、本実施例においては、
いずれの酸濃度においても、腐食減量が５ＩＪＳ　３１
６Ｌの場合の１／１０乃至１／１００になり、腐食が著
しく減少した。

更にこのテストの後極液中の金属イオンを分析した結果
、第３表に示したようにＳＵＳ　３１６を陽極とした場
合は多量のＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉイオンが検出されたのに対
し、本実施例についてはＮｉイオンのみが５ＵＳ３１６
Ｌのそれの約１７１０検出されただけであった。このこ
とからも本実施例が耐食性に優れていることが確認され
た。

また、本実施例の分極特性を測定してみた結果、第７図
に示すようにＳＵＳ　３１６Ｌは電極電位を」−げて行
くと電流密度も急激に増して行くのに対し、本実施例の
Ｎ１−Ｎｕ）電極では電位が＋１．．５Ｖ近くまで電流
密度は１０μＡ／ｃｄの一定値を保ち、それを越すと電
流密度が増大するという陽極分極特性を示す、これから
も本実施例は電解中の耐腐食性に（れていることが認め
られた。

また、供試電極及びＳＵＳ　３１６Ｌ製電極を酸濃度が
標準濃度（５００μび／ｃａ）の隔膜水中に浸漬し、種
々の電流密度で通電することにより腐食テストを行った
。但し、通電量は１００００クーロンであり、液温度は
３０乃至５０°Ｃである。この腐食試験における本実施
例の各供試電極及びＳＵＳ　３１６１、短電極の腐食減
量を、電流密度と対応させて下記第４表に示す。

この第４表から明らかなように、本実施例においては、
いずれの電流密度においても腐食減量がＳＵＳ　３１６
１．の場合の１／１０乃至１／１００に低減された。

第２表 第３表 第４表 また、この腐食デスｌ−後に、本実施例の供試電極にお
（・少る極液浸漬部と、非浸漬部とについて、走奢型電
子顕微鏡によりその表面の成分を定性分析しまた。

その結果、非浸漬部の分析活眼を第５図に、また浸漬部
の分析結果を第６図に示すように、非浸漬部と浸漬部と
はいずれもＮｉ及びＮ　ｔ）の分析結果が同一の傾向を
示し、腐食テストｆ＆においても、Ｎｉが殆ど消耗して
いないことがわかる。

次に、上述の本実施例の電極を使用して、第１図に示す
装置により鋼板（被塗物）上への塗装テストを実施し５
た結果について説明する。塗料はエボー■シ系カチオン
電着塗料（商品名；パワートップ１１−３０ブラツク　
製造元−日本ベインド株式会社）であり、塗装電圧は２
５０■、通電時間は３分、塗装温度（塗装浴温度）は２
７°Ｃ１塗装面積は１、ＯＯｃｒｌ＋である。なお、比
較のために、従来の５ＵＳ３１６　Ｌ　　電極を使用し
て同一の条件で塗装した。

その結架を下記第５表に示す。

第５表 本実施例のように電極向がＮｉ−Ｎｂ系金属間化合物の
場合は、従来の別Ｉ８３１６１．製電極を使用した場合
ど同様に均一・な塗装皮膜を得ることができた、 ［発明の効果］ 本発明によれば、電極面にＮ　１−Ｎｌ）系金属間化合
物を配設置、なから、従来のステンレス鋼製電極に比し
て、電極の寿命を著しく延長させることができる。従っ
て、カチオンｔＯＷ塗装設備の保守コストを大幅に低減
さゼ゛ることができる。また、極液中への有害重金属Ｃ
ｒ等の溶出が回避されるので、公害対策が不要になると
いう利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はカチオン電着塗装装置を示す模式図、第２図は
腐食試験装置を示す模式図、第３図は本発明の実施例の
製造に使用する積層体を示す模式図、第４図乃至第６図
は特性Ｘ線の分析結果を示すグラフ図、第７図はアノー
ド分極特性を不ナクラフ図である。 １：力升オン電着用槽、２；塗装浴、３；隔膜、４；隔
膜水８１０；電極、１１；被塗物、２２Ｎｉ層、２３　
、Ｎｂ基材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電極面がＮｉ−Ｎｂ系金属間化合物層であり、そ
   の基材がＮｂから構成されていることを特徴とする電解
   用不溶性電極。
2. （２）前記基材は電気良導体の支持体上に配設されてお
   り、この支持体は、Ｃｕ、Ａｌ及びＦｅからなる群から
   選択された良導体により成形されていることを特徴とす
   る請求項１に記載の電解用不溶性電極。
3. （３）請求項１の電極を用いたカチオン電着塗装方法。