JPH0456796A - Ｆｅ系合金電気メッキ装置のｐＨ制御装置 - 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、例えばＦｅ　−Ｚｎ合金などのＦｅ系電気メ
ッキ装置およびそのメッキセルのｐＨ制御装置に関する
。

（従来の技術） 近年、自動車用鋼板の防錆能力の増強、塗装性の向上を
目的として、Ｆｅ　−Ｚｎ合金等のＦｅ系電気メッキ鋼
板が使用されている。なお、以下にあってはＦｅ系電気
メッキとしてＦｅ　−Ｚｎ合金電気メッキを例にとって
説明する。

このＦｅ　−Ｚｎ合金電気メッキ方法は、メッキ方法と
しては、メッキ液の成分コントロールが、通常の電気亜
鉛メッキに比べて難しい。それは、特に被メッキイオン
であるＦｅ”は、メッキ液中で容易にＦｅ”イオンに酸
化されるため、ｐ　ｅ　３　＋イオンは、メッキ開始後
大幅に増大し、その結果、陰極電流効率が低下し、電力
コストの増大、生産能率の低下をもたらすという問題が
あるからである。

したがって、このような問題を解消するためには、前述
したＦｅ３°イオンの増加を抑制することが必要となる
。

そのため、従来より、鉄片、鉄粒、鉄粉等をメッキ液に
溶解し、Ｆｅ”の補給とＦｅ”の還元とを兼ねる方法が
一般に採用される。

この方法であれば、確かにｐ　ｅ　３　′″イオン増大
は抑制されるが、金属鉄自体の溶解速度は硫酸第一鉄等
のような塩に比べて大幅に小さいため、その溶解方法に
は工夫が必要となる。

第３図は、従来のｐＨ調整機構を説明する略式説明図で
あって、図中、メッキセル３０とメッキ液の循環経路を
形成する循環槽３２にはｐＨ計３４が設置されており、
ｐＨ値の変動に応じて濃硫酸液が適宜この循環槽３２に
供給され、ｐＨ調整を行っている。メッキイオンの供給
は別途設けられた金属溶解１ａ３６において行われ、必
要に応しその必要量が循環槽３２に供給されている。こ
のときｐＨ値の変動が起こることがあり、前述のように
そのようなｐＨ値の変動が起こるとその都度ｐＨ値副調
整ため濃硫酸を循環槽に供給していたのである。

従来の金属鉄を溶解する方式のメッキ液循環系で、別途
設けた金属溶解槽において金属鉄を溶解し、それを循環
槽に供給してきた。したがって、金属鉄を溶解させるこ
とによってＦｅ”イオン濃度が上昇したメッキ液が流入
するため循環槽においてはｐＨ値の変動が常にみられそ
のため従来はこの循環槽においてｐＨ値の調整が行われ
てきた。すなわち、該循環槽にｐＨ計を設置して、その
計測データに基づいてｐＦｌ制御を実施する場合、濃硫
酸投入に対する応答性が著しく向上し、ｐＨ計の指示値
に基づくフィードバック制御方式で十分であった。

確かに、この方法であればｐＨ制御はやり易いけれども
、Ｆｅ系合金メッキの場合には金属鉄の溶解速度が遅い
という問題があ条。その原因の１つは、Ｆｅ＋２Ｈ”→
Ｆｅ”＋ｌＩ２の反応によりｐｔｔ上昇が顕著に現われ
、金属鉄の溶解を阻害してしまうからである。したがっ
て、生産するＦｅ−Ｚｎ合金電気メッキ処理量が増大す
ればする程、巨大な溶解槽が必要となってしまい、不経
済である上に、未溶解の鉄粒子がメッキセルに混入し、
メッキ品質を阻害してしまう。

さらに他の技術としては、 （ｉ）　電気メッキのイオン原料として、金属粉、金属
粒を使用するとともに、ｐＨが低下する系の電解プロセ
スを用いた方法（特開昭５８−９３８８８号公報）、 （ｉｉ）ｐＨ上昇に対して、酸を投入することにより、
またＰＨ降下に対して、アルカリを投入することにより
、ｐＨの上下変動に対しての対処方法（特開昭５８−９
３９００号公報）、 （ｉｉｉ）メッキイオンを金属溶解することにより供給
する方法であって、その供給を演算式を用いて自動化を
図る方法（特開昭５９−４１４８８号公報）、さらには （ｉｖ）ｉ！電解プロセスして、アニオン交換膜を用い
、メッキイオンを金属粒子の形態で供給する方法（特開
平１−２５９１９７号公報）等が知られている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、これらの技術では、メッキ液中のｐＨを精度良
く、一定にコントロールすることはできない。

すなわち、　（ｉ）により示した技術では、基本的にそ
の電解プロセスはｐＨが下がる系であるため、つまり陰
イオン交換膜で酸分を抽出することを目的とするため、
ｐＨのコントロールは難しい。

輸）により示した技術は、アルカリを投入することによ
り全体のバランスを保とうとする技術であるため、実際
のｐｎ制御として、プロセス条件の変動（例えば、メン
キ電流変化）に対して、自動的に即時に対応することが
できない。

さらに、　（ｉ）により示した技術、および（ｉｖ）に
より示した技術では、ｐｎ制御には直接言及されていな
い。

ここに、本発明の目的は、金属鉄溶解速度を促進させる
ことを目的とし、且つ、メッキ液中ｐｎを精度良く一定
にコントロールすることを可能とするＦｅ−Ｚｎ合金電
気メッキ装置を提供することにあ（課題を解決するため
の手段） 上記課題を解決するため、本発明者らは種々検討を重ね
た結果、Ｆｅ　　Ｚｎ合金電気メッキ液にＦｅイオン、
Ｚｎイオンを供給する際のｐ）ｌ上昇防止を図るため、
従来行われていた循環槽への投入に代えて系外の金属溶
解槽へ硫酸を投入することにより、当該金属溶解槽内の
大幅なｐＨ上昇を抑制し、金属鉄の円滑な溶解を達成さ
せることが可能となることを、本発明者らは知見した。

しかし、本発明者らはさらに検討を重ねた結果、前記金
属溶解槽に硫酸を投入する方法は、従来の循環槽に硫酸
を投入する方法と比較すると、メッキセルにおけるｐｕ
を下げるまでの時間がかなりかかってしまうことがあり
、この方法により、硫酸のメッキイオン溶解槽への投入
量を、単なるフィードバック制御により行うと、このタ
イムラグの影響により、メッキセルにおけるｐＨのオー
ハーンユーテング（下限を大幅に切る怖れあり）が発生
することが懸念されることを知見した。

そこで、この問題を解決する方法として、フィードフォ
ワード制御、すなわち、金属溶解槽への硫酸の投入の際
に生しるメッキセルのｐＨｉ化を、１（２８０４投入量
、Ｆｅ粉粉入入量Ｚｎｎ粉入入量の因子より推定演算し
てフィードフォワード制御を行うことにより、従来の方
法に比較して大幅にｐＨを安定して操業することができ
ることを知見して、本発明を完成した。

ここに、本発明の要旨とするところは、Ｆｅ系電気メッ
キを行うメッキセルと、該メッキセルにメッキ液を循環
供給するメッキ液の循環槽と、該循環槽に接続されメッ
キイオンを調整したメッキ液を供給する金属溶解槽とを
備えたＦｅ系電気メッキ装置において、前記金属溶解槽
に接続され、該金属溶解槽に直接硫酸を供給する硫酸貯
蔵槽を設けたことを特徴とするＦｅ系電気メッキ装置で
ある。

また、別の面からは本発明は、前記金属溶解槽へ投入さ
れる鉄粉量およびその他の金属を溶解する場合はその金
属粉量、さらに硫酸投入量の各検出装置、それらの各検
出装置からの検出データに基づいて、メッキセルにおけ
るｐＨを演算する演算装置、これにより得られたその計
算値に基づいてフィードフォワード制御により、前記金
属溶解槽中への硫酸供給量を調整するメッキセルにおけ
るｐＨ制御装置である。

上記の本発明においては、前記演算器は、前記金属溶解
槽へ投入される鉄粉量および亜鉛など他の金属も投入さ
れる場合にはその金属粉量、さらに前記硫酸投入量に基
づいて、メッキセルにおけるメッキ液のｐｉを演算し、
その演算値に基づいてフィードフォワード制御により、
前記金属溶解槽への投入硫酸量を制御することが好適で
ある。

（作用） 以下、本発明を添付図面を参照してさらに具体的に説明
する。

第１図は、本発明にかかるＦｅ系電気メッキ装置の概略
説明図であり、図中、本発明にかかるＦｅ系電気メッキ
装置は、Ｆｅ系電気メッキを行うメッキセル１０と、該
メッキセル１０にメッキ液を循環供給するメッキ液の循
環槽１２と、該循環槽１２に接続されメッキイオンを調
整したメッキ液を供給する金属溶解槽１４とを備えてお
り、該金属溶解槽１４には該金属溶解槽に直接硫酸を供
給する硫酸貯蔵槽１６が接続されている。したがって、
従来と異なり、本発明によれば、ｐＨ変動は金属溶解槽
１４において起こり、それに起因するメッキセル１０で
のｐＨ変動は溶解金属の量などのデータに基づいて演算
することができる。金属溶解槽１４と硫酸貯蔵槽１６と
の間を接続する経路には硫酸流量計１８および硫酸流量
調整用電動弁１９が設けられ、演算器２０からの指令信
号２１によって硫酸供給蓋が制御される。

なお、本発明にあって上述のメッキセル１０、循環槽１
２、金属溶解槽１４、さらには硫酸貯蔵槽１６それ自体
の構造などは従来のそれと同じであってもよく、特に制
限されない。

本発明によれば、金属溶解槽１４にあってはそれぞれ定
量切り出し装置を設けたホッパー２２．２４から鉄粉お
よび亜鉛粉が投入され、その投入量はそれぞれ投入信号
２５．２６として演算器２０に入力される。

メンキイオン補給原料形態は、溶解を容易にするために
、金属粉の形態で供給するのが好ましい。

金属粉投入手段としての定量切り出し装置には回転数制
御可能なモータを用い、スクリューフィーダにて切出し
を行えばよい。

演算器２０にはその他電気メブキ用整流器２８からのト
ータルメッキ電流値などの信号も送られており、それら
のデータに基づいて予めメッキセルにおけるメッキ液の
ｐＨ値を演算し、その結果に基づいて金属溶解槽１４へ
の硫酸追加投入量を算出し、硫酸投入流量指令信号２１
として硫酸流量計１８および硫酸流量調整用電動弁１９
から成る制御系に送られる。

本発明において対象とする電気メッキは、鉄系一般を包
含するものであり、通常はＦｅ　−Ｚｎ合金であり、そ
の他Ｆｅ−Ｎｉ％Ｆｅ−Ｃｒ等も同様に適用される。Ｆ
ｅ−Ｚｎ合金メッキの場合、そのＦｅ含有率は１０〜１
００％とするのが好ましい。なお、メッキ自体は単層で
あろうと、複層（多層）であろうと特に制限されない。

メッキ条件も合金の種類にしたがって適宜決定すればよ
く、例えばＦｅ　−Ｚｎ合金の場合、メッキ液は、ｐＨ
＝０．５〜２．０、液温５０〜７０“Ｃであればよい。

電極は不溶性陽極を用い、投入硫酸種としては濃硫酸も
しくは希硫酸をもちいる。濃度は極力濃い方が好ましい
。（ｅｘ、９８％）１２ｓＯ４）等。

本発明における硫酸投入量の演算式は、特定の式に制限
されるものではないが、１例を挙げれば次の通りである
。

硫酸投入量（１／Ｈｒ） 鉄粉投入速度（ｋｇ／Ｈｒ） 鉄粉還元効率 亜鉛粉投入速度（ｋｇ／Ｄｒ） 空気酸化速度（ｋｇ／Ｈｒ） トータルメッキ電流（ｋＡ） （メッキ時）水素発生反応分率 ■＝活量係数 ■：硫酸濃度（規定） Ｂの鉄粉投入速度については、切出用モータの回転数と
切出量との変換式により、デジタルデータをＣＰＵへ送
る。また、Ｄの亜鉛粉切出量も同様である。

Ｃの鉄粉還元効率とは、投入した鉄粉量に対する、めっ
き液中のＦｅ”イオンをＦｅ”に還元する反応に関与す
る鉄粉の比率である。換言すれば、鉄粉の溶解反応とし
ては、 Ｆｅ＋２Ｈ”　　−＋　Ｆｅ”°＋Ｈ，↑・・■Ｆｅ＋
２Ｆｅ”　−）　３Ｆｅ”　　　・−−■の二反応が起
こり、 ０式により発生するｐ　ｅ　２　＋の増加速度を空気酸
化速度と称することとする。

Ｆは、電気鉄亜鉛メッキを実施する際のメッキ通電量で
ある。両面メッキの場合は、両面の通電量の和で、また
片面メッキの場合は、その片面への通電量を指す。

Ｇは、メッキ通電時にメッキ液中のＨ１イオンが消費さ
れる反応分率である。これは換言すると以下の反応の中
の（■−■）に関与する電流を総電流で割った値となる
。

アノード面： Ｆｅ”　　→Ｆｅ”＋ｅ−・・・■ Ｅは、メッキ液の循環の際に、空気中の酸素によって酸
化されるＦｅ”イオン量であり、反応式は以下の通りで
ある。

カソード面： Ｆｅ”＋　ｅ−−＋　Ｆｅ”　　　　・　−・■Ｈ’　
十ｅ−→−Ｈ２・・・■ ■および■はメッキ反応であり、■は水素発生反応であ
る。

この■−■というのは、■でＨ゛が発生し、■でＨ゛が
消費されその差引いたもの（Ｈ”消費の方が経験上多い
）に相当するメッキ電流値を総電流で割るということで
ある。

Ｈは、硫酸の活量係数で、メッキ液温５０℃で０．３〜
０．４の値をとる。

Ｋ、、　Ｋ、は、最終的に投入量推定式と実績を合わせ
るための微調整項である。Ｋ２にて、メッキ液ドラッグ
アウトによるｐＨ上昇分を補償可能である。

さらに、本発明を実施例とともに詳述するが、これはあ
くまでも本発明の例示であって、これにより本発明が限
定されるものではない。

実施例 第１図に示すＦｅ　−Ｚｎ合金電気メッキプロセスにお
いて、予め計算されたメッキセルにおけるｐＨ値に基づ
いて前記硫酸投入量の推定式を使用して、金属溶解槽１
４への濃硫酸供給量を制御することによってメッキセル
のｐＨ調整を実施した。

それらの結果を第２図（ａ）ないし第２図（Ｃ）にグラ
フで示す。第２図（ａ）は、Ｆｅ粉粉入入量時間的変動
を示すもので、投入速度を上げた時点で、第２図（ｂ）
に示すように濃硫酸添加を行ったところ、従来のフィー
ドバック方式の制御を行った場合にはｐＨは一時的に大
幅に下がった。一方、本発明によりフィードフォーワー
ド方式による制御を行った場合には、濃硫酸の投入によ
ってもｐＨは殆ど変動しなかった。

その時の条件は、以下の通りであった。

■メッキ電流・・・・・１００ＫＡ固定■鉄粉投入速度
・・・・８０〜１６０ｋｇ／Ｈ■亜鉛粉投入速度・・・
１０ｋｇ／Ｒ固定■鉄粉還元効率・・・・０．６ ■空気酸化速度・・・・５０ｋｇ／Ｈｒ■水素発生反応
分率・・０．１ ■活量係数・・・・・・０．３５ ■に＋　　＝　　１．０２ ■に、　　＝　　０．００ 第２図［有］）および第２図（Ｃ）を比較することによ
り、本発明の効果が明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかるＦｅ−Ｚｎ合金電気メンキ装
置を示す略式説明図； 第２図（ａ）は、本発明の実施例における鉄粉投入たば
従来法によるｐｉの変化を経時的に示すグラフ；および 第３図は、従来のＦｅ　−Ｚｎ合金電気メッキ装置を示
す略式説明図である。 １０：メッキセル　　１２：循環槽 １４：金属粉溶解槽　１６：硫酸貯蔵槽２０：ＣＰＵ（
演算器） 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｆｅ系電気メッキを行うメッキセルと、該メッキ
   セルにメッキ液を循環供給するメッキ液の循環槽と、該
   循環槽に接続されメッキイオンを調整したメッキ液を供
   給する金属溶解槽とを備えたＦｅ系電気メッキ装置にお
   いて、前記金属溶解槽に接続され、該金属溶解槽に直接
   硫酸を供給する硫酸貯蔵槽を設けたことを特徴とするＦ
   ｅ系電気メッキ装置。（２）請求項１記載の装置にあっ
   て、前記金属溶解槽へ投入される鉄粉量およびその他の
   金属を溶解する場合はその金属粉量、さらに硫酸投入量
   の各検出装置、それらの各検出装置からの検出データに
   基づいて、前記メッキセルにおけるメッキ液のｐＨを演
   算する演算装置、これにより得られたその計算値に基づ
   いてフィードフォワード制御により、前記金属溶解槽中
   への硫酸供給量を調整するメッキセルにおけるｐＨ制御
   装置。