JPH05171483A - 酸素発生用陽極の製法 - Google Patents

酸素発生用陽極の製法

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JPH05171483A
JPH05171483A JP3340730A JP34073091A JPH05171483A JP H05171483 A JPH05171483 A JP H05171483A JP 3340730 A JP3340730 A JP 3340730A JP 34073091 A JP34073091 A JP 34073091A JP H05171483 A JPH05171483 A JP H05171483A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 チタン基体上に、金属タンタル及び/又はタ
ンタル合金粉末を減圧下でプラズマ溶射した中間層を設
け、その中間層上にイリジウム化合物及びタンタル化合
物の熱分解により酸化イリジウムを20モル%以上含み
残部が酸化タンタルよりなる電極活性層を設けた酸素発
生用陽極の製法。 【効果】 金属タンタル粉末の減圧プラズマ溶射によっ
て形成された中間層は、緻密でそれ自体酸化され難いと
ともにチタン基体の不働態化を防ぎ、また電極活性層と
の密着性が良好である。したがって電解中において電極
面の溶解,脱落が防がれ長寿命の酸素発生用陽極が得ら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は酸素発生用陽極の製法に
関する。特にスズ,亜鉛,クロム又はこれらの合金等の
電気メッキに使用される酸素発生用陽極に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】スズ,亜鉛,クロム等の鋼板メッキ用陽
極としては現在鉛又は鉛合金が使用されているが、鉛は
比較的消耗が速く、溶出した鉛によるメッキ液の汚染,
メッキ皮膜の劣化等の問題点がある。これに代わる陽極
として白金メッキ陽極や白金箔クラッド陽極が検討され
ているが、白金もかなり消耗が大きいという難点があ
り、そのために消耗の少い貴金属及びその酸化物を電極
活性物質とした酸素発生用陽極が種々提案されている。
【0003】しかしながら、経済性,加工性の面から広
く用いられるチタン及びその合金を基体として、単純に
電極活性物質を被覆しただけの電極では、使用中に陽極
に発生する酸素により電極被覆層と基体間に導電性の無
い酸化物層が形成され、残存する電極活性物質の量が十
分であっても電極としての機能が無くなってしまい、つ
いには電極被覆層の剥離を来し使用不能になるという不
都合を生じる(大田健一郎等,電気化学,57,No
1,p.71〜75(1989))。
【0004】このために電極活性物質の被着量を多くす
る傾向にあるが、高価な貴金属を使用することを考える
とその利用効率は決して良いものであると言えない。こ
の問題点を解決するために、特開昭59−38394号
公報には基体上に4価の原子価を有するチタン及びスズ
から選ばれた少くとも1種の金属の酸化物と、5価の原
子価を有するタンタル及びニオブから選ばれた少くとも
1種の金属の酸化物との混合酸化物からなる中間層を設
け、その上に電極活性物質で被覆した電極が提案されて
いる。この場合には中間層は酸素発生活性能は無く、電
気伝導性は一般に知られている4価と5価金属による原
子価制御理論に基づき得られるものと考えられるが、そ
の導電性は十分なものではない。
【0005】特開昭59−150091号公報では、更
に導電性を与える目的で白金をこの中間層に分散させた
ものが提案されているが、白金自身が電解液、特に硫酸
酸性溶液では消耗が大きいので中間層の耐久性に限界が
ある。またこの場合は中間層自体にも酸素発生活性能が
あるためにやがては不働態化が起る。
【0006】特開昭62−174394号公報では電気
メッキによる多孔性白金層が中間層として述べられてい
るが、この場合も前記と同様な理由で根本的な解決にな
っていない。
【0007】また特開昭57−192281号公報には
チタン又はチタン合金を基材とし、金属酸化物よりなる
電極被覆を有する電極において、その中間層としてタン
タル及び/又はニオブの導電性酸化物層を設けた酸素発
生を伴う電解用電極が提案されているが、タンタル又は
ニオブの酸化物層は酸素による不働態化現象を防止する
のに十分なものとは言えない。
【0008】上記の中間層として金属タンタル又はその
合金層を設けた電極は、特開昭59−96287号等に
記載があるが中間層の形成は主としてクラッド法による
ものである程度以上の厚みを要し、基本的には高電圧を
要する陰極防食用の陽極であり、電気メッキ用には不適
当である。
【0009】中間層として金属タンタルのミクロン単位
の薄膜を形成させるにはプラズマ溶射法,スパッタリン
グ法,イオンプレーティング法等が検討されているが、
常圧プラズマ溶射法では白金族金属酸化物よりなる電極
活性層を形成させる際、金属タンタル皮膜内部が酸化さ
れてきわめて脆くなり電極として必要な接着強度が保た
れない。またスパッタリング法やイオンプレーティング
法は高度の真空(約10-4〜10-2Torr)を要する
ため、大規模な装置を必要とし数ミクロン以上の皮膜を
形成し難く、また中間層を形成させる際に基材の前処理
を極めて厳密に行う必要があり、工業的に難点がある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はスズ,
亜鉛,クロム等の電気メッキ用陽極として検討されてい
る酸素発生用不溶性陽極において問題とされている基体
の不働態化を経済的に有利な方法で防ぎ長寿命の電極を
提供するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明者らは種々検討を
行った結果、酸素発生用不溶性陽極において、基体と電
極活性物質の間にタンタル及び/又はその合金の粉末を
減圧下の非酸化性雰囲気中でプラズマ溶射を行うことに
より、酸化物を含まないかつ緻密な中間層が形成され、
電極活性物質上で発生する酸素による不働態化に対し、
十分な抵抗力を有する長寿命の陽極が得られることを見
出し本発明を完成したものである。
【0012】すなわち本発明は、チタン又はその合金よ
りなる導電性基体上に、金属タンタル及び/又はその合
金の粉末を減圧下の非酸化性雰囲気中でプラズマ溶射を
行うことにより、金属タンタル及び/又はその合金を主
成分とする中間層を設け、該中間層上にタンタル化合物
及びイリジウム化合物を含む溶液を塗布し、酸化性雰囲
気で360〜550℃に加熱することにより酸化イリジ
ウムを20モル%以上含み残部がタンタルよりなる電極
活性層を設けることを特徴とする酸素発生用陽極の製法
である。
【0013】本発明の金属基体に使用されるチタン又は
その合金は、金属チタンやチタン−タンタル,チタン−
パラジウム等のチタン基合金であり、その形状は板状,
棒状,多孔板等種々の形状をとり得る。
【0014】基体表面は溶射の前処理として、グリット
ブラスト,ショットブラスト、サンドブラスト処理,ま
たはプラズマ照射によるスパッタクリーニング処理が施
される。ブラスト材としてはアルミナ,炭化ケイ素,サ
ンド等が利用され粒子径は200〜1000μm程度が
適当である。
【0015】本発明に用いられる減圧プラズマ溶射と
は、減圧下の非酸化性雰囲気中で陰極と陽極との間に発
生させたアークによってアルゴン等の作動ガスをプラズ
マ化し、ノズルより噴出させてジェットを形成する。こ
のプラズマジェット中に金属タンタル及び/又はその合
金の粉末をアルゴン等のガスに乗せて供給し、溶融させ
つつ飛行させて金属基体上に付着及び積層させて皮膜を
形成するものである。通常、真空度15〜500Tor
rの減圧下で行われる。真空度15Torr未満では良
好なプラズマジェットが得られず、また500Torr
をこえると緻密な皮膜が形成されない。タンタル合金と
してはタンタル−ニオブ合金,チタン−タンタル合金等
が挙げられる。
【0016】この方法で溶射したタンタル及び/又はそ
の合金の中間層の厚みは5〜500μm程度である。こ
の中間層は減圧下の非酸化性雰囲気中の溶射により形成
されているため酸化の無い、緻密で結合性の高い皮膜が
得られる。そのためチタン又はその合金よりなる基体
は、これを陽極として電気メッキを行う際、この中間層
によって基体がメッキ液に曝されるのを防ぐ。したがっ
て基体金属のチタン又はチタン合金の酸化が進行せず、
電圧の上昇も生ぜずまたチタン基体の腐食も生じない。
この基体の酸化進行を防止するためには中間層は数μm
以上の厚みがあれば効果が大きいが、タンタルはチタン
の約20倍も高価な金属であるため、経済的には100
μm以下の厚みとするのが好適である。
【0017】中間層の表面に形成される電極活性層は酸
化イリジウム及び酸化タンタルの混合物よりなり、酸化
イリジウムは20モル%以上、好ましくは20〜95モ
ル%、酸化タンタルは80モル%以下、好ましくは80
〜5モル%である。特に好ましいのは酸化イリジウム3
0〜90モル%、酸化タンタル70〜10モル%であ
る。酸化イリジウムのみにすれば電気メッキ中における
剥離,脱落が多く、電極としての寿命が短くなる。また
電極活性層中における酸化タンタルの存在は中間層との
密着強度に良い効果を与えているものである。
【0018】電極活性層は、塩化イリジウム酸,塩化イ
リジウム,塩化タンタル等の金属塩をエチルアルコー
ル,プロピルアルコール,ブチルアルコール等の溶媒に
溶かして所定組成の混合溶液を調製し、刷毛塗り,ロー
ル塗り,スプレー塗り,又は浸漬等の方法により塗布し
熱分解処理を行うことにより形成される。塗布後溶媒を
蒸発させるために100〜150℃で約10〜20分間
乾燥し、空気又は酸素雰囲気の電気炉中で360〜55
0℃、好ましくは380〜500℃で10〜30分間熱
処理を行う。熱処理温度が上記範囲未満では熱分解が完
全に起らず、上記範囲を超えると基体チタンと中間層を
なすタンタル又はタンタル合金の酸化が進行して損傷を
受ける。この様にして被覆した電極活性層は5g/m2
以上あると酸素発生に対して触媒能,寿命ともに良好に
なる。
【0019】本発明による陽極は電気メッキ時の電流密
度が10A/dm2 以上で使用することが好ましく、最
大で300A/dm2 まで使用可能である。
【0020】
【作用】本発明による陽極は、基本的には中間層が金属
タンタルであるため導電性が良好である。また減圧下の
非酸化性雰囲気中でプラズマ溶射を行うことにより、通
常の常圧プラズマ溶射の場合よりも、より緻密で基体と
の密着力の大きな中間層が形成され、金属基体の十分な
保護が行われるものと考えられる。
【0021】
【実施例】以下、実施例,比較例により本発明を詳述す
る。 実施例1 市販チタン板(1×10×0.1cm)をアセトンにて
脱脂後、アルミナグリッド(#24)を使用して圧力4
kg/cm2 でブラスト処理を行った。次にタンタル粉
末(粒径5〜50μm)を用いて減圧プラズマ溶射装置
(200Torr,アルゴンガス,50kw)で溶射を
行い、厚み50μmの緻密な溶射層(中間層)を得た。
【0022】その表面に下記組成の溶液を塗布した。 塩化タンタル 0.47g 塩化イリジウム酸 1.0g 塩酸 1.0ml ブチルアルコール 15ml これを120℃で20分間乾燥し、次いで500℃の電
気炉中で20分間熱分解することによりIrO2 (60
モル%)とTa2 5 (40モル%)との混合酸化物よ
りなる皮膜を有する電極を得た。この操作を数回繰り返
し酸化イリジウムとして10g/m2 含有する電極活性
層を得た。電極活性層と溶射層との密着性は非常に良好
であった。
【0023】この電極を50℃,100g/lの硫酸ナ
トリウム水溶液(pH=1.2)中で陽極として用い、
白金線を陰極として電流密度200A/dm2 で電解を
行い、槽電圧が2V上昇するまでの時間を電極寿命とし
て判定した。これにより使用可能時間は4896時間で
あった。ケイ光X線分析の結果、残存の酸化イリジウム
は2.3g/m2 であり77%の利用率であった。
【0024】実施例2〜5,比較例1,2 溶射層の被覆は実施例1と同様に行い、電極活性層の組
成を表1のように変化させて、酸化イリジウムとして1
0g/m2 含有する陽極を作成し、同様の電解試験を行
い表1の結果を得た。
【0025】
【表1】
【0026】比較例3 ブラスト処理を行った市販チタン板(1×10×0.1
cm)にタンタル粉末(粒径20〜50μm)を、アル
ゴンガスを作動ガスに使用し、常圧でプラズマ溶射を行
い、厚み50μmの溶射層を得た。この上に実施例1と
同様の方法で酸化イリジウムとして10g/cm2 (I
rO2 :Ta2 5 =70:30モル比)の電極活性層
を得たが、タンタル溶射層と電極活性層との密着性は頗
る悪く、実施例1と同様の試験を行ったところ、陽極の
寿命は830時間であった。
【0027】
【発明の効果】酸素発生用陽極において本発明により形
成された中間層は非多孔質の緻密な金属体よりなり、チ
タン又はチタン合金基材の電解酸化を防ぐとともに、金
属タンタル及び/又はタンタル合金自体の持つ強い耐食
性と耐電解酸化性及び良好な導電性を有する。また中間
層上に熱分解被覆した電極活性層は中間層と良好な密着
性を保つ。特にこの電極活性層は緻密な中間層上に形成
されるので、約500℃の高温で基体及び中間層の損傷
を来すことなく金属化合物が熱分解され、触媒活性が大
であり、かつ中間層と同様に硫酸系溶液に対する耐食性
に優れている。また中間層はプラズマ溶射によってミク
ロン単位の薄層が形成可能であり経済性に優れている。
【0028】以上の効果は中間層を本発明以外の方法に
より形成させた陽極に比べ特に顕著なことは上記実施
例,比較例によっても明らかである。このようにして本
発明によれば、硫酸系溶液中における電解に際して溶解
や脱落が少なく酸化イリジウム触媒の大部分を利用でき
る長寿命の酸素発生用陽極が得られる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チタン又はその合金よりなる導電性基体
    上に、金属タンタル及び/又はその合金の粉末を減圧下
    の非酸化性雰囲気中でプラズマ溶射を行うことにより金
    属タンタル及び/又はその合金を主成分とする中間層を
    設け、該中間層上にタンタル化合物及びイリジウム化合
    物を含む溶液を塗布し、酸化性雰囲気中で360〜55
    0℃に加熱することにより酸化イリジウムを20重量%
    以上含み残部が酸化タンタルよりなる電極活性層を設け
    ることを特徴とする酸素発生用陽極の製法。
  2. 【請求項2】 プラズマ溶射の真空度が15〜500T
    orrである請求項1記載の酸素発生用陽極の製法。
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