JPH05171499A - 不溶性陽極を用いた錫又は錫‐鉛合金電気めっきの方法及び装置 - Google Patents
不溶性陽極を用いた錫又は錫‐鉛合金電気めっきの方法及び装置Info
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- JPH05171499A JPH05171499A JP33891191A JP33891191A JPH05171499A JP H05171499 A JPH05171499 A JP H05171499A JP 33891191 A JP33891191 A JP 33891191A JP 33891191 A JP33891191 A JP 33891191A JP H05171499 A JPH05171499 A JP H05171499A
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Abstract
7/陽極室9/拡散透析膜14/拡散透析室15を設け
た金属補給槽を設置し、陰極室8と拡散透析室15には
有機スルホン酸だけの溶液を入れ、陽極室9にはめっき
液を入れると共に、陽極室9には金属錫又は金属錫−鉛
陽極を、陰極室8にはその対極を設置し、電極間に電圧
を印加し錫又は錫−鉛陽極を溶解せしめ錫又は鉛イオン
をめっき槽1に補給し、かつ拡散透析室15で回収した
有機スルホン酸を陰極室8に供給する。まためっき槽1
の升に金属補給槽2と有機スルホン酸回収槽2を設けて
金属補給と有機スルホン酸回収を別々の槽で行なう。 【効果】不足した金属(錫又は鉛)の補給をめっき槽1
の組成に影響を与えることなく容易に行なうことができ
る。
Description
錫又は錫‐鉛合金電気めっき方法及び同方法を実施する
ための装置に関する。
は錫‐鉛合金電気めっきを行なう場合、陰極に被めっき
物、陽極に金属錫あるいは金属錫‐鉛合金といった可溶
性陽極を使用し、この陽極からの溶解によりめっき液中
に金属を補給している。
は、生産性向上などの観点より、めっきの高速化等の技
術進歩が起こっており、これに伴い電気めっきにおける
陽極と、この対極である陰極との極間距離がより短くな
る傾向になってきている。このため前記可溶性陽極では
極板の形状が変化してしまうため対応しきれず、これに
代わり不溶性陽極たとえばチタン上に白金を施した電
極、カーボン電極、MO・Fe2O3のようなフェライ
ト電極の使用が増えつつある。そしてめっき液中への錫
及び鉛イオンの供給は頻繁な分析に基づき、例えば酸化
錫のような中性錫化合物等によって行なわれている。
は金属の補給方法である。このような場合の金属補給は
酸化錫のような中性錫化合物、例えば等軸晶系の黒色結
晶である酸化第1錫(SnO)がめっき皮膜への影響が
他の錫化合物より少ない点、めっき液に対する溶解性が
良好な点、あるいは取扱いが容易な点から使用されてい
る。しかし酸化第1錫で金属補給を行なう場合、次のよ
うな問題点が挙げられる。 (1) 酸化第1錫の価格が高く、これを錫イオンの供給
源とするめっき費用の増大を招く。 (2) 酸化第1錫を空気中で長期保存をすると、酸化反
応により酸化第2錫(SnO2)が生成されやすくな
り、これがめっき液中のスラッジ発生の原因となる。 (3) 酸化第1錫中に含まれている不純物のめっき液中
への混入がめっきに対して悪影響を及ぼす可能性があ
る。
かし安価でかつ操作の容易な可溶性陽極を用いた金属補
給の方法が必要となる。この方法は特開平2−7008
7号で示されており、陰イオン交換膜を使用し金属補給
槽の陰極室内に電気伝導性を持たせるために金属化合物
を構成している陰イオンを含む溶液を入れている。しか
しこの方法では、陰イオンが電気透析により陰イオン交
換膜を通り陽極室へ移動し、めっき液中の陰イオン濃度
が次第に上昇する。めっき液中の陰イオン濃度が通常の
使用濃度以上になると電流効率の低下などの悪影響が生
じ始めてくる。またこの陰極室内の陰イオンの陽極室へ
の移動によって、陰極室内の陰イオン濃度が次第に低下
し電気伝導性の保持が困難となる。
又は錫‐鉛合金電気めっき、特にアルカンスルホン酸、
アルカノールスルホン酸、芳香族スルホン酸から選ばれ
た有機スルホン酸の少なくとも1種を使用し、これら有
機スルホン酸の2価の錫塩または2価の錫塩及び鉛塩を
基本成分とするめっき液に関して酸化錫による補給では
なく、陰イオン交換膜と拡散透析膜を併用し錫又は錫‐
鉛合金の溶解によって錫又は鉛イオンの補給を行なう方
法を開発した。
意し、そこに金属錫又は金属錫‐鉛合金陽極及びその対
極となる陰極を設置し、電極間に電圧を印加することに
より、錫あるいは鉛が溶解する。しかしこのままでは対
極となっている陰極に錫又は錫‐鉛合金が析出してしま
う。そこで前記金属補給槽を陰イオン交換膜で陽極室と
陰極室とに仕切り、陽極室には金属錫又は金属錫‐鉛合
金を陽極とし、陰極室にはその対極となる陰極を設置す
れば電解により溶解した錫イオンあるいは鉛イオンは陰
イオン交換膜のために陰極室内へは移動せず陽極室内に
蓄積することになる。そしてめっき槽とこの金属補給槽
の陽極室とをポンプ又は他の手段により循環することに
より、めっき槽中のめっき液の錫または鉛は補給でき
る。この場合、前記金属補給槽の陽極室には前記めっき
槽内のめっき液と同一組成の液を入れておくが、陰極室
内には陰極に金属が析出せず、かつ電気伝導性を持たせ
るために有機スルホン酸のみの液を入れておく必要があ
る。
とした電解をすると前記金属補給槽において陰イオン交
換膜により錫イオンあるいは鉛イオンのような陽イオン
の陰極室への移動は起こらないが、逆に陰極室から陰イ
オンである有機スルホン酸イオンが陽極室へ電気透析に
より移動するという現象が起きてしまう。
く更に研究をすすめた結果、拡散透析膜を前記金属補給
槽内に設置することにより、金属補給槽内を、陰極室/
陰イオン交換膜/陽極室/拡散透析膜/拡散透析室に区
分し、拡散透析室には拡散液として有機スルホン酸のみ
の液を入れて電解することに着目した。そうすれば、そ
こでこの拡散透析室と有機スルホン酸イオン濃度の上昇
しためっき液の入った陽極室の間での有機スルホン酸イ
オンの濃度差が駆動力となり、めっき液中の有機スルホ
ン酸イオンは、拡散透析室へと拡散透析による移動が起
こること、そして金属補給槽の拡散透析室と陰極室とを
循環させることにより、有機スルホン酸イオンは陰極室
へと供給することが可能となり有機スルホン酸イオン濃
度は常に一定に保つことができ、管理が容易になること
が見出されたのである。
ルホン酸と、その2価の錫塩又は2価の錫塩及び鉛塩を
基本成分とするめっき液の入った槽内に不溶性陽極及び
その対極となる陰極を被めっき物として設置し、電極間
に電圧を印加することにより、被めっき物表面に錫又は
錫‐鉛合金めっき皮膜を形成させる方法において、前記
めっき槽とは別に陰極室/陰イオン交換膜/陽極室/拡
散透析膜/拡散透析室をもうけた金属補給槽を設置し、
陰極室と拡散透過析室には有機スルホン酸だけの溶液を
入れ、陽極室には前記めっき液を入れると共に、陽極室
には金属錫又は金属錫‐鉛陽極を陰極室にはその対極を
設置し、電極間に電圧を印加し錫又は錫‐鉛陽極を溶解
せしめ錫又は鉛イオンを前記めっき槽に補給し、かつ拡
散透析室で回収した有機スルホン酸を前記陰極室に供給
することを特徴とする錫又は錫‐鉛合金電気めっき方法
を提供するものである。
イオン交換膜を一つの槽即ち金属補給槽に設けて実施さ
れたが、これらを別の槽に設置して行なうこともでき、
かくて本発明はまた、めっき槽の外に陰イオン交換膜を
備えた金属補給槽と拡散透析用イオン交換膜を備えた有
機スルホン酸回収槽を設けて実施する方法を提供するも
のである。
に用いられる装置を提供するものである。
に説明する。
塩又は2価の錫塩及び鉛塩を基本成分とするめっき液を
用いる。有機スルホン酸としては前述のようにアルカン
スルホン酸、アルカノールスルホン酸、芳香族スルホン
酸の少なくとも一種が用いられる。アルカンスルホン酸
としては、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、プロ
パンスルホン酸、2‐プロパンスルホン酸、ブタンスル
ホン酸、2‐ブタンスルホン酸、ペンタンスルホン酸、
ヘキサンスルホン酸などが用いられる。この中ではメタ
ンスルホン酸が好んで用いられる。
‐ヒドロキシエチル‐1‐スルホン酸、2‐ヒドロキシ
プロピル‐1‐スルホン酸、3‐ヒドロキシプロピル‐
1‐スルホン酸、2‐ヒドロキシブチル‐1‐スルホン
酸、4‐ヒドロキシペンチル‐1‐スルホン酸、2‐ヒ
ドロキシヘキシル‐1‐スルホン酸などが例示される。
スルホン酸、4‐ヒドロキシベンゼンスルホン酸(P‐
フェノールスルホン酸)、4‐カルボキシベンゼンスル
ホン酸などが例示される。この他、2,5‐ジヒドロキ
シ‐1,4‐ベンゼンジスルホン酸、4,5‐ジヒドロ
キシ‐1,3‐ベンゼンジスルホン酸等の芳香族ジスル
ホン酸も例示することができる。
スズ塩と鉛塩が用いられる。上記有機スルホン酸と金属
塩としての有機スルホン酸のスズ塩と鉛塩では互いに同
じ有機スルホン酸を用いる。
沈殿防止、析出膜厚の増大、析出ムラの防止等に有効で
ある。その添加量は通常5〜300g/lの範囲であ
り、その中50〜200g/lの範囲が好ましい。一方
有機スルホン酸のスズ塩及び鉛塩の添加量はいずれも通
常5〜200g/lの範囲であり、その中30〜100
g/lの範囲が好ましい。本発明では特にSn60%、
Pb40%又はそれに近い比率を有するスズ‐鉛合金皮
膜が望ましく、従って有機スルホン酸のスズ塩及び鉛塩
は互いにそれに相当する比率で添加される。しかし必要
により他の比率を有するスズ‐鉛合金皮膜が望まれる場
合にも本発明は有効であり、その場合はそれに相当する
量比でスズ塩と鉛塩が用いられる。
ホン酸の2価のスズ塩と鉛塩の外に界面活性剤、酸化防
止剤等の各種添加剤を加えることができる。
装置の一実施例の概略が示されている。この錫あるいは
錫‐鉛合金電気めっき装置は、めっき槽1と、金属補給
及び有機スルホン酸回収を兼ね備えた槽2より構成され
ている。めっき槽1には上記の如きめっき液3が入って
おり、めっき液3中に不溶性陽極4及びその対極となる
陰極には被めっき物5が設置されている。不溶性陽極4
と陰極の被めっき物5とは直流電源6により電気的に接
続されている。この電極間に電圧を印加することによ
り、被めっき物5では、 Sn2+ + 2e- → Snあるいは Pb2+ + 2e- → Pb の反応により錫あるいは錫‐鉛合金が析出し、また不溶
性陽極4では、 H2O+2(R−SO3 - )→1/2(O2)↑ +2(R−SO3H)+2e- (R:アルキル基) の反応により酸素ガスが発生する。
4より陰極室8/陰イオン交換膜7/陽極室9/拡散透
析膜14/拡散透析室15に区分される。陰極室8には
有機スルホン酸のみの液を入れ、その液の中に陰極10
を設置する。また陽極室9はめっき槽1と配管12,1
3によりめっき液3が循環されており、このめっき液中
に陽極として金属錫あるいは金属錫‐鉛合金11が設置
されている。陰極10と金属錫あるいは金属錫‐鉛合金
11とは直流電源6により電気的に接続されており、こ
の電極間に電圧を印加することにより、陽極である金属
錫あるいは金属錫‐鉛合金11では、 Sn → Sn2+ + 2e- あるいは Pb → Pb2+ + 2e- の反応により錫あるいは鉛が金属イオンとして溶解され
る。また通常であればその対極である陰極10に錫ある
いは錫‐鉛合金が析出するが、この電極の間を陰イオン
交換膜7で仕切っているため、陽イオンである金属イオ
ン(Sn2+、Sn4+、Pb2+)は陰極室8には移動でき
ず、陽極室9内に蓄積する。めっき槽1と陽極室9は配
管12及び13により循環されているので、めっき槽1
で電気めっきによって消費された錫イオンあるいは鉛イ
オンは陽極室9より補給される。また陰極室8の陰極1
0では、 2H+ + 2e- → H2↑ の反応により水素ガスが発生する。
の陰イオンである有機スルホン酸イオンが陰イオン交換
膜7を通過し陽極室9へ移動してしまうため、この移動
により濃度が上昇した有機スルホン酸イオンを回収し、
再びこれを陰極室8へ補給をする必要がある。
有機スルホン酸のみの液を予め入れておく。そして拡散
透析室15と、陰極室8からの電気透析により有機スル
ホン酸イオン濃度が上昇しためっき液の入った陽極室9
の間で有機スルホン酸イオン濃度の濃度差が起こり、こ
れが駆動力となり有機スルホン酸は拡散透析室15へ拡
散透析により移動する。槽2の陽極室9はめっき槽1と
配管12及び13よりめっき液3が循環されているた
め、めっき液3中の有機スルホン酸イオン濃度を一定に
管理することが出来る。また槽2の陰極室8と拡散透析
室15は配管16及び17により循環されているので、
陰極室8の有機スルホン酸イオン濃度を一定に管理する
ことが出来る。
るいは配管16,17による有機スルホン酸溶液を循環
させる手段は、オーバーフローやポンプなどを使用して
いるがその手段は特に限定せず循環されていれば良い。
流電源によって直列に電気回路を形成しているが、これ
は特に限定せず別々に直流電源をとってそれぞれに電気
回路を形成しても良い。
ているもので、耐酸性、耐熱性、耐有機汚染性のものが
好ましく、例えばネオセプタACMやネオセプタAMH
(徳山曹達株式会社の商品名)などが使用される。
ン交換膜で、耐酸性、耐熱性、耐有機汚染性のものが好
ましく、例えばネオセプタAFX(徳山曹達株式会社の
商品名)などが用いられる。
析膜が一つの槽内に設置されている。しかしこれらは特
に限定せず、金属補給と有機スルホン酸回収を別々の槽
で行なってもよい。
酸回収を別々の槽で行なう例を示すものであって、めっ
き槽1の外に陰イオン交換膜7を備えた金属補給槽18
と拡散透析用陰イオン交換膜14を備えた拡散透析槽
(有機スルホン酸回収槽)19を有する。金属補給槽1
8はイオン交換膜7により陰極10を備えた陰極室8と
陽極11を備えた陽極室9に分れている。陽極11とし
ては金属錫あるいは金属錫‐鉛合金が用いられる。一方
拡散透析槽19では拡散透析膜14によって拡散透析室
15とめっき液循環室20に分れている。
拡散透析槽19のめっき液循環室20は配管12,21
と22によってめっき液3が循環されるようになってい
る。又金属補給槽18の陰極室8と拡散透析槽19の拡
散透析室15は配管16と17によって有機スルホン酸
が循環している。
述の如きめっき液3を入れ、金属補給槽18の陰極室に
有機スルホン酸のみの液を入れて、陽極には金属錫又は
金属錫‐鉛合金を用い、陰極にはステンレス鋼などのそ
の対極を設置した後両極間に電圧を印加するときは金属
補給槽の陽極は溶解して錫イオン又は鉛イオンを生じこ
れは配管12によってめっき槽1に送られてめっき液中
に補給される。
有機スルホン酸イオンは陰イオン交換膜7を通して陽極
室9に移動し配管12、めっき槽1、配管21を経て拡
散透析室19の循環室20に至り更に拡散透析膜14を
介して拡散透析室15で回収し、再び上記陰極室8へ供
給されるのである。
電気めっき方法は、金属濃度が減少しためっき液への錫
イオン又は鉛イオンの補給を、めっき槽とは別の槽で金
属錫又は金属錫‐鉛合金陽極とその対極である陰極との
間で電圧を印加し錫又は鉛を溶解させると共にめっき液
中からの有機スルホン酸イオンの回収も拡散透析膜を備
えた槽を使用し拡散透析により行なうことが出来る。よ
って金属濃度や有機スルホン酸イオン濃度の管理が容易
になり、めっき液を交換したり、別途に金属を補給する
ことなく連続的にめっきを行なうことができる。また4
価の錫イオンの発生も少なく、しかも高能率で電気めっ
きが行なえるためコストも低く抑えることができる。
めっきを行なった。 (1) 錫めっき液組成 第1錫イオン(メタンスルホン酸第1錫として添加) 60g/L メタンスルホン酸 120g/L 添加剤 適 量 (上記添加剤にはポリオキシエチレングリコール系の界
面活性剤と酸化防止効果のあるヒドロキシベンゼンを含
む。) (2) 錫めっき条件 電流…10A 陰極電流密度…3A/dm2 陽極…チタン上に白金を施した不溶性陽極 陰極…銅板 (3) 金属錫陽極溶解条件 電流…10A 陽極電流密度…3A/dm2 陽極…金属錫陽極 陰極…ステンレス鋼板(SUS316) 図1のめっき槽1と槽2の陽極室9には、前記組成の錫
めっき液が入れてあり配管12と13により循環されて
いる。また槽2の陰極室8と拡散透析室15には150
g/Lのメタンスルホン酸溶液が入れてあり配管16と
17により循環されている。液温は全て30℃一定と
し、電解時間は5時間で行なった。
山曹達株式会社の商品名、有効面積4dm2)を、拡散
透析膜はイオン交換膜であるネオセプタAFX(徳山曹
達株式会社の商品名、有効面積5dm2)を使用した
が、これらに限られるものではない。
S316)を使用したが、これに限られるものではな
い。
1に示した。 〔実施例2〕次に図1の装置を用いて、下記の組成で錫
‐鉛合金電気めっきを行なった。
面活性剤と酸化防止効果のあるヒドロキシベンゼンを含
む。) 槽2内の陽極11は金属錫‐鉛合金陽極を用い、他は実
施例1と同条件で5時間電解を行なった。
2に示した。 〔実施例3〕次に図1の装置を用いて、下記の組成で錫
‐鉛合金電気めっきを行なった。
面活性剤と酸化防止効果のあるヒドキシベンゼンを含
む。)槽2内の陽極12は金属錫‐鉛合金陽極を用い、
他は実施例1と同条件で5時間電解を行なった。
3に示した。 〔実施例4〕次に図2の装置を用いて、下記の組成で錫
‐鉛合金電気めっきを行なった。
面活性剤と酸化防止効果のあるヒドロキシベンゼンを含
む。) 図2から明らかなように、めっき槽1、金属補給槽18
の陽極室9及び拡散透析槽19の室20は配管12,2
1及び22によって上記組成の錫‐鉛合金めっき液が循
環されている。また金属補給槽18の陰極室8と有機ス
ルホン酸回収槽19の拡散透析室15は配管16と17
によって有機スルホン酸溶液が循環している。陽極11
は金属錫‐鉛合金陽極を用い、他は実施例1と同条件で
5時間電解を行なった。この実施例4のめっき液の組成
の変動を表4に示した。
っき方法は、以上のように、不足した金属補給をめっき
液の組成に影響を与えること無く、容易に、かつ安価に
行なうことが出来る。
き装置は、上記の如き本発明の方法を実施するにあた
り、連続的にかつ容易に全体の管理が出来る。
Claims (6)
- 【請求項1】有機スルホン酸と、その2価の錫塩又は2
価の錫塩及び鉛塩を基本成分とするめっき液の入った槽
内に不溶性陽極及びその対極となる陰極を被めっき物と
して設置し、電極間に電圧を印加することにより、被め
っき物表面に錫又は錫‐鉛合金めっき皮膜を形成させる
方法において、前記めっき槽とは別に陰極室/陰イオン
交換膜/陽極室/拡散透析膜/拡散透析室をもうけた金
属補給槽を設置し、陰極室と拡散透過析室には有機スル
ホン酸だけの溶液を入れ、陽極室には前記めっき液を入
れると共に、陽極室には金属錫又は金属錫‐鉛陽極を陰
極室にはその対極を設置し、電極間に電圧を印加し錫又
は錫‐鉛陽極を溶解せしめ錫又は鉛イオンを前記めっき
槽に補給し、かつ拡散透析室で回収した有機スルホン酸
を前記陰極室に供給することを特徴とする錫又は錫‐鉛
合金電気めっき方法。 - 【請求項2】金属補給槽において陰極室から陰イオン交
換膜を通し陽極室に移動した有機スルホン酸イオンを拡
散透析膜を介して拡散透析室で回収し、再び前記陰極室
に供給するようにしたことを特徴とする請求項1記載の
方法。 - 【請求項3】不溶性陽極とその対極となり被めっき物た
る陰極を有するめっき槽と、陰極室/陰イオン交換膜/
陽極室/拡散透析膜/拡散透析室を順に設け、前記陽極
室には金属錫又は金属錫‐鉛合金陽極、陰極室にはその
対極を設置した金属補給槽と、該金属補給槽の陽極室と
めっき槽の間にめっき液を循環させる装置と、前記金属
補給槽の陰極室と拡散透析室の間に有機スルホン酸液を
循環させる装置とを有し、連続的に金属とスルホン酸を
供給するようにしたことを特徴とする錫又は錫‐鉛合金
電気めっき装置。 - 【請求項4】有機スルホン酸とその2価の錫塩又は2価
の錫塩及び鉛塩を基本成分とするめっき液を入れた槽内
に不溶性陽極及びその対極を被めっき物として設置し電
圧を印加することにより、被めっき物表面に錫又は錫‐
鉛合金めっき皮膜を形成させる方法において、前記めっ
き槽とは別に陰イオン交換膜により陽極室と陰極室に区
分された金属補給槽と、前記めっき槽及び金属補給槽と
は別に拡散透析膜によってめっき液循環室と拡散透析室
に区別された有機スルホン酸回収槽を設置し、陰極室と
拡散透析室には有機スルホン酸のみの溶液を入れ陽極室
には前記めっき液を入れると共に、前記金属補給槽の陽
極室には金属錫又は金属錫‐鉛陽極板を陰極室にはその
対極を設置し電極間を印加し錫又は錫‐鉛陽極を溶解せ
しめ、錫又は鉛イオンを前記めっき槽に補給し、かつ前
記有機スルホン酸回収槽で得られた有機スルホン酸を金
属補給槽の陰極室に供給することを特徴とする錫又は錫
‐鉛合金電気めっき方法。 - 【請求項5】前記金属補給槽において陰極室から陰イオ
ン交換膜を通して陽極室に移動した有機スルホン酸イオ
ンをめっき槽を経て有機スルホン酸回収槽のめっき液循
環室から拡散透析膜を介し拡散透析室で回収し、再び前
記陰極室に供給するようにしたことを特徴とする請求項
4記載の錫又は錫‐鉛合金電気めっき方法。 - 【請求項6】不溶性陽極とその対極であり被めっき物た
る陰極を有するめっき槽と、陰イオン交換膜により陽極
室と陰極室に区分された金属補給槽と、拡散透析膜によ
ってめっき液循環室と拡散透析室に区分された有機スル
ホン酸回収槽を有し、更に前記めっき槽と前記スルホン
酸回収槽のめっき液循環室と金属補給槽の陽極室の間
に、めっき液を循環させる装置と、前記有機スルホン酸
回収槽の拡散透析室と金属補給槽の陰極室の間に有機ス
ルホン酸を循環させる装置を有し、連続的に金属及び有
機スルホン酸を供給するようにしたことを特徴とする、
錫又は錫‐鉛合金電気めっき装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3338911A JP2559935B2 (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | 不溶性陽極を用いた錫又は錫ー鉛合金電気めっきの方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05171499A true JPH05171499A (ja) | 1993-07-09 |
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ID=18322503
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