JPH06248484A - Electrode and its production - Google Patents

Electrode and its production

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JPH06248484A
JPH06248484A JP5251471A JP25147193A JPH06248484A JP H06248484 A JPH06248484 A JP H06248484A JP 5251471 A JP5251471 A JP 5251471A JP 25147193 A JP25147193 A JP 25147193A JP H06248484 A JPH06248484 A JP H06248484A
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JP
Japan
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layer
nitrogen
electrode
alloy
metal
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Application number
JP5251471A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshio Horie
俊男 堀江
Koichi Ashizawa
公一 芦澤
Hitoshi Kato
人士 加藤
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Publication date
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  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide the electrode for electrolysis industry having a long service life. CONSTITUTION:This electrode is constituted by subjecting the surface of a base material consisting of a metal simple substance or alloy to a nitriding treatment, thereby forming a nitride later of the metal simple substance or alloy in the extreme surface layer part or a nitrogenous layer essentially consisting of a nitrogen diffused layer in the lower part thereof. The nitrogenous layer is then exposed by removing the nitride layer of the extreme surface layer part and thereafter, a catalyst layer consisting of the oxide of platinum group metals is formed on the surface of the nitrogenous layer, by which the electrode is produced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は電極に関し、更に詳しく
は、食塩水電解,水電解,めっき,電解精錬,有機物電
解合成,陰極防食などの電解工業で陽極として用いたと
きに、優れた耐久性を発揮する電極に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrode, and more specifically, it has excellent durability when used as an anode in the electrolytic industry such as salt solution electrolysis, water electrolysis, plating, electrolytic refining, organic electrolytic synthesis and cathodic protection. The present invention relates to an electrode that exhibits excellent properties.

【0002】[0002]

【従来の技術】電解工業においては、使用電力量の節減
が最も重要な課題として追及されているが、その一環と
して、最も低い電圧印加でも電極表面における反応を効
率よく進めることができる電極の開発が進められてい
る。例えば、食塩水電解の分野では、その陽極として、
金属Tiまたはその合金の基材の表面を導電性の酸化ル
テニウムが主成分である層で被覆した電極が用いられて
いる。また、Cu,Znなどの電析における酸素発生を
伴う陽極としては、例えば金属Ti板の表面を導電性の
酸化イリジウムが主成分である層で被覆した電極が用い
られている。
2. Description of the Related Art In the electrolysis industry, saving the amount of electric power used has been pursued as the most important issue. As part of this, the development of an electrode capable of efficiently promoting the reaction on the electrode surface even with the application of the lowest voltage. Is being promoted. For example, in the field of saline electrolysis, as the anode,
An electrode is used in which the surface of a base material of metal Ti or its alloy is covered with a layer containing conductive ruthenium oxide as a main component. Further, as an anode accompanied by generation of oxygen in the electrodeposition of Cu, Zn, etc., for example, an electrode in which the surface of a metal Ti plate is covered with a layer containing conductive iridium oxide as a main component is used.

【0003】このような構造の電極を用いると、上記し
た酸化ルテニウムや酸化イリジウムなどの金属酸化物層
が、導電性の触媒層として機能することにより、陽極反
応が促進され、過電圧が低くなる。そのため、電極反応
が円滑に進行して使用する電力エネルギーの節約を実現
することができる。この場合、基材の表面が触媒層で被
覆されている電極の活性を高め、かつ、電極表面におけ
る触媒層の表面を比較的多孔質状態にしてその比表面積
を増加させることが好適であるとされている。
When the electrode having such a structure is used, the above-mentioned metal oxide layer of ruthenium oxide, iridium oxide or the like functions as a conductive catalyst layer, whereby the anodic reaction is promoted and the overvoltage is lowered. Therefore, the electrode reaction can proceed smoothly and the electric power energy used can be saved. In this case, it is preferable to increase the activity of the electrode whose surface is coated with the catalyst layer and to increase the specific surface area of the electrode surface by making the surface of the catalyst layer relatively porous. Has been done.

【0004】このような触媒層は、通常、上記したRu
やIrのような白金族元素の化合物例えば塩化物をブチ
ルアルコールのような溶媒に溶解して成る溶液を基材の
表面に塗布したのち、含酸素雰囲気中で加熱分解してそ
れら金属の酸化物の層にするという方法で形成されてい
る。
Such a catalyst layer is usually made of Ru described above.
A compound of a platinum group element such as Cr and Ir, for example, a solution obtained by dissolving a chloride in a solvent such as butyl alcohol is applied to the surface of the base material, and then thermally decomposed in an oxygen-containing atmosphere to oxide the metal. It is formed by a method of forming a layer.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、触媒層の比
表面積が大きい電極を用いて水溶液中で所定の電解操作
を進めると、触媒層が基材表面に存在しているにもかか
わらず、比較的短時間で電解電圧が急上昇することがあ
る。とくに電解液が酸性の場合や有機電解質を含む電解
液の場合に上記した現象は顕著に発生する。そして一般
に、このような現象が発生した時点で電極の使用寿命は
尽きたものと判定されている。
By the way, when a predetermined electrolysis operation is carried out in an aqueous solution using an electrode having a large specific surface area of a catalyst layer, a comparison is made even though the catalyst layer is present on the surface of the base material. The electrolysis voltage may rise rapidly in a very short time. In particular, when the electrolytic solution is acidic or when the electrolytic solution contains an organic electrolyte, the above-mentioned phenomenon remarkably occurs. It is generally determined that the service life of the electrode is exhausted at the time when such a phenomenon occurs.

【0006】上記した現象は、電極の動作過程で、強酸
性の電解液や有機物のような被酸化物が触媒層の中に侵
入して基材の表面にまで至り、基材の表面を侵食するこ
とにより触媒層と基材との密着性を弱めて触媒層の剥落
を招き、また全体として触媒層の触媒活性を低下させた
り、または、侵入した酸化性成分によって基材表面が酸
化され、触媒層と基材との界面に高電気抵抗の酸化皮膜
が形成されて、結局は、電解電圧が上昇してしまうため
であると考えられている。
[0006] The above-mentioned phenomenon is that during operation of the electrode, an oxide such as a strongly acidic electrolytic solution or an organic substance penetrates into the catalyst layer and reaches the surface of the base material to corrode the surface of the base material. By doing so, the adhesion between the catalyst layer and the base material is weakened and the catalyst layer is peeled off, or the catalytic activity of the catalyst layer as a whole is reduced, or the base material surface is oxidized by the invading oxidizing component, It is considered that an oxide film having a high electric resistance is formed on the interface between the catalyst layer and the base material, and eventually the electrolysis voltage increases.

【0007】したがって、仮に使用初期の段階では優れ
た触媒恬性を示していた電極であったとしても、適用す
る電解条件によっては上記した現象が起こり、その寿命
が短くなることがある。このような問題に対しては、触
媒層の形成に先立ち、窒化物の薄層を中間層として形成
することが提案されている。
Therefore, even if the electrode had excellent catalytic properties at the initial stage of use, the above phenomenon may occur depending on the electrolysis conditions to be applied, and the life thereof may be shortened. To solve such a problem, it has been proposed to form a thin layer of nitride as an intermediate layer before forming the catalyst layer.

【0008】この窒化物層は耐食性が優れているもの
の、通常、微小孔から成る欠陥が存在するため電解液が
浸透し、基材表面との密着性を弱めるため、基材表面か
らの窒化物層の剥落が起こりやすく、その剥落に伴って
触媒層も剥落してしまうという問題が起こりやすい。本
発明は、触媒層で被覆された従来の電極における上記し
た問題を解決し、使用寿命が長く耐久性に優れた新規な
電極とその製造方法の提供を目的とする。
Although this nitride layer has excellent corrosion resistance, it usually has defects consisting of micropores, so that the electrolytic solution penetrates and weakens the adhesion to the surface of the base material. The layer is liable to be peeled off, and the catalyst layer is liable to be peeled off. It is an object of the present invention to provide a novel electrode having a long service life and excellent durability, and a method for producing the same, which solves the above-mentioned problems in the conventional electrode coated with a catalyst layer.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、金属単体または合金とその
表面に形成されている前記金属単体または合金の含窒素
層とを有する基材、および、前記基材の含窒素層を被覆
して形成された白金族金属の酸化物から成る触媒層とを
備えていることを特徴とする電極が提供され、また、金
属単体または合金から成る基材の表面に窒化処理を施す
ことにより、最表層部には前記金属単体または合金の窒
化物層を形成し、またその下部には前記金属単体または
合金への窒素拡散が主体となった含窒素層を形成し、つ
いで、前記最表層部の窒化物層を除去して前記含窒素層
を表出させたのち、前記含窒素層の表面に、白金族金属
の酸化物から成る触媒層を形成することを特徴とする電
極の製造方法が提供される。
In order to achieve the above object, in the present invention, a substrate having a metal simple substance or alloy and a nitrogen-containing layer of the metal simple substance or alloy formed on the surface thereof, And a catalyst layer made of a platinum group metal oxide formed by coating the nitrogen-containing layer of the base material, and a substrate made of a simple metal or an alloy. By subjecting the surface of the material to a nitriding treatment, a nitride layer of the elemental metal or alloy is formed in the outermost layer portion, and a nitrogen-containing layer mainly composed of the diffusion of nitrogen into the elemental metal or alloy is formed under the layer. After forming a layer, and then removing the nitride layer of the outermost surface layer to expose the nitrogen-containing layer, a catalyst layer made of a platinum group metal oxide is formed on the surface of the nitrogen-containing layer. An electrode manufacturing method characterized by It is.

【0010】本発明の電極において、基材に用いる材料
としては、例えば、周期率表IVa族に属するTi,Z
r,Hfもしくはそれらを主成分とする合金;周期率表
Va族に属するV,Nb,Taもしくはそれらを主成分
とする合金;周期率表VIa族に属するCr,Mo,Wも
しくはそれらを主成分とする合金;周期率表VIIa族に
属するMn,Tc,Reもしくはそれらを主成分とする
合金;周期率表VIII族に属する金属のうち、Fe,C
o,Niもしくはそれらを主成分とする合金;をあげる
ことができる。
In the electrode of the present invention, the material used for the base material is, for example, Ti or Z belonging to Group IVa of the periodic table.
r, Hf or an alloy containing them as a main component; V, Nb, Ta belonging to the group Va of the periodic table or an alloy containing them as a main component; Cr, Mo, W belonging to the group VIa of the periodic table or their main components An alloy containing; Mn, Tc, Re belonging to Group VIIa of the periodic table or an alloy containing them as a main component; Fe and C among metals belonging to Group VIII of the periodic table
o, Ni or an alloy containing them as the main component;

【0011】これらのうち、例えば、Ti,Zrなどの
IVa族(Ti族)もしくはFe,Co,NiなどのFe
族の金属単体またはそれらを主成分とする合金が好まし
く、とくに、Ti,ZrやCr鋼などは好適である。こ
の基材の表面に窒化処理が施される。まず、窒化処理を
行うに先立ち、基材表面が5〜20μm程度に粗面化さ
れる。基材表面を粗面化しておくと、その後に触媒層を
形成したときに、基材と触媒層との密着性を高めること
ができるからである。
Of these, for example, IVa group (Ti group) such as Ti and Zr or Fe such as Fe, Co and Ni
Group simple metals or alloys containing them as a main component are preferable, and Ti, Zr and Cr steels are particularly preferable. The surface of this base material is subjected to a nitriding treatment. First, before performing the nitriding treatment, the surface of the base material is roughened to about 5 to 20 μm. This is because if the surface of the base material is roughened, the adhesion between the base material and the catalyst layer can be enhanced when the catalyst layer is subsequently formed.

【0012】この場合、基材の表面を粗面化する方法と
しては、例えば、濃度5〜40重量%で温度50〜10
0℃のしゅう酸溶液に1〜8時間程度基材を浸漬する方
法や、例えば濃度5〜50%硫酸水溶液に基材を浸漬
し、5〜30A/dm2 程度の電流密度で1〜10分問程
度エッチングする方法などを採用することができる。窒
化処理の方法としては、例えば、イオン窒化法,ガス窒
化法,塩浴窒化法などを行うことができるが、気体窒素
を用いるイオン窒化法,ガス窒化法であることが好まし
い。
In this case, as a method for roughening the surface of the substrate, for example, a concentration of 5 to 40% by weight and a temperature of 50 to 10 are used.
A method of immersing the base material in an oxalic acid solution at 0 ° C. for about 1 to 8 hours, or for example, immersing the base material in a sulfuric acid aqueous solution having a concentration of 5 to 50% and a current density of about 5 to 30 A / dm 2 for 1 to 10 minutes It is possible to adopt a method of etching to a certain degree. As the nitriding method, for example, an ion nitriding method, a gas nitriding method, a salt bath nitriding method, or the like can be performed, and an ion nitriding method using gas nitrogen or a gas nitriding method is preferable.

【0013】この窒化処理により、基材の最表層部の構
成金属または合金と窒素との反応は略化学量論的に進行
するため、基材の最表層部は、その金属または合金と窒
素との窒化物に転化する。そして、この窒化物層の下部
においては、若干の窒化反応も生起するが、主要には窒
素の拡散が進行する。したがって、窒化物の層である最
表層部の下部においては、窒化反応によって生成した若
干の窒化物と拡散窒素が混在する含窒素層となってい
て、その組成は非化学量論比の組成である。そして、最
表層部側ぼど窒素濃度が高く、基材の中心側ほど窒素濃
度は低い窒素拡散層になっている。
By this nitriding treatment, the reaction between the constituent metal or alloy of the outermost surface layer of the base material and nitrogen proceeds in a substantially stoichiometric manner, so that the outermost surface layer portion of the base material contains the metal or alloy and nitrogen. Convert to nitride. Then, in the lower part of this nitride layer, although a slight nitriding reaction also occurs, the diffusion of nitrogen mainly progresses. Therefore, in the lower part of the outermost layer, which is a layer of nitride, there is a nitrogen-containing layer in which a small amount of nitride produced by the nitriding reaction and diffused nitrogen are mixed, and the composition is a non-stoichiometric composition. is there. Further, the nitrogen diffusion layer has a high nitrogen concentration on the outermost layer side and a lower nitrogen concentration on the center side of the base material.

【0014】本発明においては、つぎに、上記窒化処理
によって形成された最表層部の窒化物層を除去して、上
記した含窒素層を基材表面に表出させる。このことによ
って、電解液が浸透しやすく、その結果、基材表面から
剥落してしまう窒化物層が予め除去され、緻密で耐食性
のよい含窒素層が基材の表層になるため、その結果とし
て、基材からの触媒層の剥離を防止することができる。
In the present invention, next, the nitride layer of the outermost surface layer formed by the above nitriding treatment is removed to expose the above nitrogen-containing layer on the surface of the substrate. As a result, the electrolytic solution easily permeates, and as a result, the nitride layer that peels off from the substrate surface is removed in advance, and the dense and corrosion-resistant nitrogen-containing layer becomes the surface layer of the substrate. The peeling of the catalyst layer from the base material can be prevented.

【0015】この最表層部の除去方法としては、化学的
手段と機械的手段を適用することができる。化学的手段
としては、例えば、熱硫酸のような無機酸に基材を浸漬
しまたは電解して窒化物層を溶解除去する方法があり、
また、機械的手段としては、例えば、SiO2 粒などを
用いたサンドブラストを適用することができる。
As a method of removing the outermost surface layer, chemical means and mechanical means can be applied. As the chemical means, for example, there is a method of immersing the base material in an inorganic acid such as hot sulfuric acid or electrolyzing to dissolve and remove the nitride layer,
As the mechanical means, for example, sandblasting using SiO 2 particles or the like can be applied.

【0016】このようにして表出された含窒素層の表面
が、つぎに、触媒層で被覆される。触媒層の形成に用い
る金属としては、少なくともその金属酸化物が目的とす
る電極反応に対応した触媒活性を発揮する酸化物を構成
する金属が適宜に選択され、例えば、Ru,Rh,P
d,Os,Ir,Ptなどの白金族元素またはそれらの
合金をあげることができる。
The surface of the nitrogen-containing layer thus exposed is then covered with a catalyst layer. As the metal used for forming the catalyst layer, at least a metal that forms an oxide exhibiting catalytic activity corresponding to an intended electrode reaction is appropriately selected. For example, Ru, Rh, P
Platinum group elements such as d, Os, Ir and Pt or alloys thereof can be mentioned.

【0017】例えば、食塩水電解のように塩素発生が起
こる反応に用いる電極の場合には、触媒層としてはRu
の酸化物またはPdの酸化物が好適であり、まためっき
や金属精錬のように酸素発生が起こる反応に用いる電極
の場合には、Irの酸化物であることが好ましい。触媒
層の金属酸化物としては上記した金属の酸化物がそれぞ
れ単独であってもよいし、それらまたは他の金属酸化物
との混合物であってもよい。混合物で用いる場合には、
酸化ルテニウムまたは酸化イリジウムの混合比率が50
重量%以上であるものが好ましい。
For example, in the case of an electrode used for a reaction in which chlorine is generated, such as saline electrolysis, the catalyst layer is Ru.
Is preferable, and in the case of an electrode used for a reaction in which oxygen generation occurs such as plating or metal refining, Ir oxide is preferable. As the metal oxide of the catalyst layer, each of the above-mentioned metal oxides may be used alone, or may be a mixture thereof or with another metal oxide. When used in a mixture,
The mixing ratio of ruthenium oxide or iridium oxide is 50
It is preferable that the content is at least wt%.

【0018】また、触媒層の形成には、例えば所定の金
属塩を適宜な溶媒に溶解して成る溶液や、所定金属の有
機化合物を適宜な溶媒に溶解して成る溶液を上記含窒素
層の表面に塗布し、ついで含酸素雰囲気中で加熱して上
記金属塩や有機化合物を熱分解して酸化物に転化するこ
とを反復して所望の厚みにする方法;また、所望の金属
または金属酸化物をターゲットにしたPVD法,CVD
法によって含窒素層の表面に直接触媒層を形成する方法
などが適用される。
To form the catalyst layer, for example, a solution prepared by dissolving a predetermined metal salt in a suitable solvent or a solution prepared by dissolving an organic compound of the predetermined metal in a suitable solvent is used for the nitrogen-containing layer. A method of repeatedly applying the composition to the surface and then heating it in an oxygen-containing atmosphere to thermally decompose the metal salt or organic compound and convert it into an oxide to obtain a desired thickness; PVD method for targeting objects, CVD
For example, a method of directly forming a catalyst layer on the surface of the nitrogen-containing layer by a method is applied.

【0019】[0019]

【発明の実施例】Examples of the invention

実施例1 長さ200mm,幅20mm,厚み2mmの第2種Ti板をア
セトンで脱脂洗浄したのち乾燥した。ついでこのTi板
を、濃度10重量%のしゅう酸液(液温90℃)に5時
間浸漬して粗面化処理を施したのち水洗,乾燥した。
Example 1 A type II Ti plate having a length of 200 mm, a width of 20 mm and a thickness of 2 mm was degreased and washed with acetone and then dried. Then, this Ti plate was immersed in an oxalic acid solution having a concentration of 10% by weight (solution temperature 90 ° C.) for 5 hours for roughening treatment, washed with water and dried.

【0020】このTi板をイオン窒化装置にセットして
陰極とし、装置内を1×10-3Torrまで排気したのち高
純度N2 ガスを3Torrのガス圧となるように導入し、約
350Vの直流電圧を印加してグロー放電させ、Ti板
を800〜850℃の温度に1.5時間保持してイオン窒
化処理を行った。Ti板の表面は主として窒化チタンか
ら成る窒化物層の存在を示す金色になった。
This Ti plate was set in an ion nitriding apparatus as a cathode, the inside of the apparatus was evacuated to 1 × 10 -3 Torr, and high-purity N 2 gas was introduced so as to have a gas pressure of 3 Torr. A DC voltage was applied to cause glow discharge, and the Ti plate was held at a temperature of 800 to 850 ° C. for 1.5 hours for ion nitriding treatment. The surface of the Ti plate became golden indicating the presence of a nitride layer consisting primarily of titanium nitride.

【0021】ついで、このTi板を液温100℃,濃度
1モル/リットルの硫酸溶液2リットルに5時間浸漬し
た。その結果、最表層部のチタン窒化物層は除去され含
窒素層が表出した。Ti板の表面は、金色から銀灰色に
変化した。塩化イリジウム酸12.2gとタンタルペンタ
−n−ブトキシド8.7gを100mlのn−ブタノールに
溶解して触媒層用の溶液を調製した。
Next, this Ti plate was immersed in 2 liters of a sulfuric acid solution having a liquid temperature of 100 ° C. and a concentration of 1 mol / liter for 5 hours. As a result, the outermost titanium nitride layer was removed and the nitrogen-containing layer was exposed. The surface of the Ti plate changed from gold to silver gray. A solution for the catalyst layer was prepared by dissolving 12.2 g of iridium chloride and 8.7 g of tantalum penta-n-butoxide in 100 ml of n-butanol.

【0022】この溶液を上記Ti板の表面にはけ塗りし
たのち、温度120℃で3分間かけて乾燥し、更に、4
50℃の大気中で10分間加熱し、再び前記溶液のはけ
塗り−乾燥−加熱という操作を4回反復して本発明の電
極とした。なお、最後の加熱時間は1時間とした。得ら
れた電極を実施例電極1とした。比較のために、上記し
た熱硫酸への浸漬を行うことなく、図1で示したTi板
の金色の窒化物層の上に直接触媒層を上記と同一の条件
で形成した電極を製造し、これを比較例電極1とした。
This solution was brushed on the surface of the Ti plate and then dried at a temperature of 120 ° C. for 3 minutes.
The electrode of the present invention was obtained by repeating the operation of brushing, drying and heating the solution 4 times by heating in an atmosphere of 50 ° C. for 10 minutes. The final heating time was 1 hour. The obtained electrode was used as Example electrode 1. For comparison, an electrode was produced by directly forming a catalyst layer on the gold nitride layer of the Ti plate shown in FIG. 1 under the same conditions as above without dipping in hot sulfuric acid as described above, This was designated as Comparative Example Electrode 1.

【0023】これら2枚の電極を、それぞれ、濃度1モ
ル/リットルの硫酸溶液(液温100℃)に浸漬して陽
極とし、Pt板を陰極として両極間に直流電圧を印加し
て100A/dm2 の電流密度で通電した。陽極が正常動
作しているときは端子電圧が3Vである。しかし陽極が
劣化すると陽極電位は急激に上昇し、それに伴って端子
電圧も急上昇して10V以上になる。
These two electrodes were each immersed in a sulfuric acid solution (solution temperature 100 ° C.) having a concentration of 1 mol / liter as an anode, and a Pt plate was used as a cathode to apply a DC voltage between both electrodes to obtain 100 A / dm. Energized at a current density of 2 . The terminal voltage is 3V when the anode is operating normally. However, when the anode deteriorates, the anode potential sharply rises and the terminal voltage also sharply rises to 10 V or more.

【0024】通電開始から端子電圧が10Vを超えるま
での時間を測定したところ、実施例電極1では910時
間、比較例電極1では560時間であった。 実施例2 長さ200mmm,幅20mm, 厚み2mmの第2種Ti板をア
セトンで脱脂洗浄したのち乾燥した。ついでこのTi板
を、濃度10重量%のしゅう酸液(液温30℃)に浸漬
し、Ti板を陽極,Pt板を陰極として10A/dm2
電流密度で30分間電解エッチングして粗面化したの
ち、水洗,乾燥した。
When the time from the start of energization until the terminal voltage exceeds 10 V was measured, it was 910 hours for Example electrode 1 and 560 hours for Comparative electrode 1. Example 2 A type II Ti plate having a length of 200 mm, a width of 20 mm and a thickness of 2 mm was degreased and washed with acetone and then dried. Then, this Ti plate was immersed in an oxalic acid solution having a concentration of 10% by weight (solution temperature 30 ° C.), and the Ti plate was used as an anode, and the Pt plate was used as a cathode for electrolytic etching at a current density of 10 A / dm 2 for 30 minutes to roughen the surface. After liquefying, it was washed with water and dried.

【0025】このTi板をガス窒化装置にセットした。
すなわち、Ti板をゴム栓つきの石英ガラス管の中にセ
ットし、石英ガラス管内に純度99.999%のN2 ガス
を流入して管内空気と置換した。ついで。管内を1×1
-4Torrに減圧したのち、再度1×10-1Torrになるま
でN2 ガスを管内に導入した。この操作を10回反復し
て管内空気を完全に除去して管内にはN2 ガスを充満さ
せた。
This Ti plate was set in a gas nitriding apparatus.
That is, a Ti plate was set in a quartz glass tube with a rubber stopper, and N 2 gas having a purity of 99.999% was introduced into the quartz glass tube to replace the air in the tube. Incidentally. 1 x 1 in the pipe
After reducing the pressure to 0 -4 Torr, N 2 gas was introduced into the tube until the pressure became 1 × 10 -1 Torr again. This operation was repeated 10 times to completely remove the air in the tube and fill the tube with N 2 gas.

【0026】ついで、Ti板の表面が約1100℃にな
るまで加熱し、その温度に1時間保持して窒化処理を行
った。放冷後、石英ガラス管から取り出したTi板の表
面は窒化チタン特有の金色であった。このTi板の表面
に直径10μmのSiO2 を用いて約30秒間サンドブ
ラストを施した。その結果、含窒素層が表出し、表面は
銀灰色になり、窒化チタン層の略完全な除去が確認され
た。
Then, the surface of the Ti plate was heated to about 1100 ° C. and kept at that temperature for 1 hour for nitriding treatment. After cooling, the surface of the Ti plate taken out from the quartz glass tube had a gold color peculiar to titanium nitride. The surface of this Ti plate was sandblasted for about 30 seconds using SiO 2 having a diameter of 10 μm. As a result, the nitrogen-containing layer was exposed, the surface became silver gray, and it was confirmed that the titanium nitride layer was almost completely removed.

【0027】塩化イリジウム酸12.2gとタンタルペン
タ−n−ブトキシド8.7gを100mlのn−ブタノー
ルに溶解して触媒層用の溶液を調製した。この溶液を上
記Ti板の表面にはけ塗りしたのち、温度120℃で3
分間かけて乾燥し、更に、450℃の大気中で10分間
加熱し、再び前記溶液のはけ塗り−乾燥−加熱という操
作を4回反復して本発明の電極とした。なお、最後の加
熱時間は1時間とした。得られた電極を実施例電極2と
した。
A solution for a catalyst layer was prepared by dissolving 12.2 g of iridium chloride and 8.7 g of tantalum penta-n-butoxide in 100 ml of n-butanol. After this solution is brushed on the surface of the Ti plate, the temperature is 120 ° C.
The electrode of the present invention was obtained by drying over a period of 10 minutes, further heating in an atmosphere of 450 ° C. for 10 minutes, and repeating the steps of brush coating, drying and heating of the solution four times. The final heating time was 1 hour. The obtained electrode was used as Example electrode 2.

【0028】比較のために、上記したサンドブラスト処
理を行うことなく、金色のTiN層の上に直接触媒層を
上記と同一の条件で形成した電極を製造し、これを比較
例電極2とした。これら2枚の電極につき、実施例1と
同様の条件で通電開始から端子電圧が10Vを超えるま
での時間を測定した。実施例電極2の場合は870時
間、比較例電極2の場合は450時間であった。
For comparison, an electrode in which a catalyst layer was directly formed on a gold-colored TiN layer under the same conditions as described above without carrying out the above sandblasting treatment was prepared, and was used as a comparative electrode 2. The time from the start of energization to the terminal voltage exceeding 10 V was measured for these two electrodes under the same conditions as in Example 1. In the case of the example electrode 2, it was 870 hours, and in the case of the comparative electrode 2, it was 450 hours.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
電極は、その耐久性が非常に優れていて使用寿命が長
く、電解工業における電極として有用である。これは、
基材表面を窒化処理したときに最表層部に形成され、微
小孔を多くもち、そのため電解液が浸透し、その結果、
基材との密着性が弱くなって基材からの剥落が起こりや
すい主として窒化チタンより成る窒化物層のみを除去
し、基材の構成金属や合金中に窒素が拡散してなる緻密
な含窒素層(窒素拡散層)を表出させ。この上に触媒層
を形成したことにより、その結果、触媒層で被覆された
含窒素層と基材の両層間の剥離による結果として起こる
触媒層の脱落を防ぐことがもたらす効果である。
As is apparent from the above description, the electrode of the present invention has very excellent durability and long service life, and is useful as an electrode in the electrolytic industry. this is,
It is formed in the outermost layer when the surface of the base material is nitrided and has many micropores, which allows the electrolyte solution to permeate, resulting in
Dense nitrogen-containing material in which nitrogen is diffused into the constituent metals and alloys of the base material by removing only the nitride layer consisting mainly of titanium nitride, because adhesion to the base material becomes weak and peeling from the base material is likely to occur. Expose the layer (nitrogen diffusion layer). By forming the catalyst layer on this, as a result, it is possible to prevent the catalyst layer from falling off as a result of peeling between the nitrogen-containing layer coated with the catalyst layer and the base material.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属単体または合金と前記金属単体また
は合金の表面に形成されている窒素拡散を主体とする含
窒素層とを有する基材、および、前記基材の含窒素層を
被覆して形成された白金族金属の酸化物から成る触媒層
とから成ることを特徴とする電極。
1. A base material having a metal simple substance or alloy and a nitrogen-containing layer mainly formed by nitrogen diffusion formed on the surface of the metal simple substance or alloy, and by coating the nitrogen-containing layer of the base material. An electrode comprising the formed catalyst layer made of an oxide of a platinum group metal.
【請求項2】 前記基材が、Ti,Zr,Hfの群から
選ばれる少なくとも1種またはそれらを主成分とする合
金から成る請求項1の電極。
2. The electrode according to claim 1, wherein the base material is made of at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, and Hf or an alloy containing them as a main component.
【請求項3】 前記含窒素層が、Tiへの窒素拡散層ま
たはZrへの窒素拡散層から成る請求項1の電極。
3. The electrode according to claim 1, wherein the nitrogen-containing layer comprises a nitrogen diffusion layer for Ti or a nitrogen diffusion layer for Zr.
【請求項4】 前記触媒層が、Ru,Rh,Pd,O
s,Ir,Ptの群から選ばれるいずれか1種もしくは
それらを主成分とする金属の合金の酸化物から成る請求
項1の電極。
4. The catalyst layer comprises Ru, Rh, Pd, O.
The electrode according to claim 1, which is made of any one selected from the group consisting of s, Ir, and Pt or an oxide of a metal alloy containing them as a main component.
【請求項5】 前記白金族の金属の酸化物またはその混
合物が、酸化ルテニウムまたは酸化イリジウムを少なく
とも50重量%含有している請求項4の電極。
5. The electrode according to claim 4, wherein the oxide of the platinum group metal or the mixture thereof contains at least 50% by weight of ruthenium oxide or iridium oxide.
【請求項6】 金属単体または合金から成る基材の表面
に窒化処理を施すことにより、最表層部には前記金属単
体または合金の窒化物層を形成し、その下部には前記金
属単体または合金への窒素拡散が主体となった含窒素層
を形成し、ついで、前記最表層部の窒化物層を除去して
前記含窒素層を表出させたのち、前記含窒素層の表面
に、白金族金属の酸化物から成る触媒層を形成すること
を特徴とする電極の製造方法。
6. A nitriding treatment is applied to the surface of a base material composed of a simple metal or an alloy to form a nitride layer of the simple metal or an alloy on the outermost surface portion, and a nitride layer of the simple metal or an alloy is formed below the nitride layer. To form a nitrogen-containing layer mainly diffusion of nitrogen into the, then, the nitride layer of the outermost surface layer is removed to expose the nitrogen-containing layer, the surface of the nitrogen-containing layer, platinum. A method for producing an electrode, which comprises forming a catalyst layer made of an oxide of a group metal.
【請求項7】 前記窒化処理がイオン窒化処理またはガ
ス窒化処理で行われる請求項6の電極の製造方法。
7. The method for manufacturing an electrode according to claim 6, wherein the nitriding treatment is performed by ion nitriding treatment or gas nitriding treatment.
【請求項8】 前記最表層部の窒化物層の除去が、無機
酸水溶液を用いた浸潰もしくは電解処理またはサンドブ
ラストで行われる請求項6の電極の製造方法。
8. The method for producing an electrode according to claim 6, wherein the removal of the nitride layer of the outermost layer portion is performed by crushing or electrolytic treatment using an inorganic acid aqueous solution or sandblasting.
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JP34801892 1992-12-28
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