JPH06293999A - 不溶性酸化イリジウム被覆電極 - Google Patents

不溶性酸化イリジウム被覆電極

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JPH06293999A
JPH06293999A JP10490193A JP10490193A JPH06293999A JP H06293999 A JPH06293999 A JP H06293999A JP 10490193 A JP10490193 A JP 10490193A JP 10490193 A JP10490193 A JP 10490193A JP H06293999 A JPH06293999 A JP H06293999A
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JP
Japan
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iridium
iridium oxide
electrode
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Withdrawn
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JP10490193A
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English (en)
Inventor
Takashi Nakamori
孝 中森
Motonori Tamura
元紀 田村
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/10Electrodes, e.g. composition, counter electrode

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、チタン金属もしくはチタン金属層
を設けた基材表面上に、金属イリジウム層、酸化イリジ
ウム層を被覆することにより、チタン基材の酸化を防止
する酸化イリジウム不溶性電極を供給することを目的と
する。 【構成】 チタン金属を用いた基材表面上あるいはチタ
ン金属層を設けた基材表面上に、イリジウム層、さらに
その上に酸化イリジウム層が被覆され、このイリジウム
層と酸化イリジウム層とを交互に被覆して最表面層を酸
化イリジウム層として、各層の厚みが20μm以下であ
り、酸化イリジウム層全体は全膜厚の67〜99%、イ
リジウム層全体は全膜厚の1〜33%である不溶性酸化
イリジウム被覆電極である。 【効果】 従来の酸化イリジウム単層膜と比較して長寿
命な酸化イリジウム電極を供給できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電気めっきなどに使
用する不溶性電極に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に金属材の電気めっきに際しては、
不溶性電極を使用し、陰極たる被めっき材の表面に、Z
n、Sn、Ni、Cr、Cuなどの金属を析出すること
が行われている。
【0003】また金属の電気精錬に際し、精錬浴中にて
不溶性電極を使用し、Mn、Zn、Cuなどの金属を析
出することが行われている。
【0004】これらの不溶性電極として、最も一般的に
使用されているものとして、PbもしくはPb系合金が
あげられる。
【0005】この電極は、電気めっき浴、電気精錬浴、
特に硫酸溶液中では、通電処理時その表面にPbO2
生成する。
【0006】このPbO2は、不溶性電極の機能を発揮
しているが、生成したPbO2と基材のPbとの付着力
が弱く、電解溶液中に混入し、めっき不良、あるいは精
錬金属へ不溶物として混入し純度の低下を生じてしま
う。
【0007】そこでその対策として、電気めっき浴、電
気精錬浴、特に硫酸溶液中で最も電気化学的に安定であ
る白金族酸化物である酸化イリジウムを、基材のバルブ
金属(Ti、Ta、Zr等、不働態皮膜を形成し、耐食
性が優れ、破壊電圧の高い性質を持つ金属)の表面に被
覆した電極が、特公昭48―3954号公報に開示され
ている。
【0008】さらに基材の金属の酸化抑制、あるいは密
着性を向上させるために中間層にTa25等を添加した
酸化イリジウムの皮膜を設け、その上に酸化イリジウム
層を形成した不溶性電極を使用する方法が、特公昭46
―21884号公報、特開昭63―235493号公報
に記載されている。
【0009】これらの公報に開示されている塗布焼き付
け法による酸化イリジウム不溶性電極は、低電流密度
(〜10OA/dm2)では長時間の使用が可能である
が、高電流密度下、特に硫酸溶液中200A/dm2
通電すると、3000〜4000時間で急激な電圧上昇
が起こり電極が使用不可能となる。
【0010】この理由は、塗布焼き付け法の酸化イリジ
ウム皮膜の場合、成膜時に大気中で処理するため気孔が
多数あり、また電極として使用する場合、長時間の通電
によりジュール熱によって電極の温度が上昇し、基材金
属と酸化イリジウム層との熱膨張差によって亀甲状クラ
ックも多数発生する。
【0011】この気孔とクラックが原因となり基材金属
への直接通電が起こり、基材金属の腐食、あるいは基材
金属表面に絶縁性酸化物皮膜が増加することによって、
結果として電圧上昇を引き起こし、電極としての機能を
失ってしまう。
【0012】電極機能を長時間にわたり維持するために
は、気孔、クラックのない均質皮膜を作製することが必
要である。
【0013】従来特公昭46―21884号公報、日本
写真学会誌[Vol.51,No.1,p.3(198
8)]にイリジウム金属をスパッタリングするとともに
基板近傍で酸化させる反応性スパッタ法及び反応性蒸着
法が開示されている。
【0014】しかし、この方法で得られた酸化イリジウ
ム皮膜を設けた不溶性電極は、硫酸溶液中で100A/
dm2の低電流密度での通電により短時間で電圧上昇に
より通電できなくなってしまう。
【0015】この理由としては、前記のスパッタリング
法及び蒸着法によって形成される酸化イリジウム皮膜
は、厚膜化(0.1μm以上)した場合に剥離しやす
く、また厚膜を成膜しようとすると時間がかかるなど工
程上の困難のため、作製できる最適膜厚が100〜10
00Åと非常に薄いものである。
【0016】そして酸化イリジウム皮膜が薄いため、僅
かなピンホールなどの欠陥が存在することにより、その
欠陥部から基材金属が酸化され、電圧上昇により通電で
きなくなるものと考えられる。
【0017】このため、特願平4―18395号報にあ
るように高級密質で均質な皮膜を生成できるイオンプレ
ーティング法を用いて成膜が行われている。
【0018】また、製造過程においてイオンプレーティ
ング法の場合、酸素雰囲気中で被覆を行うため初期段階
で基材であるチタン金属が酸化され、僅かではあるが絶
縁層である酸化チタンを形成し、電極全体の抵抗を上げ
ることにより、電極としての特性が劣ってしまうことも
あった。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、チタン基板
の表面にイオンプレーティング法により酸化イリジウム
を形成させるに際し、チタン基材の酸化を防止し、電極
としての寿命を向上させることが目的である。
【0020】
【課題を解決するための手段】チタン金属基材表面上ま
たはチタン金属層を設けた金属基材表面上に、イリジウ
ムの金属層、その上に酸化イリジウムのセラミック層が
被覆され、このイリジウム層と酸化イリジウム層とを交
互に被覆して最表面層を酸化イリジウム層とし、各被覆
層の厚みが20ミクロン以下であることを特徴とする酸
化イリジウム被覆電極である。
【0021】そして、酸化イリジウム層全体が全膜厚の
67〜99%、イリジウム金属層全体が全膜厚の1〜3
3%である不溶性酸化イリジウム被覆電極である。
【0022】本発明は、イオンプレーティング法で酸化
イリジウムを被覆する場合、電極基材であるバルブ金属
を酸化させないために酸化イリジウム皮膜を直接被覆し
ないで金属イリジウム層を設けたことが特徴である。
【0023】被覆方法として、従来の塗布焼き付け法で
は皮膜が緻密にならず、またスパッタ法においては短時
間で膜厚を厚くすることは困難である。よってイオンプ
レーティング法を用いるのである。
【0024】ところがイオンプレーティング法で酸化イ
リジウムを成膜する場合、酸素雰囲気中で金属イリジウ
ムを溶解させ酸化イリジウムを生成させるので、基材表
面が僅かではあるが酸化されてしまうことがある。
【0025】このことにより、皮膜と基材の界面に酸化
チタンができ通電を妨げてしまう。そこで、本発明は基
材表面にイリジウム層を設けた。このことにより基材表
面の酸化を防ぐことになった。
【0026】この金属イリジウム層を設けた理由は次の
通りである。イオンプレーティング法で電極基材である
チタン金属を直上に金属イリジウムを被覆するときは、
真空中で被覆するのでチタン金属が酸化されることはな
い。
【0027】そしてその基材表面上に酸化イリジウムを
被覆すると、イリジウムが酸化される可能性はあるが、
酸化したとしても酸化イリジウムになるので問題はな
い。
【0028】また、抵抗率を考えると電極基材であるチ
タンの場合、チタンは42〜47μΩ・cmで、そのチ
タンが酸化した場合の酸化チタンは1013Ω・cm以上
で電極全体の抵抗を上げるという問題があり、また金属
イリジウムは5μΩ・cmであるので問題はない。
【0029】そこでチタン基材表面に真空中でイリジウ
ムを被覆し、その上に酸化イリジウムを被覆することと
した。
【0030】このことにより従来のイオンプレーティン
グ法による酸化イリジウム単層膜と比較して皮膜の抵抗
を劣化させないので電極として良好になった。
【0031】また、上記の方法を用いて更に電極として
の寿命の向上をはかるために基材と皮膜の密着力を向上
させることとした。
【0032】この理由として酸化イリジウム単層の場合
では、基材と皮膜の密着力が弱く、時には通電中に皮膜
が剥離することがあるからである。
【0033】そこで、成膜時に表面の皮膜と基材の密着
力を向上させる手段として皮膜全体の内部応力の緩和を
考慮したことも特徴である。
【0034】イオンプレーティング法により酸化イリジ
ウム皮膜を成膜する場合、酸化イリジウムは圧縮応力
に、また、金属イリジウムは引っ張り応力を生ずること
が本発明者らの研究の結果判明した。
【0035】また酸化イリジウム単層膜、イリジウム/
酸化イリジウム二層膜、酸化イリジウム/イリジウム/
酸化イリジウム三層膜、イリジウム/酸化イリジウム/
イリジウム/酸化イリジウム四層膜の膜全体の内部応力
を比較したところ、多層膜になるほど、内部応力は圧縮
応力であるが最も緩和される傾向にあり、かつ基材の密
着力が向上することがわかった。
【0036】そこで、基材表面に、引っ張り/圧縮/引
っ張り/圧縮の順番に応力を分布させ全皮膜の内部応力
を緩和をさせ、密着力を向上させた。
【0037】そこで皮膜として、チタン基材表面にイリ
ジウム層/酸化イリジウム層の順に各層を形成するコー
ティング皮膜にした。
【0038】この皮膜はイオンプレーティング法により
成膜されるが、各被覆層の皮膜の厚さは20μm以下で
あり、各層の厚さは酸化イリジウム各層膜厚を全膜厚の
20〜99%にし、金属イリジウム各層は全膜厚の1〜
33%にする。
【0039】この理由として各被覆層の膜厚を20μm
以下としたのは、それを超えた場合イオンプレーティン
グ法によって成膜された皮膜は組織が柱状晶になり脆く
なるからである。
【0040】酸化イリジウム層は全膜厚の20%未満で
あると金属イリジウム層の影響を受け電極機能に問題が
生じるからである。
【0041】この理由として耐酸性は酸化イリジウムの
方が金属イリジウムより優れているからである。
【0042】また99%超であると膜内部圧縮応力の効
果があるイリジウムの特性を生かせないからであるので
20〜99%にする必要がある。
【0043】金属イリジウム層であるが、全膜厚の1%
未満にすると内部応力緩和の効果がなくなり、イリジウ
ムの方が酸化イリジウムより耐酸性が弱いためにイリジ
ウム層を33%超にすると電極機能に支障をきたすこと
もあるからである。
【0044】以上のようにイリジウム層を挿入して2層
構造、4層構造にする利点を挙げたが、この方法を利用
して6層以上に多層化させると各層の組織が柱状晶にな
らないため、皮膜が脆くならずまた内部応力も低下され
更に密着力が向上するので厚膜化が容易に行える。
【0045】また、製造方法は酸素雰囲気中で酸化イリ
ジウムを成膜させるのであるが、金属イリジウム層は酸
素ガスの供給を停止するだけであるので工程としても何
等設備を変更する必要がないのである。
【0046】また、基材としてチタン金属を用い処理温
度としてはイリジウムが金属に拡散しない温度、つまり
700℃以下で成膜するのが最適である。
【0047】
【作用】本発明のような皮膜にすることによりイオンプ
レーティング法で酸化イリジウム皮膜を被覆する場合、
電極基材のチタン表面に絶縁物である酸化チタンが生成
しないので、電極としての機能を劣化させることがなく
なる。
【0048】また酸化イリジウム層は圧縮応力を示し、
イリジウム層は引っ張り応力を示すので皮膜全体の内部
応力が軽減し、基材と皮膜の高密着被覆ができ電極寿命
が向上する。
【0049】
【実施例】本発明の以下実施例により詳細に説明する。
また、不溶性電極の評価方法は以下に説明する方法によ
り行った。
【0050】評価方法 電極の耐溶性評価は、作成した電極を陽極に用い、陰極
に白金板を使用し、60℃、5wt%硫酸溶液中、電気
密度200A/dm2で通電腐食試験を行った。
【0051】これは、電圧初期値20Vからの変化を測
定し、35Vまでの電圧上昇の通電時間により評価し
た。また、作成した電極の皮膜の抵抗率は4端子法を用
い、密着性評価はスクラッチテスターで行った。
【0052】基材 150×10×2mmのTi基材を用い、その表面を蓚
酸で予め洗浄した。
【0053】試料作成法 基材表面上に、イオンプレーティング法により酸化イリ
ジウム皮膜を成膜した。この成膜法の詳細を以下に記
す。
【0054】
【実施例1(二層構造)】坩堝にイリジウムを挿入し、
電子ビームで溶解して蒸発させ、さらに坩堝直上のイオ
ン化電極により、50V・10Aの条件でイオン化させ
た。
【0055】そして、チタン基材をイリジウムと対向し
て設置し、バイアス電圧500V、成膜速度10Å/s
ecで真空中においてイリジウム成膜し、そしてその表
面上に酸素雰囲気下8×10-4Torrで酸化イリジウ
ム被覆した。なお成膜温度は500℃にした。
【0056】
【実施例2(多層構造)】坩堝にイリジウムを挿入し、
電子ビームで溶解して蒸発させ、さらに坩堝直上のイオ
ン化電極により、50V・10Aの条件でイオン化させ
た。
【0057】そして、チタン基材をイリジウムと対向し
て設置し、バイアス電圧500V、成膜速度10Å/s
ecで真空中でイリジウムを、そしてその表面上に酸素
雰囲気下8×10-4Torrで酸化イリジウム被覆し
た。基材からイリジウム・酸化イリジウム・イリジウム
・酸化イリジウムの順番で最表面を酸化イリジウムとし
て被覆した。なお成膜温度は500℃した。
【0058】
【比較例1(酸化イリジウム単層)】坩堝にイリジウム
を挿入し、電子ビームで溶解して蒸発させ、さらに坩堝
直上のイオン化電極により、50V・10Aの条件でイ
オン化させた。そして、チタン基材をイリジウムと対向
して設置し、バイアス電圧500V、成膜速度10Å/
secで酸化イリジウムを被覆した。なおこのときの酸
素雰囲気は8×10-4Torr、成膜温度を500℃し
た。
【0059】結果 上記の試験結果を第1表、第2表、第3表に示す。この
結果から比較例は酸化チタンの生成により抵抗率が大き
く、また基材と皮膜の密着性も弱いが、実施例は基材の
酸化が解消され、また4層以上の多層にすることにより
密着力も向上して通電時間が向上した。
【0060】
【表1】
【0061】
【表2】
【0062】
【表3】
【0063】
【発明の効果】本発明はイオンプレーティング法で酸化
イリジウムを被覆する場合、従来技術では基材のチタン
の表面が酸化して通電を妨げ電極機能として劣化させた
状況においても、基材表面が酸化することなく、また剥
離して使用できなかった状況においても、剥離すること
無しに過酷な使用状況でも耐え得る酸化イリジウム被覆
電極である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チタン金属基材表面上またはチタン金属
    層を設けた金属基材表面上に、イリジウムの金属層、そ
    の上に酸化イリジウムのセラミック層が被覆され、この
    イリジウム層と酸化イリジウム層とを交互に被覆して最
    表面層を酸化イリジウム層とし、各被覆層の厚みが20
    ミクロン以下であることを特徴とする不溶性酸化イリジ
    ウム被覆電極。
  2. 【請求項2】 酸化イリジウム層全体が全膜厚の67〜
    99%、イリジウム金属層全体が全膜厚の1〜33%で
    ある請求項1記載の不溶性酸化イリジウム被覆電極。
JP10490193A 1993-04-08 1993-04-08 不溶性酸化イリジウム被覆電極 Withdrawn JPH06293999A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7101026B2 (en) 1997-11-25 2006-09-05 Seiko Epson Corporation Ink jet recording head and ink jet recorder having a compression film with a compressive stress and removal part incorporated therein

Cited By (2)

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US7101026B2 (en) 1997-11-25 2006-09-05 Seiko Epson Corporation Ink jet recording head and ink jet recorder having a compression film with a compressive stress and removal part incorporated therein
US7651201B2 (en) 1997-11-25 2010-01-26 Seiko Epson Corporation Ink jet recording head and ink jet recorder

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