JPH0674520B2 - Ni−W合金連続めっき用電解浴補給液 - Google Patents

Ni−W合金連続めっき用電解浴補給液

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JPH0674520B2
JPH0674520B2 JP3030482A JP3048291A JPH0674520B2 JP H0674520 B2 JPH0674520 B2 JP H0674520B2 JP 3030482 A JP3030482 A JP 3030482A JP 3048291 A JP3048291 A JP 3048291A JP H0674520 B2 JPH0674520 B2 JP H0674520B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、物品表面にNi−W合
金めっきを連続的に施すNi−W合金連続めっき用電解
浴補給液に関する。
【0002】
【従来の技術】Ni−W合金は、表面光沢にすぐれ、か
つその耐久性に富み、耐酸、耐アルカリ等の耐薬品性、
機械的な硬度、強度も優秀であり、とくに高温ガラスと
の非粘着離型性にすぐれているところから、被めっき物
品たる金属製物品、たとえばテレビブラウン管前面内壁
成型用金型をはじめとする各種金型、ローラ、時計のケ
ース等に賞用せられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前述のようなNi−W
合金めっきにおいて電解浴液(以下単に電解浴とも略
す)として、ニッケル塩およびタングステン酸塩を含有
し、くえん酸を有機錯化剤としたホルト(Holt)
法、または酒石酸を有機錯化剤としたブレナー(Bre
nner)法などが知られている。ホルト法やブレナー
法では、陽極としてNi(またはW)が単極として用い
られる。またくえん酸や酒石酸の安定化のために、電解
液のPHは苛性アルカリで9.0に調整されている。し
かし、陽極がNi(またはW)の単極であるため、電解
が進行するに伴い、電解浴の中のW(またはNi)の濃
度が低下し、連続的にめっきができず、工業的に好まし
い連続めっき手段の開発が望まれている。
【0004】本発明の目的は、このような要望に応える
べくなされたものであって、硫酸ニッケルおよびタング
ステン酸ナトリウムを含有し、くえん酸を有機錯化剤と
し、PHを6±2にアンモニアで調整した電解浴中で、
ステンレスSUS材ならびにニッケル材を陽極とし、タ
ングステン酸含有液を補給しつつ電解することを特徴と
するNi−W合金めっき用電解浴補給液を提供すること
である。
【0005】
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、硫酸ニッケ
ル、タングステン酸ナトリウムを含有し、くえん酸を有
機錯化剤とし、PHを6±2にアンモニアで調整された
電解浴中で、ステンレス材ならびにニッケル材を陽極と
し、タングステン含有液を補給しつつ電解するNi−W
合金の連続めっき方法に用いるNi−W合金めっき用補
給液であって、パラタングステン酸アンモニウム100
g/リットルとくえん酸50〜200g/リットルとを
含有することを特徴とするNi−W合金めっき用電解浴
補給液である。
【0007】
【0008】
【作用】硫酸ニッケル、タングステン酸ナトリウムを含
有し、くえん酸を有機錯化剤とし、PH6±2にアンモ
ニアで調整された電解浴中で、ステンレス材ならびにニ
ッケル材を陽極とし、タングステン含有液を補給しつつ
電解するNi−W合金の連続めっき方法に用いるNi−
W合金めっき用補給液は、パラタングステン酸アンモニ
ウム100g/リットルとくえん酸50〜200g/リ
ットルとを含有する。
【0009】本発明に使用する電解浴が、Ni塩および
W酸塩を含有し有機錯化剤としてくえん酸を選用する点
においては前述ホルト法に近似するが、ホルト法は陽極
がNiないしWの単極である点において、また浴のPH
が約9.0の高値である点において、本発明と相違す
る。有機錯化剤としてくえん酸を選用した理由は、得ら
れるめっき層中のW含量を、酒石酸系電解浴の場合の最
高35%にくらべて最高62%にも及ぼさしめることが
可能であるからである。
【0010】本発明に使用する電解浴液中のNi塩の形
態としては、塩化ニッケル、硝酸ニッケルのような形で
使用不可能ではないが、電流効果が優れている点で硫酸
ニッケルないし硫酸ニッケル・アンモニウム複塩Ni
(SO4)・(NH42SO4・6H2 Oが最良である。
同じく電解浴中のタングステン酸の塩としては、そのア
ルカリ金属の塩、なかんずくナトリウム塩の形態で使用
するがよい。タングステン酸塩をアンモニウム塩の形態
ではなくNa2WO4 ・2H2Oのようなアルカリ金属塩
として使用した場合には、浴中のNa濃度は連続めっき
操作中、被めっき体に付着して持ち出される以外には不
変ともいうことができるから、その建浴時における濃度
を基準として補給液の添加時期を定めることができる。
【0011】かくて、本発明方法に適した電解浴を例示
すれば次のとおりである。
【0012】 くえん酸 ……………………………………… 100±30g/リットル Ni塩(NiSO4・6H2Oとして) ……… 60±20g/リットル W酸塩(Na2WO4・2H2Oとして) …… 70±30g/リットル PH(NH4OHによる調整) ………………… 6±2 アルカリ金属イオン(Na+ ) ………… 0.42±0.15mol/リッ トル なおPHが上記のとおり弱酸性であるから、従来のアン
モニアアルカリ性電解浴に比して電解槽付近のアンモニ
ア臭発生による環境衛生汚染の心配は甚しく改善せられ
る。
【0013】従来技術では、PH6よりも高い条件では
遊離NH4 +が生じ、一部はニッケルアンミン錯体などと
なるけれども、大部分はアンモニアガスとして大気中に
放出されていた。
【0014】しかしながら、PH6以下ではNH4 +がニ
ッケルくえん酸錯体に配位結合し、ニッケルくえん酸ア
ンミン混合錯体を形成するためアンモニアガスが発生せ
ず、アンモニア臭を防止することができるためである。
【0015】次に本発明において、陽極としてSUS材
とNi材との2極を採る理由を述べる。
【0016】それは基本的には、タングステン合金めっ
きにおける金属析出の電流効率が100%ではなく、必
らず水素ガスの生成反応を伴うことによる。このような
タングステン合金めっき反応においても、目的組成を有
する合金めっき層を得るためには、浴中の金属濃度を最
適値に維持することが必要である。そのためには、少な
くとも陰極における水素ガス生成電流に相当する電流だ
けは不溶性陽極から供給し、同時にニッケルとタングス
テンの陰極析出によるめっき浴中の濃度低下をなんらか
の形で補なわねばならない。ところで、金属タングステ
ンは、現在の自由世界圏において可溶性陽極として工業
的に使用可能な形態では供給されない。また非常に高価
でもある。かくて、陰極での水素とW放電に相当する電
流は、不溶性の陽極から供給することが必要である。
【0017】前記の理由によって、可溶性のNi陽極と
ともに不溶性陽極を用いることが考えられ、従来から一
般に広く用いられている白金、グラファイト、鉛などを
不溶性陽極として用いることが試みられたが、これらの
不溶性陽極は、有機錯化剤として添加しているくえん酸
を分解し、その分解生成物によって電解浴を変質させ、
めっき層を脆化する。このため従来法では、不溶性陽極
が用いられず、連続的めっきを困難にしていた理由に外
ならない。
【0018】本発明者は鋭意研究し、くえん酸の非分解
性に優れた不溶性陽極として、ステンレス材を使用し
た。不溶性陽極としてステンレス材を用いると、電解浴
中のくえん酸の分解速度は著しく小さくなり、グラファ
イト陽極の場合の約1/5という好成績を与える。
【0019】また、陽極としてNiを用いる理由は、N
iの陰極析出による浴中濃度の低下を補充するためであ
るが、この補充をNiSO4 水溶液のような薬液の形で
行うと、長期連続電解に伴う薬液補充によって、めっき
浴中にSO4 2- が蓄積してめっきの品質に問題を生じた
からである。
【0020】上述したところにより、不溶性陽極に使用
するステンレスSUS材とは、クロム10%以上を含有
する耐蝕性鉄−クロム合金を指称し、Ni,Si,M
o,WないしNbを含むものが包含される。具体的には
SUS 304,同431,同316など広く供用でき
る。このうち、SUS 316のようにMoを含有する
ものは、消耗率が低いすぐれた材料として注目される。
【0021】また溶解性陽極としてのNi材としては、
鉄Fe、銅Cu、鉛Pbなどの不純物をほとんど含まな
いものが適当とされ、電気ニッケルアノード、SKニッ
ケルアノード、デボラライズドニッケールアノードなど
の名称のもとに市販されているニッケルめっき用のもの
がそのまま使用できる。
【0022】本発明においても、電解が進行するに伴い
電解浴中のNiおよびW濃度は当然減少する。このうち
Niは、前記のとおり溶解性陽極から供給されるが、W
は別途何らかの形態で補給されなければならない。本発
明にあたつては、これをW含有補給液の形で電解浴中に
補給する。補給に使用する好ましいWの形態は、典型的
にはパラタングステン酸アンモニウム(NH10
1241・5HOまたは5(NHO・12W
・5HOである。このものは勿論常温では固体で
あり、補給に当たっては、溶液の形態、特に補給によっ
て電解浴を薄めないように濃厚な溶液として行うべきで
ある。
【0023】パラタングステン酸アンモニウムは、常温
で約50g/リットルまでは、容易に水に溶解する。と
ころが、これをくえん酸の水溶液として溶解させるなら
ば、約100g/リットルの濃厚な水溶液とすることが
できる。その際使用するくえん酸の量は50〜200g
/リットルが適当とされる。というのは、補給液中のく
えん酸は、上記のとおり、沈澱防止剤として働くばかり
ではなく、電解間に消耗されたくえん酸の補充の役割を
果たすものであるが、その消耗率は、電流密度、ステン
レス陽極の電流密度などの操業条件に支配される。
【0024】したがって、好ましい補給液は、パラタン
グステン酸アンモニウム100g/リットルに対し、く
えん酸量は50〜200g/リットルの幅をもつことに
なる。該補給液のPHは、補給液としての性質上1〜6
程度にアンモニアによって調整されるがよい。
【0025】上述した補給液の補給時期は、電解浴中の
W含量が、建浴時のそれよりも減少した時点である。む
ろん、電解浴中のW量測定手段にとくに限定はない。し
かし、好ましい手段は、たとえば、常時電解槽から電解
液の一部を抜き取り、その旋光度を測定することによっ
てWを所定量たとえば0.21mol/リットルに維持
するに足る量をポンピングすることによって実施する。
後述実施例に示したように、めっき層に移行することに
よって減少した浴中のWは、前記補給液の補給によって
補充されるのみならず、本発明者が実験的に見出した好
ましいNa+ 浴濃度0.42mol/リットルが保持で
きる。しかしW酸塩をそのアンモニウム塩の形態でなく
最もありふれたNa2WO4 ・2H2Oの形態で浴中のW
の減少に見合う量だけ補給してやれば浴中のNa+ は最
適濃度、前記0.42mol/リットルよりも増加して
しまう。したがって、この場合には抜き採った電解液か
らNa+ を除去し、しかる後に除去後の電解液をめっき
槽へ循環することによって解決でき、そのようなNa+
除去手段としてイオン交換樹脂の使用も不可能ではな
い。しかしそれは装置的・経済的負担をあまりに大なら
しめることになるので、既述したパラタングステン酸ア
ンモニウム補給液使用の有利さに及ばない。
【0026】つぎにNi材陽極は、電解による浴のNi
濃度の減少を補償する意味で、ある一定速度で溶解し、
濃度が不足した場合には、溶解速度を増し、過剰の場合
には減速させてやる必要がある。これがため前記旋光度
測定のために抜き取った電解液を、吸光度セルに導い
て、その明るさを測光し、これを電圧に変換し、予め別
途用意しておいた電解浴の明るさと変調電圧との関係を
基礎とするNi材陽極ホイスター基礎本制御部に導き、
サーボモータに連動させて、該陽極を上・下させ、浴へ
の浸漬度を調整することによって、溶解速度を制御する
がよい。このNi材陽極ホイスターの吸光度による制御
によって、本発明方法が2陽極法であるにもかかわら
ず、陽極回路を2つ設ける必要をなくしているという利
点を伴うのである。
【0027】さらにまた、Ni材陽極の不動態化を防止
するには、該陽極電位測定装置を付設し、予め定めたし
きい値を基準にして、該陽極表面に接触させるCL-
量を加減することによって行うがよい。
【0028】
【実施例】上述した本発明を実施するに適した装置とし
て、本発明者が創作した図1装置を用いて行った実施例
につき述べる。
【0029】図中符(1)は電解槽であって、この中に
入れた電解浴液(2)の組成は次のとおりである。
【0030】 くえん酸 ……………………… 100g/リットル NiSO4・6H2O …………… 70g/リットル Na2WO4・2H2O …………… 70g/リットル PH(NH4OHで調整) ……… 6.0 Na+濃度 ……………… 0.42mol/リットル 該電解浴は70℃に保たれ、その中に陰極(3)として
100×50×0.3mmの鉄板を懸吊し、これと対向
する位置に、SUS材陽極(4)ならびにNi材陽極
(5)を懸吊し、これら電極は電源(7)とリード線
(7a),(7b)により図示のとおりで結ばれてい
る。
【0031】SUS材陽極(4)の材質はSUS 30
4で、その形状はφ1mm針金を方形に編んだ65×5
0mmの寸法のものである。Ni材陽極(5)は市販電
気ニッケルアノードで、断面10×10mm、長さ70
mmの角棒であって、後述するサーボモータ(14)に
より、上下に浸漬高さが調整される。Ni材陽極(5)
には常法とおり陽極バツグ(6)がカバーされる。この
場合バツグ(6)の材料としては東洋濾紙KK製#N
o.2を用いた。
【0032】電解浴液は、管路(8a)を経てポンプ
(10)により常時抜き取られ、冷却器(9)で常温に
まで冷却され管(8b)、ポンプ(10)、管路(8
c)を経て650nmの吸光度セル(11)、管路(8
d)、555nmの旋光セル(15)で旋光度を測定し
たのち、管路(8e)を経て電解槽(1)へ循環する。
【0033】前述した吸光度セル(11)で測定した吸
光度と、建浴時の吸光度との偏差は、変調電圧としてコ
ントロール電圧発生回路(12)から取り出され、Ni
陽極ホイスタ基本制御回路(13)において、建浴時の
基準電圧に合致すべく、サーボモータ(14)を駆動さ
せ、それによってNi陽極(5)は、浴(2)への浸漬
度を変え、常に建浴時のNi濃度に等しいNi濃度が保
持できるよう溶解度が加減される。
【0034】他方、旋光セル(15)では、旋光セルを
通った偏向光が第2の偏光板を介して、光スイッチ機構
(16)に導かれる。光スイッチ機構に入る光強度が、
建浴時の電解浴(2)についての基準値よりも強くなっ
た場合、光スイッチ機構(16)がポンプ(17)を作
動させ、補給液槽(18)中の補給液が、管路(19)
から電解槽へ補給される。この補給によって、光スイッ
チ機構(16)へ入る光強度が基準値と等しくなると、
ポンプ(17)は停止する。
【0035】本実施例に用いた補給液の組成は下記のと
おりであった。
【0036】 (NH4101241・5H2O …………… 100g/リットル くえん酸 ……………………………………… 110g/リットル PH(NH4OHで調整) ………………………… 5 なお、Ni材陽極(5)には、その表面不動態防止のた
め、CL- イオンの必要最小量が補給せられる。図中、
符(20)は、その先端がNi材陽極(5)に接触した
Ni材陽極の電位測定用電解液導管であって、その他端
は、電位測定部(21)に液絡している。測定された電
位が30秒以上1.1Vを示した場合、しきいスイッチ
(22)がポンプ(24)を作動させ、NH4CL水溶
液が、その貯槽(23)からテフロン製管路(25)を
経てNi陽極に供給され、電位が1.0Vに下ればポン
プ(24)は停止する。
【0037】本例では180AH/リットルまでの浴寿
命テストを行ったが。タングステン補給液中になんらの
Na+が含有されておらず、CL-イオンの供給も必要最
小限であり、浴液の基本組成が乱されることなく、W含
量44%の合金組成・外観のほぼ一定しためっき層が連
続して得られた。
【0038】本発明は以上のように構成されるから、未
だ試みられたことのないNi−W合金めっきの少なくと
も確認された180AH/リットルの連続化が可能とな
ったのである。しかも本発明によればめっき層中のW含
量は最高62%にも及ぶ低温かつ弱酸性電解浴に起因し
て、NH3 揮発に伴う環境汚染問題は消滅したのであ
る。なお電流効率は60%の好成績である。
【0039】
【発明の効果】本発明によれば、硫酸ニッケル、タング
ステン酸ナトリウムを含有し、くえん酸を有機錯化剤と
し、PHを6±2にアンモニアで調整された電解浴液
で、ステンレス材ならびにニッケル材を陽極として電解
するNi−W合金めっき方法に用いる補給液を、パラタ
ングステン酸アンモニウム100g/リットルとくえん
酸50〜200g/リットルとを含む溶液で行うことに
よって、連続めっきが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の装置の説明図である。
【符号の説明】
1 電解槽 2 電解浴 3 陰極 4 ステンレス材陽極 5 Ni材陽極 6 陽極バツグ 7 めっき電源 8(a,b,c,c,d,e) 電解液循環管路 9 冷却器 10 ポンプ 11 吸光度セル 12 コントロール電圧発生回路 13 ニッケルホイスタ基本制御回路 14 サーボモータ 15 旋光度セル 16 光スイッチ機構 17 ポンプ 18 補給液槽 19 管路 20 センサーチューブ 21 電位測定部 22 しきいスイッチ 23 NH4 CL水溶液貯槽

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 硫酸ニッケル、タングステン酸ナトリウ
    ムを含有し、くえん酸を有機錯化剤とし、PHを6±2
    にアンモニアで調整された電解浴中で、ステンレス材な
    らびにニッケル材を陽極とし、タングステン含有液を補
    給しつつ電解するNi−W合金の連続めっき方法に用い
    るNi−W合金めっき用補給液であって、パラタングス
    テン酸アンモニウム100g/リットルとくえん酸50
    〜200g/リットルとを含有することを特徴とするN
    i−W合金めっき用電解浴補給液。
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