JPS5817836B2 - 高電流密度において鉄箔を形成する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明の背景 本発明は、回転しているカソード上に、鉄箔を電気分解
的に析出する改良された方法に関するものである。

適当な電解液の電気分解によって、回転しているカソー
ド上に鉄箔を製造することは知られていｔも例えば、米
国特許第３，８１７，８４３号がある。

この特許において、鉄箔を電気析出する技法が開示され
ているが、この技法は、回転するカソードと、非消費性
アノードを用いるものである。

上記特許に記載された技法は、鉄箔を製造するのに適当
なものであるが、このようにして製造された箔は、最適
な物理的特性を示すものではない。

例えば、この方法にとって、ｐＨを低くすることが必須
であるが、このことによって、水素脆質化が予想される
。

それに加えて、使用される電流密度が低いために、箔析
出の速度は、化学的な立場から云えば例外的な遅さであ
る。

従って、本発明の主要な目的は、回転しているカソード
上に物理的特性のすぐれた鉄箔を電解的に析出させる改
良された方法を提供することである。

本発明の他の目的は、下記の記載（明細書）、および、
上記記載（クレーム）を読むことにより、当業者にとっ
て明らかになるであろう。

本発明の要約 本発明は、一般に、所定電流の作用下において、電解液
中に可溶性の鉄イオンを生成することのできる鉄含有ア
ノードを用いて、回転しているドラムカソード上に鉄箔
を電気析出する改良された方法に関するものである。

更に詳しく述べるならば、回転しているドラムカソード
上に鉄箔シートを電解的に形成する方法が提供され、こ
の方法は、下記の工程： 回転可能に設置されたドラムカソードから間隙をおいて
、鉄を含むアノードを設け、前記カソードと前記アノー
ドとの間の間隙に電解液を収容できるようにし、但し前
記アノードは前記電解液に可溶な鉄イオンを形成できる
ものであり、前記電解液中の第一鉄イオンを、リットル
当り１２０グラム以上、但し、１６２グラムより少ない
範囲内に維持しながら前記電解液、例えば、塩化第一鉄
水溶液を含む電解液を、前記カソードと前記アノードと
の間に、例えば６１ ｃｍ／秒から約３０５ＣｒｒＬ／
秒（約２ないし約１０フイート／秒）の範囲の速度で流
し、 前記電解液のｐＨを３．３から４．７の範囲内に維持し
て、前記第一鉄イオンの沈澱を防止し、前記電解液を外
気温度より高く、シかし、その沸彊点よりは低い温度に
加熱し、 前記カソードを、その少なくとも一部が、前記電解液を
通るように回転し、 前記カソードと前記アノードの間に、直流電流を、９３
０．２５ｆｆｌ（平方フィート）当り少くとも約８００
アンペアのカソード電流密度で流して、鉄を前記カソー
ド上に析出させ、そして、このようにして形成された鉄
箔を、前記カソードから取り出す、 ことを含むものである。

図面の説明 添付図面は、本発明を実施するために用いられる装置の
断面説明図である。

添付図面に示された事項は、本発明を説明するためのも
のであって、本発明をそれらに限定するものではない。

この図面には、本発明の実施に用いられる回転カソード
電気メツキ装置が示されている。

特に、ここに示されている電気メツキ装置全体は、参照
番号１０で示されている。

この装置は外殻１２を有し、この外殻１２は、四部１４
を有し、その中にアノード１６を収容するようになって
いる。

ドラムカソード１８が、軸１９のまわりに回転可能に設
置されていて、アノード１６との間に間隙をあけて位置
し、それらの間に、間隙（又は通路）２０を形成してい
る。

カソードの形は通常は円筒状である。

電解液３２が送入口２２を通して間隙２０に導入される
。

操作の際には、回転カソードの少なくとも一部の表面が
電解液中に浸漬され、アノードとカソードとの間に伝導
性通路が形成される。

電解液はアノードとカソードとの間に、所望速度で流さ
れ、排出口２４を用いて間隙２０から排出される。

カソードは直流電流のマイナス源（図示されていない）
に連結されている。

同様にアノードは直流電流のプラス源（図示されていな
い）に接続されている。

カソードとアノードとの間の距離は、アノード調節手段
２６により調節される。

回転カソードとアノードとの間の間隙を一定に保ち、鉄
箔の電気的析出を精密に調節できるようにすることが好
ましい。

電流がアノードとカソードの間に流れるようになり、そ
して電解液がセル（電解槽）を通って流れるようになっ
たとき、鉄箔が回転カソードの表面２８上に析出する。

このようにして析出した箔を、次に適宜な手段により、
前記表面から取り出す。

このとき一般には、箔をすすぎ洗いし、乾燥する工程を
経て行われ、参照番号３０で示されている巻き取り手段
により取り出される。

上記の電気メツキ装置の種々の構成部分は、適当な材料
により形成される。

実際には、カソードの表面をチタニウム、又は、チタニ
ウムを基本とする合金から形成することがもつとも望ま
しいことが認められている。

アノードは、慣用の鉄を基本とする材料、例えば１０１
８軟鋼からなることが好ましい。

本発明の実施に適した装置の前記記述は、説明の目的だ
けになされたものである。

本発明を実施する目的のために種々の改変を、前記装置
に加えてもよい。

本発明の好ましい態様の説明 本発明の実際において、利用される電解液は、塩化第一
鉄の水溶液である。

最適の電導塵を得るためには、溶液中の第一鉄イオンの
濃度は約１２０グ／１以上でかつ、１６２グ／ｌより少
し少ない範囲になければならないことが見出された。

少なくとも１２０Ｐ／７の第一鉄イオンを用いると理想
的な電解液型導度が得られる。

この電導塵は約１６２Ｐ／７までの第一鉄イオン濃度で
、はぼ一定に保持される。

この点に到達した後、電解液型導度は減少する。

これに加えて、約１６２１／ｌないし約１８２ｆ／Ａの
範囲内の第一鉄イオン濃度で製造された鉄箔は一般に極
めてもろいものである。

従って、第一鉄イオン濃度が約１２０？／１１ないし１
６２ ？／１３よりわづかに低い値の範囲内にあること
が重要である。

前述において第一鉄イオン濃度の望ましい範囲について
述べたが、約１２０ないし約１５０ ？／１３の第一鉄
イオン（ＦｅＣ１２として）を含む電解液を用いて製造
された鉄箔が、よりよい展延性を示すことが認められて
いる。

従って、高展延性を有する箔が所望のときは、電解液中
の第一鉄イオンの最大濃度は約１５０Ｓ’／７を越えて
はならない。

電解質のｐＨは、溶液の第一鉄イオンを保持するように
定められる。

実際には、電解液のｐＨを、約３．３ないし約４．７の
範囲に保持することが好ましい。

前記の範囲で操業することにより、電解液中の水素イオ
ン濃度は減少し、カソード上に析出する水素の量が最少
になり、それにより、箔の脆質化の主要原因を避けるこ
とができる。

メッキ間に、電解液は、その電導塵を高め、析出物中の
歪を分散し、かつ、展延性を改善するために外気温度よ
り高い温度に加熱される。

好ましくはそれをその沸騰点に近い温度に保持する。

上記のタイプの塩化第一鉄含有電解液に関し、約１００
ないし約１０５℃の範囲の温度を有する電解液をもって
メッキするのが一般である。

しかし、約８５℃ないし、電解液の沸騰点の範囲の温度
でも鉄箔を析出することができる。

操業の際、電解液は、約６１ないし９１．５ＣｒｒＬ／
秒（約２ないし３フイ一ト／秒）から３０５ｃｒｒＬ（
１０フイート）７秒までの範囲の流速でカソードとアノ
ードとの間を流れるようにされる。

一般に、低い電流密度が用いられたときは、低い流速が
用いられる。

しかし、所望量の第一鉄イオンを生成するために、メッ
キ操作問にアノードとカソードの間に十分な電解液が提
供されることが要求される。

実際には、図面に示されたタイプの装置を用い、９３０
．２５ｆｆｌ’（平方フィート）当り約８００アンペア
以上、好ましくは、約８００ないし３６００アンペアの
範囲のカソード電流密度で操業することにより、所望の
鉄箔が製造されている。

このようにして製造された鉄箔は歪および穴がなく、ま
たカソードから容易に取り出される。

上記の範囲内の電流密度で操業することによって好適な
鉄析出物を迅速に得ることが可能になる。

カソードを適当などんな速度で回転してもよい。

回転の正確な回転数は経験的に定められる。

鉄が不連続に、又は凸凹に析出するような状態でカソー
ドが回転してはならないことは自明である。

下記は、本発明の実際の実施例である。

用いられた装置は図面に示されているような一般的タイ
プのものである。

カソードは３０．４８Ｘ６０．９６ｃｆｒＬ（１２Ｘ２
４インチ）の円筒状ドラムでチタン表面を有していた。

しかし試験の目的のためにドラムの中央部の１５．２４
ｘ １５．２４ｃｒｒＬ（６ｘ ６インチ）のメッキ
面積が用いられた。

アノードは１０１８軟鋼から形成された。

１９．０５／１０００ないし２５４／１０００１００Ｏ
，７５ないし１０ミル）の範囲の厚さの析出物が生成し
た。

実施例 １ ３００、０ ？／１１のＦｅＣ１□（１３２，０？ ／
ｌｌの第一鉄イオン）からなる処理浴を調製した。

この溶液のｐＨは塩酸を用いて約３，１５ないし４．４
の範囲内に調節した（すなわち、処理液はＦｅＣｌ２と
Ｈ（ｌのみを含む水溶液であった）。

この溶液を約１０１℃に加熱した。

この電解液を、アノードとカソードの間で、約１２２ｃ
ｒＩＬ（４フイート）７秒の速度で流れるようにした。

ドラムを０．０２ｒｐｍの速度で回転した。

このアノードとカソードとの間に、電流密度が約８００
アンペア／９３０．２５ＣＩＩＬ（平方フィート）にな
るように電流を流した。

約５１８．５Ｃ：ｆｒＬ（１７フイート）の箔が製造さ
れた。

箔の厚さは約２６６．７／ １０００ｍｍ（１Ｏ，Ｓミ
ル）であった。

このようにして製造された箔を、慣用の方法によりドラ
ムから連続的に取り出した。

それから採取された試験片を金属組織学的に評価した。

この金属組織学的評価はすべての実施例において視覚的
な評価と展延性測定評価の両者を行なった。

というのは高展延性は低応力を意味するからである。

箔についての展延性試験はＡＳＴＭ規格Ｅ３４５試験法
に従ってインストロン試験機（モデル１１３０）を用い
て行なった。

そして、得られた鉄箔は本質的に純粋（９９，９％）で
歪がなく、展延性の高い（６％）ものであることが認め
られた。

実施例 ２ ３０２、０ ？／１３のＦ ｅ Ｃｌ ２ （１３３，
０？ ／７の第一鉄イオン）からなる処理浴を調製した
。

この溶液のｐＨは塩酸を用いて約３．３５ないし４．７
の範囲内に規定した（すなわち、処理液はＦｅＣｌ２と
ＨＣ７のみを含む水溶液であった）。

この溶液を約９８ないし１０６℃に加熱した。

この電解液を約３０５ｃＩｒＬ／秒（１０，０フイ一ト
／秒）の速度でアノードとカソードの間を流れるように
した。

ドラムを０．０７２ないし０．２７ ｒｐｍの速度で回
転した。

このアノードのカソードの間に電流を流し電流密度が約
８００ないし３０００アンペア／９３０．２５ｄ（平方
フィート）になるようにした。

用いられた特定電流密度は８００．１０００ 。

１２００．１６００．２０００．２４００゜２８００、
および３０００アンペア／９３０．２５ｄ（平方フィー
ト）であった。

各電流密度で製造された箔は約３０５ないし４５７．５
ＣｒＩＬ（１０ないし１５フイート）の長さのものであ
った。

合計４７．２７５ｍ（１５５フイート）の箔が製造され
た。

箔の厚さは約５０．８７１０００ｍｍ（２，０ミル）で
あった。

このようにして製造された箔はドラムから、慣用の方法
により、連続的に取り出された。

それから採取された試験片を金属組織学的に評価したと
ころ、得られた鉄箔は本質的に純粋で歪がなく、展延性
の高いものであることが認められた。

実施例 ３ ３２０．０ ？／ｌｊのＦｅＣｌ２（１４１，Ｏｆｆ／
１１の第一鉄イオン）からなる処理浴を調製した。

この溶液のｐＨは塩酸を用いて約４．５５ないし４．６
７の範囲内に規定した（すなわち、処理液はＦｅＣＡ’
２とＨ（ｌのみを含む水溶液であった）。

この溶液を約１０１ないし１０４℃に加熱した。

この電解液をアノードとカソードの間で約３０５Ｃｒｒ
Ｌ／秒（１０，０フイ一ト／秒）の速度で流れるように
した。

ドラムを０．１５ないし０．４ ｒｐｍの速度で回転し
た。

電流をアノードとカソードの間に流し電流密度が約１２
００ないし３２００アンペア／９３０、２５ｉ（平方フ
ィート）になるようにした。

３２００アンペア／９３０．２５ｆｆｌ（平方フィート
）において析出した約６１０ＣｒｒＬ（２’０フイート
）の箔とともに、約１８３０ｃｒｔ′Ｌ（６０フイート
）の箔が製造された。

この箔の厚さは約３０．４８／１０００１００Ｏ，２ミ
ル）であった。

このようにして製造された箔を慣用の方法によりドラム
から連続的に取り外した。

それから採取された試験片を金属組織学的に評価したと
ころ、得られた箔は本質的；こ純粋で歪がなく、展延性
が高いことが認められた。

上述のように、カソードおよびアノードの両者を用いて
、高電流密度において、丈夫な、展延性に富む鉄箔が、
約１００％の電気化学的効率をもって製造するための方
法が初めて提供されたという点に注目しなければならな
い。

これらの結果は電解液の化学的組成、そのｐＨｓ温度、
および、電流密度を注意深く制御すること１とよって得
られたものである。

ここでは、現在、本発明の好ましい態様と考えられてい
ることについて記述されているが、本発明から逸脱する
ことなく種々の変更や改変をなし得ることは、当業界の
専門家にとって自明のことである。

従って本発明の真の思想と範囲内に含まれるような前述
の変更や改変は前記特許請求の範囲によってカバーされ
るも、のである。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明の実施に用いられる装置の断面説明図で
ある。 １０・・・・・・電気メツキ装置、１２・・・・・・外
殻、１４・・・・・・凹部、１６・・・・・・アノード
、１８・・・・・・ドラムカソード、１９・・・・・・
回転軸、２０・・・・・・間隙、２２・・・・・・送入
口、２４・・・・・・排出口、２６・・・・・・アノー
ド調節手段、２８・・・・・・カソード表面、３０・・
・・・・巻取り手段、３２・・・・・・電解液。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転しているドラムカソード上で鉄箔シートを製造
   するに際し、下記の工程： 回転可能に設置されたドラムカソードから間隙をおいて
   、鉄を含むアノードを設け、前記カソードと、前記アノ
   ードの間の間隙に電解液を収容できるようにし、但し、
   前記アノードは、前記電解液に可溶な鉄イオンを形成で
   きるものであり、前記電解液中の第一鉄イオンの濃度を
   リットル当り１２０グラム以上、但し１６２グラムより
   少い範囲内に維持しながら、前記電解液を、前記カソー
   ドと前記アノードの間に流し、 前記電解液のｐＨを３．３から４．７の範囲内に維持し
   て前記第一鉄イオンの沈澱を防止し、前記電解液を、外
   気温度より高く、シかし、その沸騰点より低い温度に加
   熱し、 前記カソードを、その少なくとも一部が、前記電解液を
   通るように回転し、 前記カソードとアノードの間に直流電流を９３０、２５
   ｉ（平方フィート）当り８００アンペアから３６００ア
   ンペアまでのカソード電流密度で流して、鉄を前記カソ
   ード上に析出させ、そして、 このようにして形成された鉄箔を、前記カソードから取
   り出す、 を含む、鉄箔の電解的製造方法。 ２ 前記電解液が、前記アノードと前記カソードとの間
   に、秒当り６１（Ｉ’ｍないし３０５ｃｒｎの流速で流
   される、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 前記電解液が、１００ないし１０５℃の範囲内の温
   度に加熱される特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４ 前記電解液が、リットル当り、１２０グラムから１
   ５０グラムまでの第一鉄イオンを含んでいる、特許請求
   の範囲第１項記載の方法。