KR102305334B1 - 아연도금장치의 양극판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분극에 강한 아연 도금장치의 양극판 및 그 제조방법을 제안한다. 본 발명의 제조방법은, Ti베이스층의 표면을 전처리하는 전처리과정과, 전처리 완료된 Ti베이스층에 언더레이어를 성형하는 언더레이어 성형과정, 그리고 언더레이어 상에 촉매레이어를 성형하는 촉매레이어 성형과정으로 구성된다. 여기서 촉매레이어 성형과정은, IrO₂층 및 백금족 금속층이 교대로 각각 2층 이상 형성되는 것을 특징으로 한다. 그리고 백금족 금속층을 IrO₂층보다 두껍게 성형하게 되면, 분극에 더욱 강한 장점을 기대할 수 있다.

Description

아연도금장치의 양극판{A method for manufacturing anode plate}

본 발명은 전기 아연 도금장치의 양극판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 긴 수명을 가질 수 있도록 Ti 베이스층 상에 형성되는 2개 층이 다수로 구성되는 코팅층을 가지는 양극판에 관한 것이다.

도 1에는 일반적으로 판상의 금속 소재를 전기 아연 도금하는 장치가 예시적으로 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 소재(1)를 중심으로 상부 및 하부에는, 양극(anode)을 형성하는 상부 셀(10a) 및 하부 셀(10b)이 대칭으로 설치된다. 이러한 상부 및 하부셀(10) 사이로 음극을 형성하는 판상 소재(1)가 통과하며, Zn을 함유한 H₂SO₄ 용액의 Zn 양이온이 음극화된 판상 소재(1)에 흡착하면서 도금이 이루어지게 된다.

이와 같은 전기 아연 도금 장치의 상부 셀 및 하부 셀은 다수의 개별 소자로 구성된다. 양극 플레이트를 구성하는 이와 같은 소자는, IrO₂층(11a), Ta층(11b), 그리고 Ti베이스 층(11c)으로 구성된다. 그리고 소재(1)가 통과하는 양측의 에지(Edge) 부분에 대응하는 양극 플레이트에는, 시간의 경과에 따라 부식이 발생하여 점점 양극으로써의 역할을 상실하게 된다.

이러한 양극 플레이트의 수명은 코팅층의 소모와 밀접하게 관련되는 것으로 알려져 있다. 그리고 이러한 양극 플레이트의 표면에는 바이폴러 효과가 발생하여, IrO2 코팅층의 입계를 따라 분자 반경이 가장 작은 H₂가 침입하여 Ti 기판과 IrO₂코팅층 사이의 계면 박리가 발생하여 양극의 수명을 단축시키게 된다. 또한 산소의 발생으로 인하여 코팅층과 기판의 계면에서 산화물층이 형성되는 등 전기 전도도의 저하가 발생하는데, 이는 양극의 수명을 저하시키는 것이라고 할 수 있다.

본 발명은 전기 아연 도금장치에서, 양극판의 수명을 충분히 확보할 수 있도록 하는 제조방법을 제공하는 것을 기본적인 목적으로 한다. 특히 본 발명은 전기 아염 도금장치에서 음분극이 교대로 발생하는 환경하에서 셀 엣지부의 양극판의 수명을 향상시키는 것을 주 목적으로 한다.

본 발명의 아연 도금장치의 양극판 제조방법은, Ti베이스층의 표면을 전처리하는 전처리과정과, 전처리 완료된 Ti베이스층에 언더레이어를 성형하는 언더레이어 성형과정, 그리고 언더레이어 상에 촉매레이어를 성형하는 촉매레이어 성형과정으로 구성된다. 여기서 촉매레이어 성형과정은, IrO₂층 및 백금을 포함하는 백금족 금속층(이하 백금족 금속층)이 교대로 각각 2층 이상 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 아연 도금장치의 양극판은, Ti베이스층과, 상기 Ti베이스층 상에 형성되는 언더레이어, 그리고 상기 언더레이어 상에 형성되는 촉매레이어를 포함한다. 그리고 촉매레이어는, IrO₂층 및 백금족 금속층이 교대로 각각 2층 이상 구비된다.

여기서 상기 백금족 금속층은 IrO₂층보다 두껍게 성형되는 것이 분극 발생 이라는 환경을 고려하면 더욱 바람직하다고 할 수 있다.

이와 같은 방법에 의하면 만들어지는 본 발명의 촉매레이어는, 촉매레이어로써 사용되는 IrO₂층을 이용하면서도, 이러한 IrO₂층이 분극에 약한 점을 고려하여 상대적으로 분극에 강한 백금족 금속층을 그 상부에 성형하고 있음을 알 수 있다. 그리고 이와 동시에 이러한 IrO₂층 및 백금족 금속층을 교대로 적어도 2회 이상 성형하는 것에 의하여, IrO₂층 및 백금족 금속층이 적어도 2층 이상 적층된 형태의 촉매레이어가 만들어지고 있음을 알 수 있다.

따라서 본 발명의 제조 방법 및 아연 도금장치의 양극판에 의하면, 산성을 띠는 도금용액에는 강하지만 분극에 약한IrO₂층을 백금족 금속층으로 커버할 수 있도록 함과 동시에, 이들 두 개의 층을 다층으로 성형함으로써, 충분한 수명을 확보할 수 있는 작용 효과를 가지고 있음을 알 수 있다.

도 1은 일반적인 전기 아연 도금장치를 보이는 설명도.
도 2는 일반적인 전기 아연 도금장치의 양극판의 구성을 보인 설명도.
도 3은 본 발명의 양극판 제조방법을 보인 플로챠트.

다음에는 도면에 도시한 실시 예에 기초하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 살펴보기로 한다.

도 3은 본 발명의 아연도금장치의 양극판 제조방법의 순서를 보인 플로챠트이다. 그리고 본 발명의 제조방법은 새로운 Ti베이스판을 이용하는 생산에도 적용할 수 있음은 물론이고, 일정한 기간 동안 사용한 후 양극판을 재생하는 경우에도 적용 가능하다. 도시한 바와 같이 본 발명의 양극판 제조방법은, Ti 베이스판을 전처리하는 전처리과정(S110)으로 시작된다.

이러한 전처리과정(S110)은, 소재 표면에서 손상된 부분을 제거하거나, 양극판의 재생인 경우에는 잔존 코팅 피막을 박리시켜 제거하는 과정도 포함한다. 그리고 전처리과정은 Ti 베이스판의 불순물을 제거하기 위한 전해탈지과정, 그리고 산세정 과정을 포함할 수 있다.

이와 같은 전처리과정을 통하여, 모재인 Ti 베이스판의 표면의 불순물을 제거함으로써 필요한 코팅층의 형성이 완료되면, 다음에는 언더레이어(Under layer)가 형성된다(S112). 이와 같은 언더레이어의 성형은, 모재인 Ti 베이스판을 보호함으로써 기본적으로 전극 수명을 확보할 수 있도록 하는 과정이라고 할 수 있다. 그리고 이러한 언더레이어는 종래의 것과 동일한 성분 및 과정을 통하여 이루어지는데, 예를 들면 Ta층으로 성형될 수 있다.

이러한 언더레이어의 상부에는 촉매레이어(Catalytic layer)가 형성된다(S114). 종래의 촉매레이어는 IrO₂층으로 성형하였으나, 이러한 IrO₂층은 분극에 아주 약하기 때문에 위에서 언급한 바와 같은 단점을 가지고 있었다. 따라서 본 발명에서는, 촉매레이어를 두 개의 층이 한 세트의 층을 형성하되, 이러한 세트가 다수층 성형되도록 성형하는 것을 기본적인 기술적 특징으로 하고 있다.

이러한 촉매레이어의 성형과정(S114)은, 상술한 언더레이어 상에 IrO₂층의 성형이 완료된 후, 그 상부에 백금족 금속층을 형성한다. 그리고 이와 같은 IrO₂층과 백금족 금속층은 다수층으로 성형된다. 예를 들어 IrO₂층 및 백금족 금속층을 각각 2층으로 성형하는 경우, 제116과정에서 IrO₂층 및 백금족 금속층이 각각 성형된 횟수를 판단하여, 그 미만인 경우에는 제114과정을 반복함으로써, IrO₂층 및 백금족 금속층이 각각 복수 개로 성형되도록 한다.

이와 같은 IrO₂층 및 백금족 금속층의 층수는 적어도 2개 층 이상으로 성형해야 하는데, 예를 들면 각 층의 성형공정을 10회 이상 반복하는 것에 의하여 10층 이상의 IrO₂층 및 백금족 금속층을 성형하는 것도 가능하다. 그리고 이러한 IrO₂층 및 백금족 금속층이 교대로 성형되는 촉매레이어의 성형 방법은, 각 성분 분말을 용제에 넣어서 액상화한 후 브러쉬로 도포한다. 그리고 이를 고온 분위기에서 소성시키는 열산화 처리를 통하여, 상술한 바와 같은 각각의 IrO₂층 및 백금족 금속층이 만들어지는 것이다. .

이와 같은 본 발명의 촉매레이어는, 촉매레이어로써 사용되는 IrO₂층을 이용하면서도, 이러한 IrO₂층이 분극에 약한 점을 고려하여 그 상부에 상대적으로 분극에 강한 백금족 금속층을 성형하는 점에 착안하고 있다. 이와 동시에 이러한 IrO₂층 및 백금족 금속층을 교대로 적어도 2회 이상 성형하는 것에 의하여, IrO₂층 및 백금족 금속층이 적어도 2층 이상 적층된 형태의 촉매레이어가 만들어질 수 있을 것이다.

이와 같이 본 발명에서는, 산성을 띠는 도금용액에는 강하지만 분극에 약한IrO₂층을 백금족 금속층으로 커버할 수 있도록 함과 동시에, 이들 두 개의 층을 다층으로 성형함으로써, 충분한 수명을 확보할 수 있도록 하는 점에 기술적 주제가 있음을 알 수 있다. 이와 같은 다층 구조는 IrO₂층 또는 백금족 금속층이 부분적으로 손상된다고 하더라도 일반적으로 기대되는 충분한 시간 동안 정상적인 기능을 가질 수 있을 것으로 기대된다.

이러한 촉매레이어 성형과정에서, 각 레이어의 두께는 아연 도금장치의 양극판의 기능으로써 큰 영향을 미치지는 않지만, 분극의 발생을 고려하면, 백금족 금속층의 두께가 상대적으로 두꺼운 것이 바람직할 수 있다. 실제 아연 도금장치에서 전류 등의 영향에 의한 분극은 코팅층의 손상 또는 소모 등에 큰 영향을 미치는 점을 고려하면, 백금족 금속층을 상대적으로 더 두껍게 성형하는 것이 바람직할 것이다.

이와 같이 하여 제116과정(S116)에서 촉매레이어의 성형이 완료되면, 제118과정에서 후처리 과정이 시행된다. 이러한 후처리 과정은 실질적으로 아연도금을 위한 양극판으로써의 기능을 가질 수 있도록 하는 것으로, 예를 들면 접점 밸런스, 부분적이 연마, 그리고 접점의 Pt처리(0.2~0.5㎛) 등을 포함할 수 있다. 그 외에도 Ti베이스판 상에 상술한 언더레이어 및 촉매레이어가 처리된 후, 아연도금용 양극판으로 사용되기 위하여 필요한 처리를 모두 포함될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명은, Ti베이스층 상에 IrO₂층 및 백금족 금속층을 교대로 적어도 2층 이상 성형하는 것을 기본적인 기술적 주제로 하고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 기술적 범주 내에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 다른 여러 가지 변형이 가능할 것임은 물론이고, 그 보호범위는 청구범위의 기재에 기초하여 해석되어야 할 것임도 특허법의 규정 취지상 당연할 것으로 생각된다.

S110 ..... 전처리과정
S112 ..... 언더레이어 성형과정
S114 ..... 촉매레이어 성형과정
S116 ..... 후처리과정

Claims (3)

1. Ti베이스층과, 상기 Ti베이스층 상에 형성되는 언더레이어, 그리고 상기 언더레이어 상에 형성되는 촉매레이어를 포함하고;
   상기 촉매레이어는 IrO₂층과 백금족 금속층이 교대로 2층 이상 구비되며;
   상기 백금족 금속층은 IrO₂층보다 두껍게 성형되는 아연 도금장치의 양극판.
   
   
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