JP5836985B2 - 金属めっきされたTi材の製造方法および多孔質電極の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明に関わるTi材は、湿度調整器の陽極多孔質電極として用いられる場合に最も好適な材料である。先ず、湿度調整器の断面図を図1に示す。湿度調整器100は、水の電気分解を利用して、筐体1の被湿度調整空間2を除湿するものである。電源8より電圧を陽極多孔質電極3と陰極多孔質電極7に印加すると、陽極側で電気分解反応(1)が、陰極側で電気分解反応(2)が起こる。
2H2O → O2 + 4H+ + 4e- 電気分解反応(1)
O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O 電気分解反応(2)
脱脂工程は、Ti素地表面の、有機異物と無機異物を洗浄除去する工程である。この工程に用いる脱脂液には、公知の脱脂液を使用する。例えば、水酸化ナトリウム、珪酸ナトリウム、炭酸ナトリウム等を含んだ6wt%脱脂液が使用できる。本発明において特に断らない限りwt%は、調整した混液全体に対する値をいう。温度、浸漬時間などの脱脂条件については、適正な清浄度を得るために適宜設定することができる。例えば、液温50℃、電流密度5A/dm2、処理時間1分とした電解脱脂を行うことで、Ti素地表面の油分を取り除くことができる。
第1酸活性工程は、次工程となるエッチング工程の際の穿孔処理を正確に行うために、Ti素地表面の酸化膜を取り除く工程である。この工程で表面の酸化膜を完全に取り除くことができていなかった場合、エッチング液による穿孔処理が、酸化膜に妨げられ、望む数の孔が形成できなくなる。この工程では、酸活性のための公知のる酸活性液を使用する。例えば、5wt%の酸性フッ化アンモニウム、1wt%の有機酸類、30wt%の塩酸等を含んだ酸洗浄液が使用できる。温度、浸漬時間などの第1酸活性工程の条件は、Ti素地上の酸化膜の厚さに応じて適宜設定することができる。例えば、液温25℃、処理時間1分とした酸活性を行うことで、Ti素地表面の酸化膜を取り除くことができる。すなわち、金属酸類水溶液に短時間浸漬して素材表面に残るアルカリを中和し、前処理中に生じた薄い酸化層を除去して表面を活性化する。
エッチング工程は、Ti素地表面に穿孔処理を施す工程である。この工程に用いるエッチング液は、チタンエッチングのための公知の液を使用できる。例えば、20wt%の硫酸と10wt%の有機酸等を含んだ混合液をエッチング液として使用する。Ti素地のエッチング条件については、所望のエッチング量とアンカーを得ることができるように適宜設定することができる。例えば、チタンエッチング液の液温度を90℃、Ti素地のチタンエッチング液への浸漬時間(エッチング時間)を5分以上とすることで、Ti素地の孔形成による密着強化の効果が得られる。エッチング液としてフッ化物を含む処理液を用いた場合、Ti素地との反応性が強すぎて、Ti素地が平滑に腐食される。一方、硫酸、塩酸と有機酸の混合液を用いた場合は、Ti素地の粒界を優先して腐食させるため、処理時間に応じた大きさの孔、凹凸を形成することができる。
第2酸活性工程は、エッチング工程で残存した酸化膜を除去する工程である。この工程に用いる処理液は、第1酸活性工程で使用した処理液と同じものを使用することができる。処理温度は25℃とする。浸漬時間は、エッチング工程で形成したTi素地中の孔を消失させないために、3〜10秒とし、ごく短時間の処理にとどめる。酸活性液としてフッ化物を含む処理液を用いた場合、エッチング工程中に再生成したTiの酸化膜を除去することができる。フッ化物を含む処理液はTi素地との反応性が強く、非常に短い時間で酸化膜の除去が可能である。
めっき工程は、エッチング工程で孔が形成され、第2酸活性工程で酸化膜が取り除かれたTi素地上に、めっき膜を施す工程である。本工程と第2酸活性工程の間には、酸活性処理液がめっき液に混入することを防ぐための水洗工程が存在する。水洗工程は約1分程度の処理であるが、水中でTi素地表面の一部が酸化することは避けられない。Tiが酸化した領域ではTi素地とPtめっき界面で分子間力による密着力を得ることはできない。本発明のめっき処理では、エッチング工程でTi素地中に孔が形成されている。この孔部分に析出したPtめっきとTi素地の間にアンカー効果が働くため、強固な密着力を得ることができる。この処理には、例えば、10wt%の硫酸にPtとして2%の水溶性白金塩を含んだめっき液等が使用できる。めっき条件については、必要とする膜厚に応じて適宜設定することができる。例えば、液温50℃、めっき時間8分とし、電流密度を1.0A/dmとすることで、0.25μm程度のPtめっき膜を得ることができる。
上記の全ての処理の間にはTi素地を純水中で揺動させながら、Ti素地表面に付着した処理液を洗い流す水洗工程が存在する。この水洗工程は、次工程への前工程の処理液の持ち込みを防ぐために行われる。この工程の処理温度は特に調整を要せず、室温と同程度で良い。処理時間に関しては、洗浄と同時に水中でTi表面に酸化膜が形成されるため、望ましくは1分以内にこの処理を終える。
第1酸活性工程を経たTi素地について、エッチング時間を変えたTi素地の断面を観察し、Ti素地の表面に形成される孔の数について調査した。孔はTi素地の平滑面に対して1μm以上内部方向にTiが腐食されている領域を1個として数えた。計測は、長さ100μmの断面に含まれていた孔の個数を調べた。
エッチング工程を経たTi素地について、第2酸活性工程の条件を変えたTi素地の断面からTi素地表面に形成される孔の数について調査した。孔はTi素地の平滑面に対して1μm以上内部方向にTiが腐食されている領域を1個として数えた。計測は、長さ100μmの断面に含まれていた孔の個数を調べた。
数が多い3秒の処理とする。
実施の形態2では、被覆金属の表面積を増加させる効果を発現させる条件について述べる。除湿器(湿度調整器)においては、外気に触れるPtの表面積を増やすことで、電気分解反応(1)が起こる領域を広くすることができる。Ptの表面積が増えれば、除湿素子の大きさを変えなくても、除湿性能は向上する。図4A〜図4Cに示すように、エッチング時間を長くすると、Tiの結晶粒が脱離する。Tiメッシュの表面にできる凹凸により、めっき膜が析出した際の表面積が広くなる。すなわち、エッチング工程の処理時間および、エッチング工程で生じた凹凸の平滑化作用を持つ第2酸活性工程の処理時間を調整することで、めっき膜の表面積を増加させることができる。他の工程については、実施の形態1に示しためっき工程と同一のものが使用できる。
幅150μm、厚さ50μmのメッシュ状の純Ti材を実施の形態1において説明した方法で処理を行った。脱脂処理工程においては、(株)ワールドメタル製のELC−400を使用し、電流密度5A/dm2で1分間通電処理を行った。その後、脱脂液からTi材を取り出し、純水で1分間洗浄した後、(株)ワールドメタル製のMC−Eを使用し、1分間Ti材料を浸漬処理した。その後、酸活性液からTi材を取り出し、純水で1分間洗浄した後、(株)ワールドメタル製のT-44を使用し、5分間Ti材料を浸漬処理した。その後、エッチング液からTi材を取り出し、純水で1分間洗浄した後、(株)ワールドメタル製のMC−Eを使用し、0〜60秒の範囲で処理時間を変化させ、浸漬処理を行った。その後、
酸活性液からTi材を取り出し、純水で1分間洗浄した後、(株)旭油脂製のプラチナメッキSを使用し、電流密度1A/dm2で処理時間を変化させ、1分間通電処理を行った。
Ptめっき膜の表面積を広くするためのエッチング工程の処理時間を除き、実施の形態1と同一である。幅150μm、厚さ50μmのメッシュ状の純Ti材を上記実施の形態2において説明した方法で処理を行った。脱脂処理工程においては、(株)ワールドメタル製のELC−400を使用し、電流密度5A/dm2で1分間通電処理を行った。その後、脱脂液からTi材を取り出し、純水で1分間洗浄した後、(株)ワールドメタル製のMC−Eを使用し、1分間Ti材料を浸漬処理した。その後、酸活性液からTi材を取り出し、純水で1分間洗浄した後、(株)ワールドメタル製のT-44を使用し、15分間Ti材料を浸漬処理した。その後、エッチング液からTi材を取り出し、純水で1分間洗浄した後、(株)ワールドメタル製のMC−Eを使用し、0〜60秒の範囲で処理時間を変化させ、浸漬処
理を行った。その後、酸活性液からTi材を取り出し、純水で1分間洗浄した後、(株)旭油脂製のプラチナメッキSを使用し、電流密度1A/dm2で処理時間を変化させ、1分間通電処理を行った。
エッチング工程による孔の形成を行わなかった場合の条件でめっきを行った。この場合、第1酸活性工程と第2酸活性工程が同じ液で連続した工程となるため、第1酸活性工程と第2酸活性工程をまとめ一つの工程とした。幅150μm、厚さ50μmのメッシュ状の純Ti材を実施の形態1において説明した方法で処理を行った。脱脂処理工程においては、(株)ワールドメタル製のELC−400を使用し、電流密度5A/dm2で1分間通電処理を行った。その後、エッチング液からTi材を取り出し、純水で1分間洗浄した後、(株)ワールドメタル製MC−Eを使用し、0〜60秒の範囲で処理時間を変化させ、浸漬処理を行った。その後、酸活性からTi材を取り出し、実施例13〜18(比較の形態1)はめっき前に純水で洗浄を行い、実施例19〜24(比較の形態2)はめっき前に洗浄を行わなかった。その後、(株)旭油脂製のプラチナメッキSを使用し、電流密度1A/dm2で処理時間を変化させ、1分間通電処理を行った。
Claims (8)
- 素地のTi材を脱脂液に浸漬して脱脂を行う第1工程と、
前記第1工程を経たTi材を水で洗浄する第2工程と、
前記第2工程を経たTi材を酸性水溶液に浸漬する第3工程と、
前記第3工程を経たTi材を水で洗浄する第4工程と、
前記第4工程を経たTi材をエッチング水溶液に浸漬する第5工程と、
前記第5工程を経たTi材を水で洗浄する第6工程と、
前記第6工程を経たTi材を、5wt%のフッ化物を含む酸性水溶液に3〜10秒浸漬する第7工程と、
前記第7工程を経たTi材を水で洗浄する第8工程と、
前記第8工程を経たTi材を金属塩を含む水溶液に浸漬して電解めっきを行う第9工程と、を備えている金属めっきされたTi材の製造方法。 - 第3工程でTi材を酸性水溶液に浸漬する時間を、第7工程で酸性水溶液に浸漬する時間よりも長く設定することを特徴とする請求項1に記載の金属めっきされたTi材の製造方法。
- 第1工程でTi材を浸漬する脱脂液は、アルカリ性水溶液からなることを特徴とする請求項2に記載の金属めっきされたTi材の製造方法。
- 第3工程でTi材を浸漬する酸性水溶液は、フッ化物を含むことを特徴とする請求項3に記載の金属めっきされたTi材の製造方法。
- 第5工程でTi材を浸漬するエッチング水溶液は、無機酸と有機酸を含むことを特徴とする請求項4に記載の金属めっきされたTi材の製造方法。
- 第9工程において、第8工程を経たTi材を、直接、金属塩を含む水溶液に浸漬して電解めっきを行うことを特徴とする請求項1に記載の金属めっきされたTi材の製造方法。
- 第9工程でTi材を浸漬する水溶液は、金属塩として貴金属塩を含むことを特徴とする
請求項5に記載の金属めっきされたTi材の製造方法。 - メッシュ状のTi材をアルカリ性水溶液に浸漬して電解脱脂を行う第1工程と、
前記第1工程を経たTi材を水で洗浄する第2工程と、
前記第2工程を経たTi材を酸性水溶液に浸漬する第3工程と、
前記第3工程を経たTi材を水で洗浄する第4工程と、
前記第4工程を経たTi材をエッチング水溶液に浸漬する第5工程と、
前記第5工程を経たTi材を水で洗浄する第6工程と、
前記第6工程を経たTi材を、5wt%のフッ化物を含む酸性水溶液に3〜10秒浸漬する第7工程と、
前記第7工程を経たTi材を水で洗浄する第8工程と、
前記第8工程を経たTi材を白金塩を含む水溶液に浸漬して電解めっきを行う第9工程と、を備えている多孔質電極の製造方法。
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