JPS5893886A - 電気メツキ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鉄の電気メツキ方法に関する。

従来、鉄の防錆、防蝕、溶接性改良などを目的として種
々の電気メツキ方法が実施され、まｌた開発されている
。特に工業的な鉄車の電気メツキ方法においては、例え
ばメツキラインのメーツキ槽を減少させるなど設備を小
さくするためにも、電流密度を大きくすることが望まれ
ている。

一般に、電気メツキ方法における陽極としては、可溶性
陽極又は不溶性陽極が用いられている。このうち、不溶
性陽極を用いる場合、陽極をイオン交換膜の隔膜でメッ
キ浴から分離した陽極室内に設置する方法が種々提案さ
れており、例えば特公昭ｓ　１−２９　ｏ　ｏ号公報に
は隔膜として陰イオン交換膜を用いる合金メッキ方法が
記載されている。

しかし、イオン交換膜には一般に限界電流密度が存在す
るために、それ以上で電流を流した場合、イオン交換膜
のイオンが供給される側（脱塩側）の膜界面において、
水の分解（Ｈ＋と０Ｈ−）を生ずる。そのために、スケ
ール成分が存在する場合にはＯＨ−によって沈殿する障
害を生じたり、また陰イオン交換膜におい′てはＯＨ−
が膜中を通過することによりアルカリ焼けを生じ、膜性
能が急激に低下して使用に耐えなくなる。したがって、
陰イオン交換膜を用いる電気メツキ方法においても、電
流密度を太き（することが困難である。

本発明者らは、不溶性陽極をイオン交換膜によりメッキ
浴から分離した陽極室内に設置したメツ４槽を用いる鉄
筒の電気メツキ方法について鋭意研究の結果、この陽極
室における硫酸濃度を特定以上に高めた場合には、電流
密度を大きくしても何ら支障な（、電気メッキできるこ
とを見出して本発明を完成した。

本発明は、鉄鋼の電気メッキにおいて、不溶性陽極を陰
イオン交換膜又は両性イオン交換膜によりメッキ浴室か
ら分離した陽極室内に設置し、この陽極室における硫酸
濃度を５０ｇ７１３以上に保持することを特徴とする電
気メツキ方法である。

本発明方法の実施態様を以下図面により説明する。メッ
キ槽１は陰イオン又は両性イオン交換膜（以下イオン交
換膜）２により、メッキ浴室６と陽極室４に分離されて
いる。陽極室４内には不溶性陽極５を設け、不溶性陽極
５及び被メッキ物（鉄９＠）６を電源７と接続する。陽
極室５には、硫酸液貯槽８がらポンプ９により所定濃度
の硫酸が供給される。溶解槽１ｏで調製されたメッキ浴
は、ポンプ１１により調整槽１２に送られ、溶液の濃度
及びｐＨを調製したのち、ポンプ１３によりメッキ液貯
槽１４に送られ、次いでポンプ１５によ′リメッキ浴室
６へ供給される。

陽極室５と硫酸液貯槽８の硫酸は循環することができ、
また硫酸液貯槽８の硫酸を溶解槽１゜に送り、メッキ浴
の調製に使用することもできる。この際硫酸中にＦｅ’
Ｓ＋が存在する場合は、還元処理、キレート剤などによ
りＦｅ　　を除去することが好ましい。

メッキ浴はメッキ金属の硫酸塩を含み、この硫酸塩濃度
は、メッキする金属により異なるが、一般に１〜３モル
／１、好ましくは２〜３モ乞４である。陽極室４には濃
度５０　ｇ７４３以上、好ましくは６０９／−６以上の
硫酸を入れる。次いで常法により電気メッキを行う。

不溶性電極５と鉄筒６との間にメッキ電圧が印加される
と、メッキ浴中に解離している金属イオンの放電が起こ
り、金属が鉄鋼６０表面に析出する。一方、メッキ浴中
の硫酸イオン（ＳＯＺ−）はイオン交換膜２を透過して
陽極室４内に移動し、不溶性陽極５の表面で発生する水
素イオンと反応して硫酸が生成する。この結果、メッキ
浴室６では析出した金属に相当する硫酸塩が消失し、こ
れに相当する硫酸が陽極室４で生成する。

本発明方法においては陽極室４の硫酸濃度を５０　ｇ／
４３以上、特に６０９／１３以上に保持することが極め
て重要である。これにより５５　％ｍ２以上の電流密度
で支障なく電気メッキを行うことができる。工業的には
４０〜２００　Ａ　／ｄｍ”、好ましくは５０〜１５０
Ａ／ｄｍ２で行われる。これに対して、陽極室の硫酸濃
度を５０１１／４３より低くして電気メッキした場合に
は、電流密度を大きくするにしたがって、陰イオン交換
膜にけ アルカリへの色調変化が認められ、さらには膜の強度及
び性能が低下する。したがって、陰イオン交換膜に破損
が生じた場合には、メッキ浴と陽極液とが混合するため
、メッキ浴のｐＨが異常に変化するとともに、メッキ浴
のＦｅ２＋が陽極室に移行して酸化されＦｅ３＋が増加
する結果を招く。Ｆｅ　の増加は、メッキ浴において被
メツキ物裏面のＦｅやコンダクタ−ロールにッケルメツ
キなど）の腐食を促進するばかりでなく、ｐＨが６以上
では水酸化第２鉄となり、メッキ浴の管理上から問題で
ある。

本発明の電気メツキ方法において、電流密度を大き（で
きる理由は定かでないが、陰イオンは 交換膜にアルカリ焼、が全（認められないことから、限
界電流密度が非常に高くなっているか、あるいは実質的
に消滅しているものと推測している。すなわち、陰イオ
ン交換膜は一般にＨに対して透過し易い性質を有してい
るが、本発明においては陽極室の硫酸濃度を高（するに
したがって、陽極室に生成したＨ＋が陰イオン交換膜を
通してメッキ浴室へ透過するため、硫酸の生成効率が減
少していくことを確認している。したがって、陰イオン
交換膜におけるＨ＋の透過作用に・より限界電流密度が
太き（なり、または消滅するものと推考する。また、本
発明において両性イオン交換膜を用いた場合には、陰イ
オン交換膜と同等又はそれ以上にＨ＋の透過作用を有す
るためか、陰イオン交換膜を用いる場合よりも、陽極室
の硫酸濃度を多少低くしても、電流密度を大きくできる
。両性イオン交換膜とししは、陰イオン交換基と陽イオ
ン交換基との全交換容量のうち陽イオン交換容量が１０
〜４０％のものが好ましい。

一般に電気メッキにおいては、ジュール熱が発生して液
温か上昇するために、熱交換器などにより除熱し、メッ
キに最適がっ除熱に経済的な液温か保持される。本発明
において電流密度を大きくして電気メッキを行う場合に
は、溶液の除熱量も大きくなるが、特に使用するイオン
交換膜の発熱が問題になる。本発明のメッキ浴及び陽極
室の硫酸液の温度が一般に７０°Ｃ以上で、かつ電流密
度を特に５０　Ａ　／　ｄｍ２以上にして電気メッキを
行う場合には、イオン交換膜に熱焼が起こり、性能低下
が生じる場合がある。

このため本発明の電気メツキ方法においては、液温を７
０℃以下に維持することが好適である。

本発明に用いられる陰イオン交換膜としては、第４級ア
ンモニウム塩、例えばＮ−ベンジルトリメチルアンモニ
ウム塩を含有する強塩基***換膜、−級ないし三級アミ
ノ基を含有する弱塩基***換膜のいずれでもよい。機械
的強度、耐熱性及び耐酸化性に優れた陰イオン交換膜は
市販されており、容易に入手することができる。

また両性イオン交換膜は、例えば前記の陰イオン交換膜
に硫酸などを作用させ、スルホン基を導入することによ
り得られる。

不溶性陽極としては、耐久性に優れ、安価で利である。

そのほかチタニウム、ニオブ、タンタルなどの金属表面
を、イリジウム、パラジウムなどの白金族金属の酸化物
で被覆するか又は白金メッキして用いてもよい。不溶性
電極は発生ガスによる電気抵抗の増大を抑制するような
形状、例えば平板状、網状、ラス状、棒状などが好まし
い。

不溶性陽極として、特に鉛系の金属を用いろ場合は、陽
極室４の硫酸に混入する不純物によって、イオン交換膜
の性能が劣化する傾向がある。このような場合にイオン
交換膜の性能を維持するためには、硫酸を還元処理する
ことが好ましい。還元処理法としては、一般に硫酸に亜
硫酸ソーダ、酸性亜硫酸ソーダ、ヒドラジン、アスコル
ビン酸などを添加する方法が用いられろ。

硫酸を活性炭で処理することも効果的である。

本発明の電気メツキ方法によれば、電流密度を大きくで
きるため、短時間でメッキすることができる。したがっ
て特に鉄の縁状、コイル状、板状物を連続的に電気メッ
キする場合に、メツキラインにおけるメッキ槽を減少で
き一工業的に極めて有利である。

本発明の電気メツキ方法は、鉄、亜鉛などの単一金属メ
ッキ及び亜鉛−ニッケル、亜鉛−鉄、亜鉛−コバルトな
どの合金メッキに用いることができる。本発明方法は、
軟鋼、鋼、鉄合金などの鉄製品を対象とすることができ
る。

実施例１ 図面に示されるメッキ装置において、メッキ浴室３を硫
酸亜鉛（７水塩）濃度２５０９／４３及び硫酸ナトリウ
ム１ｏ　ｏｇ／ｌの濃度でｐＨ２の亜鉛メッキ液で満た
し、陰イオン交換膜２（ネオセプタＡＣＨ−４５Ｔ、徳
山曹達社製）で隔てた陽極室４内に、白金を陽極５とし
て設置し、陽極室４には１００ｆｉ／４３の硫酸を満た
した。陽極室４の硫酸濃度を一定に保持しながら、１２
０Ａ／ｄＩｎ２の電流密度で被メッキ物としての鋼板に
亜鉛の連続メッキを行った。

その結果、１力月以上を経過しても、陰イオン交換膜に
アルカリ焼けなどの異常は生ぜず、またメッキ浴中のＦ
ｅ　　イ“オ／濃度は被メッキ物の裏面からの溶出によ
り徐々に増加したが、約１００　ｐｐｍで平衡状態にな
り、Ｆｅ　　イオン濃度は数ｐｐｍに抑制され、亜鉛メ
ッキは良好であった。

比較例１ 実施例１と同様にして、ただし陽極室４の硫酸濃度を４
０ｇ／、、ｅとして、亜鉛メッキを行った。その結果、
２４時間経過後には陰イオン交換膜にアルカリ焼けの色
調変化がみられ、そのため膜強度が低下し、一部破損も
認められた。

実施例２ メッキ浴室３を硫酸亜鉛７水塩１５ｏｇ／−ｅ、硫酸第
一鉄７水塩ｚｓｏｇ／−ｇ−及び硫酸ナトリウム１ｏｏ
、９／−ｇの組成で、ｐＨ２の鉄−亜鉛メッキ液で満た
し、陰イオン交換膜２で隔てた陽極室４に白金の陽極を
設置し、陽極室４には５０〜５５１１／４３の硫酸を満
たした。陽極室４における硫酸濃度を保持しながら、５
５Ａ／ａｍ２の電流密度で鋼板６に鉄−亜鉛の連続メッ
キを行った。

その結果、メッキ浴中のＦｅ”＋は常時数十ｐｐｍ以下
に抑えることができ、安定した鉄２０％、亜鉛８０％の
合金被膜が得られた。また色調のむらや電流効１率の低
下は゛なかった。１力月運転後にも陰イオン交換膜のア
ルカリ焼けなどはみられず、性能変化もわずかであった
。

比較例２ 実施例１における陽極室の硫酸濃度を４０〜４５４／Ａ
と変えた以外は、実施例１と同様の条件で実施した。

その結果、メッキ浴中のＦｅ３＋は２日間は常時数十ｐ
ｐｍ以下に抑えられていたが、陽極室における硫酸の生
成効率は徐々に低下し、２日後に急激なメッキ浴ｐＨの
異常変化とＦｅの増加がみられた。また陰イオン交換膜
を点検したところ、アルカリ焼けの色調変化を生じ、も
ろ（なって一部に破損が認められた。

実施例３ ポリ塩化ビニル粉末２０部、スチレン４部、４−ビニル
ピリジン６部、ジビニルベンゼン０゜７部、ジオクチル
フタレート２部及びベンゾイルパーオキサイド０．１部
を混合したペースト状物を、ポリ塩化ビニル製布に塗布
し、オートクレーブ中で９０℃の温度で重合して厚膜を
つ（す、次いで厚膜を濃硫酸で６０℃の温度で５時間ス
ルホン化したのち、さらに沃化メチルで４級化処理を行
った。得られた両性イオン交換膜について、陽イオンと
陰イオンの交換容量を測定した結果、全イオン交換容量
中の陽イオン交換容量は３１％であった。

この両性イオン交換膜２で分離したメッキ浴室６に硫酸
亜鉛７水塩２５−０９／１３及び硫酸ナトリウム１００
ｇ／Ａの濃度でｐＨ２の亜鉛メッキ液を満たし、陽極室
４に１・２５９／−１３濃度の硫酸を満たし、白金の陽
極５を設置して、１００Ａ／　６ｍ２の電流密度で亜鉛
の連続メッキを行った。

その結果、１力月以上を経過しても両性イオン交換膜に
はアルカリ焼けなどの異常を生ぜず、またメッキ浴中の
Ｆｅ２＋濃度は被メッキ物の裏面からの溶出により徐々
に増加し約１００．　Ｏｐｐｍ程度になり平衡状態にな
ったが、ＦｏＳ＋の生成は数ｐｐｍに抑制されメッキは
良好に実施できた。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施態様を説明するための工程図であっ
て、記号１はメッキ槽、２はイオン交換膜、３はメッキ
浴室、４は陽極室、５は不溶性陽極、６は被メッキ物を
示す。 出９願人徳山曹達株式会社 外１名 代理人　弁理士　小　　林　　正　　雄、＋７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　鉄の電気メッキにおいて、不溶性陽極を陰イオン
   交換膜又は両性イオン交換膜によりメッキ浴室から分離
   した陽極室内に設置し、この陽極室における硫酸濃度を
   ５０９７４３以上に保持することを特徴とする電気メツ
   キ方法。 ２、　５５　Ａ／ａｍ”以上の電流密度で実施すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電気メツキ
   方法。 ３、７０℃以下の液温で行うことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の方法。