JPH036234B2 - - Google Patents

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JPH036234B2
JPH036234B2 JP63240032A JP24003288A JPH036234B2 JP H036234 B2 JPH036234 B2 JP H036234B2 JP 63240032 A JP63240032 A JP 63240032A JP 24003288 A JP24003288 A JP 24003288A JP H036234 B2 JPH036234 B2 JP H036234B2
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JP
Japan
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alloy layer
amorphous alloy
amorphous
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metal
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JP63240032A
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JPH0288785A (ja
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Tokiaki Hayashi
Shuji Hida
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SURFACE HIGH PERFORMANCE RES
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SURFACE HIGH PERFORMANCE RES
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Description

【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野] 本発明は、電解電極材の製造方法に関し、特に
耐食性の優れた電解電極材の製造方法に係わる。 [従来の技術及び課題] 例えば、海水を電解して次亜塩素酸(NaClO)
を発生させ、該海水をプラントの冷却水、下水道
などの減菌に使用して水路が海洋生物によつて閉
塞されるのを防ぐ方法は、広く採用されている。
この電解においては、陽極で塩素を発生させて次
亜塩素酸ナトリウムが生成されるが、同時に酸素
発生を起こし易いため、電解に用いる電極材は激
しい腐蝕性環境に曝され、しかも高い電極活性が
求められる。かかる環境に耐える結晶金属として
は、従来より白金族金属が使用されている。しか
しながら、白金族金属は高価であるため、経済性
の観点から他の代替材料の開発が要望されてい
る。 このようなことから、電解電極材をアモルフア
ス合金により製造することが検討されている。ア
モルフアス合金の中には、極めて高い耐食性を有
するものがあり、塩素を含む環境下でも腐蝕劣化
を抑制できることが知られている。しかしなが
ら、アモルフアス合金は通常、液体急冷法で作ら
れているため、その手法から形状的に薄帯、細
線、粉末等に制約される。このため、目的とする
電解電極材を製造することが困難であつた。 一方、活性の高いTi基板をPt−Irからなる合
金層で被覆したTi系電解電極材が知られている
が、電流効率が80%程度に止まるという問題があ
つた。また、高活性である酸化ルテニウム、酸化
イリジウム又は酸化スズからなる酸化物層でTi
基材を被覆したTi系電解電極材が知られており、
この電極材では85%以上の電流効率を示すもの
の、前記酸化物膜の基材からの離脱による経時変
化が認められ、使用初期のみにしか高電流効率を
実現できないという問題があつた。 本発明は、上記従来の課題を解決するためにな
されたもので、比較的低い陽極電位において高い
電流効率を示し、かつ耐食性及び耐久性に優れた
電解電極材を製造し得る方法を提供しようとする
ものである。 [課題を解決するための手段] 本発明は、金属基材の表面に少なくとも1種以
上の鉄族元素(Fe、Ni、Co)とTi、Zr、Nb及
びTaから選ばれる少なくとも1種以上の金属元
素と少なくとも1種以上の白金族元素との合金か
らなるアモルフアス合金層を前記合金の蒸着と同
時に前記鉄族元素、金属元素、白金族元素又は不
活性ガスのイオンを照射するイオンビームミキシ
ング法により形成する工程と、このアモルフアス
合金層を酸で処理する工程とを具備したことを特
徴とする電解電極材の製造方法である。 上記鉄族元素としては、Fe、Ni、Coを挙げる
ことができる。 上記白金族元素としては、Pt、Pd、Ir、Rh、
Ru、Osを挙げることができる。 上記合金の蒸着手段としては、各種の蒸着法を
採用し得るが、特に高真空度での成膜が可能な電
子ビームによる真空蒸着又はターゲツトを利用し
たイオンビームスパツタ法が好ましい。 また、本発明はアモルフアス層の金属基材表面
への形成に先立ち、該基材表面に少なくとも1種
以上の鉄族元素、又はTi、Zr、Nb及びTaから
選ばれる少なくとも1種以上の金属元素のイオン
を照射してイオン注入層を形成することを特徴と
するものである。 更に、本発明は金属基材の表面に少なくとも1
種以上の鉄族元素とTi、Zr、Nb及びTaから選
ばれる少なくとも1種以上の金属元素との合金の
蒸着と同時に少なくとも1種以上の白金族元素イ
オンを照射するイオンビームミキシング法により
アモルフアス合金層を形成する工程と、このアモ
ルフアス合金層を酸で処理する工程とを具備した
ことを特徴とする電解電極材の製造方法である。 [作用] 本発明によれば、少なくとも1種以上の鉄族元
素とTi、Zr、Nb及びTaから選ばれる少なくと
も1種以上の金属元素と少なくとも1種以上の白
金族元素との合金を電子ビームによる真空蒸着法
などの蒸着手段により成膜することによつて、前
記合金からなる高純度のアモルフアス合金層を金
属基材表面に形成できる。また、蒸着と同時に鉄
族元素、金属元素、白金族元素又は不活性ガスを
イオン照射してイオンビームミキシングを行なう
ことによつて、前記アモルフアス合金層の基材に
対する密着性を向上でき、しかもイオンビームの
照射条件は独立して制御できるため該アモルフア
ス合金層の緻密化、平滑化等を達成し易くなる。
こうしたアモルフアス合金層の表面では、原子配
列が乱雑無秩序にかつ高密度で入り乱れた状態と
なつているため、該アモルフアス合金層の形成後
に酸で処理することによつて、該合金層表面にお
いて白金属元素は腐蝕されず、他の金属成分のみ
が選択的かつ均一に腐蝕、溶出して表面に白金属
元素が均一に残留する。従つて、基材上に表面に
白金属元素が均一に露出し、かつ無数の微細な凹
凸を有すると共に前記原子配列の乱れをもつ極め
て表面活性の高いアモルフアス合金層を形成でき
るため、比較的低い陽極電位において高い電流効
率を示し、かつ該アモルフアス合金層による耐食
性及び耐久性が付与され、更に形状的な制約を受
けず任意形状の電解電極材を製造できる。 また、アモルフアス合金層の金属基材表面への
形成に先立ち、該基材表面に少なくとも1種以上
の鉄族元素、又はTi、Zr、Nb及びTaから選ば
れる少なくとも1種以上の金属元素のイオンを照
射することによつて、イオン注入の打ち込み効果
と基材の深さ方向に成分組成が段階的に変化した
構造を有する密着性の優れたイオン注入層(界面
層)を形成できるため、この後にアモルフアス層
を形成し、酸で処理することにより、基材に対し
て表面に白金属元素が均一に露出したアモルフア
ス合金層を一層密着性よく、かつ全体的に耐剥離
性の富んだ電解電極材を製造できる。 更に金属元素の表面に少なくとも1種以上の鉄
族元素とTi、Zr、Nb及びTaから選ばれる少な
くとも1種以上の金属元素との合金の蒸着と同時
に少なくとも1種以上の白金族元素イオンを照射
するイオンビームミキシング法によりアモルフア
ス合金層を形成した後、該アモルフアス合金層を
酸で処理することによつて、既述した方法と同
様、基材上に表面に白金属元素が均一に露出し、
かつ無数の微細な凹凸を有すると共に前期原子配
列の乱れをもつ極めて表面活性の高いアモルフア
ス合金層を形成できるため、比較的低い陽極電位
において高い電流効率を示し、かつ該アモルフア
ス合金層による耐食性及び耐久性が付与され、更
に形状的な制約を受けず任意形状の電解電極材を
製造できる。 [実施例] 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 実施例 1 まず、基材として20×20×2mmの寸法のTi板
を用意し、この片面を鏡面研磨し、超音波洗浄を
施した後、イオン照射と蒸着機能を備えた真空チ
ヤンバ内に設置した。つづいて、このチヤンバ内
を5×10-6torrに真空引きした後、イオン源から
Arイオンを加速電圧5keVの条件でTi板の鏡面に
5分間照射して表面洗浄化のための前処理を施し
た。次いで、Ni−40at%Nb−1.5at%Pdの組成
ターゲツトを用い、加速電圧3keV、イオン電流
1.5AのArイオンでイオビームスパツタ蒸着を行
なうと同時に別のイオン源からArイオンを引き
だし、加速電圧150keV、イオン電流密度2.0m
A/cm2の条件でイオン照射して厚さ3μm前記タ
ーゲツトとほぼ同組成のアモルフアス合金層が被
覆された複合材料を製造した。 実施例 2 前記実施例1でのアモルフアス合金層の形成に
先立ち、質量分離型イオン源からNbイオンを引
きだし、加速電圧180keV、ビーム電流1.5mAで
Ti板表面に照射してNbイオン注入層を形成した
以外、実施例1と同様な方法によりNi−40at%
Nb−1.5at%Pdの組成のアモルフアス合金層が被
覆された複合材料を製造した。 実施例 3 実施例1と同様な研磨、表面洗浄化処理を施し
たTi板の表面にNi−40at%Nbの組成のターゲツ
トを用いて加速電圧3keV、イオン電流1.5のArイ
オンでイオンビームスパツタ蒸着を行なうと同時
に別のイオン源からPdイオンを引きだし、加速
電圧150keV、イオン電流密度0.5mA/cm2の条件
でイオン照射して厚さ3μmでNi−40at%Nb−
1.5at%Pdの組成のアモルフアス合金層が被覆さ
れた複合材料を製造した。 比較例 1 実施例1と同様な研磨、表面洗浄化処理を施し
た、Ti板を市販のマグネトロンパツタ装置によ
り、厚さ3μmのNi−40at%Nb−1.5at%Pbのア
モルフアス合金層を形成して複合材料を製造す
る。 しかして、本実施例1〜3及び比較例1のアモ
ルフアス合金層被覆複合材料について断面組織を
SEMで観察した。その結果、本実施例1〜3は
いずれもアモルフアス合金層の組織が緻密で均一
な相を有し、Ti板との界面にも何等の欠陥も認
められなかつた。これに対し、比較例1の複合材
料ではアモルフアス合金層の組織に不均一な相が
一部認められ、またTiとの界面にポアー発生が
認められ、良質なアモルフアス合金層とは評価い
得なかつた。 また、本実施例1〜3及び比較例1のアモルフ
アス合金層被覆複合材料を80℃、pH4の4M−
NaCl溶液中に浸漬して電解試験を行なつたとこ
ろ、比較例1の複合材料ではTi板との境界面で
腐蝕が進行し、剥離状態となつたが、本実施例1
〜3の複合材料ではTi板の境界面での特別な腐
蝕が進行する現象は認められず、界面での耐久性
の良好さが観察された。 更に、本実施例1〜3のアモルフアス合金層被
覆複合材料を3重量%濃度のフツ酸溶液に数分間
浸漬して処理し、表面にPdが均一に露出し、か
つ表面に無数の微細な凹凸を有するアモルフアス
合金層が被覆された電解電極材を製造し、これら
電極材について以下に説明する試験により電流効
率及び寿命を測定した。その結果、実施例1〜3
の電極材の電流効率はいずれも飽和かんこう電極
を基準電位とした時の陽極電位が1.30V/SCEで
90%、寿命は10day以上であつた。 電流効率の測定 海水電解の条件を擬似した3wt%NaCl水溶
液200ml(温度:25℃)を電解液とし、陽極に
本実施例の電極材を、陰極にステンレス板(縦
3cm×横4cm)を用いて直流電流密度を
1500A/m2、電気量100クローンの条件で電解
した後、電解液中の次亜塩素酸濃度を滴定法に
よつて測定し、その結果から塩素発生効率
(%)を計算することにより電流効率を求めた。
なお、前記直流電流密度を得るに必要な陽極電
位は、飽和かんこう電極(SCE)を基準電極と
し、電解開始5分間後に電位計を用いて測定し
た。 電極寿命の測定 前記電流効率の測定終了後の陽極電極(電極
材)を、電解槽内の3wt%NaCl水溶液に浸漬
し、この電解槽を超音波水槽内に設置した後、
電流密度5000A/m2で電解して飽和かんこう電
極基準で2.2V以上のに電圧が必要になつた時
を電極寿命とし、この寿命に達するまでの日数
を求めて寿命を評価した。 実施例 4〜30 実施例1と同様の研磨、表面清浄化処理を施し
たTi板の表面に下記第1表〜第3表に示す条件
で厚さ3μmのアモルフアス合金層を形成した。
但し、第1表〜第3表中でのスパツタ蒸着時での
Arイオンの照射は加速電圧3keV、イオン電流
1.5Aの条件で、ミキシングのためのイオン照射
は加速電圧120〜150keV、イオン電流密度0.5〜
2.0mA/cm2の条件で夫々行なつた。つづいて、
Ti板上のアモルフアス合金層を3重層%濃度の
フツ酸溶液に数分間浸漬して処理することによつ
て28種の電解電極材を製造した。 しかして、本実施例4〜30の電解電極材につい
て前述した、の方法に従つて電流効率及び電
極寿命を測定した。その結果を同第1表〜第3表
に併記した。なお、第3表中には実施例1と同様
な研磨、表面清浄化処理を施したTi板表面に厚
さ3μmのPt−Ir合金層を形成した電極材(比較例
2)及び同Ti板表面に厚さ3μmのRuO2層を形成
した電極材(比較例3)の電流効率及び寿命の測
定結果を併記した。
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】 [発明の効果] 以上詳述した如く、本発明によれは表面に白金
属元素が均一に露出し、かつ表面に無数の微細な
凹凸を有するアモルフアス合金層で被覆され、比
較的低い陽極電位において高い電流効率を示し、
かつ耐食性及び耐久性に優れた任意形状の電解電
極材を製造し得る方法を提供できる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 金属基材の表面に少なくとも1種以上の鉄族
    元素とTi、Zr、Nb及びTaから選ばれる少なく
    とも1種以上の金属元素と少なくとも1種以上の
    白金族元素との合金からなるアモルフアス合金層
    を前記合金の蒸着と同時に前記鉄族元素、金属元
    素、白金族元素又は不活性ガスのイオンを照射す
    るイオンビームミキシング法により形成する工程
    と、このアモルフアス合金層を酸で処理する工程
    とを具備したことを特徴とする電解電極材の製造
    方法。 2 アモルフアス合金層の金属基材表面への形成
    に先立ち、該基材表面に少なくとも1種以上の鉄
    族元素、又はTi、Zr、Nb及びTaから選ばれる
    少なくとも1種以上の金属元素のイオンを照射し
    てイオン注入層を形成することを特徴とする請求
    項1記載の電解電極材の製造方法。 3 金属基材の表面に少なくとも1種以上の鉄族
    元素とTi、Zr、Nb及びTaから選ばれる少なく
    とも1種以上の金属元素との合金の蒸着と同時に
    少なくとも1種以上の白金族元素イオンを照射す
    るイオンビームミキシング法によりアモルフアス
    合金層を形成する工程と、このアモルフアス合金
    層を酸で処理する工程とを具備したことを特徴と
    する電解電極材の製造方法。
JP63240032A 1988-09-26 1988-09-26 電解電極材の製造方法 Granted JPH0288785A (ja)

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