JPH05156480A - 酸素発生用陽極の製法 - Google Patents
酸素発生用陽極の製法Info
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- JPH05156480A JPH05156480A JP3069603A JP6960391A JPH05156480A JP H05156480 A JPH05156480 A JP H05156480A JP 3069603 A JP3069603 A JP 3069603A JP 6960391 A JP6960391 A JP 6960391A JP H05156480 A JPH05156480 A JP H05156480A
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Landscapes
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 チタン基体上に中間層として金属タンタル及
び/又はその合金の線材を溶射して溶射層を設け、その
中間層上に酸化イリジウムを20モル%以上含み、残部
がチタン、ニオブ、ジルコニウム、スズ又はこれらとタ
ンタルの中から選ばれた少なくとも1種の金属の酸化物
よりなる電極活性層を、上記金属化合物の熱分解により
形成させる酸素発生用陽極の製法。 【効果】 金属タンタル線の溶射によって形成された中
間層は、それ自体酸化され難いとともにチタン基体の不
働態化を防ぎ、また電極活性層との密着性が良好であ
る。したがって電解中において電極面の溶解、脱落が防
がれ長寿命の酸素発生用陽極が得られる。
び/又はその合金の線材を溶射して溶射層を設け、その
中間層上に酸化イリジウムを20モル%以上含み、残部
がチタン、ニオブ、ジルコニウム、スズ又はこれらとタ
ンタルの中から選ばれた少なくとも1種の金属の酸化物
よりなる電極活性層を、上記金属化合物の熱分解により
形成させる酸素発生用陽極の製法。 【効果】 金属タンタル線の溶射によって形成された中
間層は、それ自体酸化され難いとともにチタン基体の不
働態化を防ぎ、また電極活性層との密着性が良好であ
る。したがって電解中において電極面の溶解、脱落が防
がれ長寿命の酸素発生用陽極が得られる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は酸素発生用陽極の製法に
関する。特にスズ、亜鉛、クロム又はこれらの合金等の
電気メッキに使用される酸素発生用陽極に関するもので
ある。
関する。特にスズ、亜鉛、クロム又はこれらの合金等の
電気メッキに使用される酸素発生用陽極に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】スズ、亜鉛、クロム等の鋼板メッキ用陽
極としては現在鉛又は鉛合金が使用されているが、鉛は
比較的消耗が速く、溶出した鉛によるメッキ液の汚染、
メッキ皮膜の劣化等の問題点がある。これに代る陽極と
して白金メッキ陽極や白金箔クラッド陽極が検討されて
いるが、白金もかなり消耗が大きいという難点があり、
そのために消耗の少ない貴金属及びその酸化物を電極活
性物質とした酸素発生用陽極が種々提案されている。
極としては現在鉛又は鉛合金が使用されているが、鉛は
比較的消耗が速く、溶出した鉛によるメッキ液の汚染、
メッキ皮膜の劣化等の問題点がある。これに代る陽極と
して白金メッキ陽極や白金箔クラッド陽極が検討されて
いるが、白金もかなり消耗が大きいという難点があり、
そのために消耗の少ない貴金属及びその酸化物を電極活
性物質とした酸素発生用陽極が種々提案されている。
【0003】しかしながら、経済性、加工性の面から広
く用いられるチタン及びその合金を基体として、単純に
電極活性物質を被覆しただけの電極では、使用中に陽極
に発生する酸素により電極被覆層と基体間に導電性の無
い酸化物層が形成され、残存する電極活性物質の量が十
分であっても電極としての機能が無くなってしまい、つ
いには電極被覆層の剥離を来し使用不能になるという不
都合を生じる(大田健一郎等、電気化学、57、No
1、P.71〜75(1989))。
く用いられるチタン及びその合金を基体として、単純に
電極活性物質を被覆しただけの電極では、使用中に陽極
に発生する酸素により電極被覆層と基体間に導電性の無
い酸化物層が形成され、残存する電極活性物質の量が十
分であっても電極としての機能が無くなってしまい、つ
いには電極被覆層の剥離を来し使用不能になるという不
都合を生じる(大田健一郎等、電気化学、57、No
1、P.71〜75(1989))。
【0004】このために電極活性物質の被着量を多くす
る傾向にあるが、高価な貴金属を使用することを考える
とその利用効率は決して良いものであると言えない。こ
の問題点を解決するために、特開昭59−38394号
公報には基体上に4価の原子価を有するチタン及びスズ
から選ばれた少なくとも1種の金属の酸化物と、5価の
原子価を有するタンタル及びニオブから選ばれた少くと
も1種の金属の酸化物との混合酸化物からなる中間層を
設け、その上に電極活性物質で被覆した電極が提案され
ている。この場合には中間層は酸素発生活性能は無く、
電気伝導性は一般に知られている4価と5価金属による
原子価制御理論に基づき得られるものと考えられるが、
その導電性は十分なものではない。
る傾向にあるが、高価な貴金属を使用することを考える
とその利用効率は決して良いものであると言えない。こ
の問題点を解決するために、特開昭59−38394号
公報には基体上に4価の原子価を有するチタン及びスズ
から選ばれた少なくとも1種の金属の酸化物と、5価の
原子価を有するタンタル及びニオブから選ばれた少くと
も1種の金属の酸化物との混合酸化物からなる中間層を
設け、その上に電極活性物質で被覆した電極が提案され
ている。この場合には中間層は酸素発生活性能は無く、
電気伝導性は一般に知られている4価と5価金属による
原子価制御理論に基づき得られるものと考えられるが、
その導電性は十分なものではない。
【0005】特開昭59−150091号公報では、更
に導電性を与える目的で白金をこの中間層に分散させた
ものが提案されているが、白金自身が電解液、特に硫酸
酸性溶液では消耗が大きいので中間層の耐久性に限界が
ある。またこの場合は中間層自体にも酸素発生活性能が
あるためにやがては不働態化が起る。
に導電性を与える目的で白金をこの中間層に分散させた
ものが提案されているが、白金自身が電解液、特に硫酸
酸性溶液では消耗が大きいので中間層の耐久性に限界が
ある。またこの場合は中間層自体にも酸素発生活性能が
あるためにやがては不働態化が起る。
【0006】特開昭62−174394号公報では電気
メッキによる多孔性白金層が中間層として述べられてい
るが、この場合も前記と同様な理由で根本的な解決には
至っていない。
メッキによる多孔性白金層が中間層として述べられてい
るが、この場合も前記と同様な理由で根本的な解決には
至っていない。
【0007】また特開昭57−192281号公報には
チタン又はチタン合金を基材とし、金属酸化物よりなる
電極被覆を有する電極において、その中間層としてタン
タル及び/又はニオブの導電性酸化物層を設けた酸素発
生を伴う電解用電極が提案されているが、タンタル又は
ニオブの酸化物層は酸素による不働態化現象を防止する
のに十分なものとは言えない。
チタン又はチタン合金を基材とし、金属酸化物よりなる
電極被覆を有する電極において、その中間層としてタン
タル及び/又はニオブの導電性酸化物層を設けた酸素発
生を伴う電解用電極が提案されているが、タンタル又は
ニオブの酸化物層は酸素による不働態化現象を防止する
のに十分なものとは言えない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はスズ、
亜鉛、クロム等の電気メッキ用陽極として検討されてい
る酸素発生用不溶性陽極において問題とされている基体
の不働態化を経済的に有利な方法で防ぎ、長寿命の電極
を提供することにある。
亜鉛、クロム等の電気メッキ用陽極として検討されてい
る酸素発生用不溶性陽極において問題とされている基体
の不働態化を経済的に有利な方法で防ぎ、長寿命の電極
を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは酸素発生用
不溶性陽極において、基体上に金属タンタル及び/又は
タンタル合金の線材を溶射して酸素含有量の少ない、か
つ微細孔質の中間層を形成させることにより、電極活性
物質上で発生する酸素による不働態化に対し十分な抵抗
力を有し長寿命の陽極が得られることを見出し本発明を
完成したものである。すなわち本発明はチタン又はその
合金よりなる導電性基体上に、金属タンタル及び/又は
その合金の線材を溶射して金属タンタル及び/又はその
合金を主体とする中間層を設け、該中間層上にチタン、
ニオブ、ジルコニウム、スズの中から選ばれた少なくと
も1種の金属化合物とイリジウム化合物とを含む溶液を
塗布し、酸化性雰囲気中で360〜550℃に加熱する
ことにより、酸化イリジウムを20モル%以上含み残部
がチタン、ニオブ、ジルコニウム、スズの中から選ばれ
た少なくとも1種の金属の酸化物よりなる電極活性層を
設けることを特徴とする酸素発生用陽極の製法である。
さらに本発明は中間層上に上記金属化合物に加えタンタ
ル化合物をも含む溶液を塗布し同様に加熱処理すること
により、酸化イリジウムを20モル%以上含み残部が上
記金属酸化物に加え酸化タンタルを含む電極活性層を形
成することを特徴とする酸素発生用陽極の製法である。
不溶性陽極において、基体上に金属タンタル及び/又は
タンタル合金の線材を溶射して酸素含有量の少ない、か
つ微細孔質の中間層を形成させることにより、電極活性
物質上で発生する酸素による不働態化に対し十分な抵抗
力を有し長寿命の陽極が得られることを見出し本発明を
完成したものである。すなわち本発明はチタン又はその
合金よりなる導電性基体上に、金属タンタル及び/又は
その合金の線材を溶射して金属タンタル及び/又はその
合金を主体とする中間層を設け、該中間層上にチタン、
ニオブ、ジルコニウム、スズの中から選ばれた少なくと
も1種の金属化合物とイリジウム化合物とを含む溶液を
塗布し、酸化性雰囲気中で360〜550℃に加熱する
ことにより、酸化イリジウムを20モル%以上含み残部
がチタン、ニオブ、ジルコニウム、スズの中から選ばれ
た少なくとも1種の金属の酸化物よりなる電極活性層を
設けることを特徴とする酸素発生用陽極の製法である。
さらに本発明は中間層上に上記金属化合物に加えタンタ
ル化合物をも含む溶液を塗布し同様に加熱処理すること
により、酸化イリジウムを20モル%以上含み残部が上
記金属酸化物に加え酸化タンタルを含む電極活性層を形
成することを特徴とする酸素発生用陽極の製法である。
【0010】タンタル金属を金属基体上に溶射する方法
は、これまでに提案されている。例えば、特開昭48−
40676号公報及び特開昭56−112458号公報
には耐食性金属粉末例えばタンタルをプラズマ溶射によ
って金属基体に溶射し、その上に電極活性物質を被覆し
ている。しかしながらこの方法の溶射材料は金属粉体で
あり、その粒径は一般に10〜100μm程度であるこ
とが知られている。したがって溶射された皮膜は溶けた
状態の粉末が寄せ集められた状態であり、微視的には数
10μmの粒径が保持されているものと考えられる。こ
のようなタンタル粉末をプラズマ溶射した皮膜上に貴金
属酸化物を360〜550℃の温度で熱分解被覆する
と、タンタル皮膜の酸化が激しく、酸化したタンタル皮
膜は脆く、金属基体より剥離しやすい。これはタンタル
皮膜が数10μm粒径の微細孔質を保持するため激しい
酸化を受けるものと考えられる。上記公報では真空中で
の加熱処理や、電子ビームやプラズマアークの照射によ
り基体と合金化することで寿命増大を図っているが,未
だ十分な成果は得られていない。
は、これまでに提案されている。例えば、特開昭48−
40676号公報及び特開昭56−112458号公報
には耐食性金属粉末例えばタンタルをプラズマ溶射によ
って金属基体に溶射し、その上に電極活性物質を被覆し
ている。しかしながらこの方法の溶射材料は金属粉体で
あり、その粒径は一般に10〜100μm程度であるこ
とが知られている。したがって溶射された皮膜は溶けた
状態の粉末が寄せ集められた状態であり、微視的には数
10μmの粒径が保持されているものと考えられる。こ
のようなタンタル粉末をプラズマ溶射した皮膜上に貴金
属酸化物を360〜550℃の温度で熱分解被覆する
と、タンタル皮膜の酸化が激しく、酸化したタンタル皮
膜は脆く、金属基体より剥離しやすい。これはタンタル
皮膜が数10μm粒径の微細孔質を保持するため激しい
酸化を受けるものと考えられる。上記公報では真空中で
の加熱処理や、電子ビームやプラズマアークの照射によ
り基体と合金化することで寿命増大を図っているが,未
だ十分な成果は得られていない。
【0011】本発明者らは金属タンタル及び/又はその
合金の溶射に粉末を使用せず、線材でアーク溶射又はプ
ラズマ溶射し、その皮膜上に貴金属酸化物を熱分解法で
被覆すると、意外にもタンタル皮膜の酸化が少なく、貴
金属酸化物皮膜と良好な密着性を得ることができ、長寿
命の電極となることを見出した。
合金の溶射に粉末を使用せず、線材でアーク溶射又はプ
ラズマ溶射し、その皮膜上に貴金属酸化物を熱分解法で
被覆すると、意外にもタンタル皮膜の酸化が少なく、貴
金属酸化物皮膜と良好な密着性を得ることができ、長寿
命の電極となることを見出した。
【0012】タンタル線及び/又はその合金線を溶射し
た場合、どの程度の粒径で線材が溶けているかは明瞭で
ないが、プラズマ溶射の際に使用される粉末材と比べて
数十〜数百倍大きいものと考えられ、そのために表面被
覆層形成時の熱分解工程でタンタル中間層の酸化による
脆化が少ないものと思われる。
た場合、どの程度の粒径で線材が溶けているかは明瞭で
ないが、プラズマ溶射の際に使用される粉末材と比べて
数十〜数百倍大きいものと考えられ、そのために表面被
覆層形成時の熱分解工程でタンタル中間層の酸化による
脆化が少ないものと思われる。
【0013】本発明の金属基体に使用されるチタン又は
その合金は、金属チタンやチタン−タンタル−ニオブ、
チタン−パラジウム等のチタン基合金であり、その形状
は板状、棒状、エキスパンド状、多孔板状等種々の形状
をとり得る。
その合金は、金属チタンやチタン−タンタル−ニオブ、
チタン−パラジウム等のチタン基合金であり、その形状
は板状、棒状、エキスパンド状、多孔板状等種々の形状
をとり得る。
【0014】金属基体表面に形成される中間層は溶射中
に若干の酸素を取りこみ、金属タンタルとその酸化物及
び/又はタンタル合金とその酸化物の溶射層となる。溶
射方法には火炎溶射、プラズマ溶射、アーク溶射、爆裂
溶射等があるが、特にアーク溶射、プラズマ溶射で行う
と安定な皮膜が得られる。基体表面は溶射の前処理とし
て、グリットブラスト、ショットブラスト又はサンドブ
ラスト処理が施される。これらのブラスト材としてはア
ルミナ、炭化ケイ素、サンド等が利用され粒子径は20
0〜1000μm程度が適当である。
に若干の酸素を取りこみ、金属タンタルとその酸化物及
び/又はタンタル合金とその酸化物の溶射層となる。溶
射方法には火炎溶射、プラズマ溶射、アーク溶射、爆裂
溶射等があるが、特にアーク溶射、プラズマ溶射で行う
と安定な皮膜が得られる。基体表面は溶射の前処理とし
て、グリットブラスト、ショットブラスト又はサンドブ
ラスト処理が施される。これらのブラスト材としてはア
ルミナ、炭化ケイ素、サンド等が利用され粒子径は20
0〜1000μm程度が適当である。
【0015】本発明に用いられるアーク溶射とは2本の
金属線間に電圧をかけ、溶射ガン先端部の金属線間に電
気アークを発生させ、このアークにより金属線が溶融さ
れる。溶融した金属を高速圧縮ガスにて金属基体上に被
着させるものである。また金属線を使用したプラズマ溶
射とは窒素、アルゴンのような不活性ガスを電気アーク
で高温に加熱する時の電極に溶射用の金属線を使用し、
ガスが電気アーク中を通過する時にイオン化されて、プ
ラズマ流となる。この時、金属線が溶融されて金属基体
上に被着されるものである。
金属線間に電圧をかけ、溶射ガン先端部の金属線間に電
気アークを発生させ、このアークにより金属線が溶融さ
れる。溶融した金属を高速圧縮ガスにて金属基体上に被
着させるものである。また金属線を使用したプラズマ溶
射とは窒素、アルゴンのような不活性ガスを電気アーク
で高温に加熱する時の電極に溶射用の金属線を使用し、
ガスが電気アーク中を通過する時にイオン化されて、プ
ラズマ流となる。この時、金属線が溶融されて金属基体
上に被着されるものである。
【0016】これらの方法で溶射したタンタルとその酸
化物及び/又はタンタル合金とその酸化物の中間層の厚
みは5〜500μm程度である。この中間層は溶射によ
り形成されているため多くのピンホールを有し、気孔率
は0. 5〜15%の範囲である。そのためチタン又はそ
の合金よりなる基体は、これを陽極として電気メッキを
行う際、メッキ液が中間層を通過浸透してメッキ液に曝
される。しかしその理由は不明であるが以上の様な状態
になっても基体金属のチタン又はチタン合金の酸化が進
行せず、電圧の上昇も生ぜずまたチタン基体の腐食も生
じない。この基体の酸化進行を防止するためには中間層
は10μm以上の厚みがあると効果が大きい。
化物及び/又はタンタル合金とその酸化物の中間層の厚
みは5〜500μm程度である。この中間層は溶射によ
り形成されているため多くのピンホールを有し、気孔率
は0. 5〜15%の範囲である。そのためチタン又はそ
の合金よりなる基体は、これを陽極として電気メッキを
行う際、メッキ液が中間層を通過浸透してメッキ液に曝
される。しかしその理由は不明であるが以上の様な状態
になっても基体金属のチタン又はチタン合金の酸化が進
行せず、電圧の上昇も生ぜずまたチタン基体の腐食も生
じない。この基体の酸化進行を防止するためには中間層
は10μm以上の厚みがあると効果が大きい。
【0017】さらに上記のように気孔率が小さい方がよ
く、あまりに多孔質であることは好ましくない。またタ
ンタルはチタンの約20倍も高価な金属であるため、経
済的には500μm以下の厚みとするのが好適である。
溶射によって形成された中間層は金属タンタル及び/又
はその合金を主成分とするが、これらの酸化物を含みX
線回折法で測定した主強度の高さの比率による酸化率又
はその酸化物含有量は、1〜30重量%であり、火炎溶
射の場合は15〜30重量%、プラズマ溶射の場合は1
〜7重量%、爆裂溶射、アーク溶射はその中間程度であ
る。このタンタル酸化物及び/又はその合金の酸化物
は、鋼板の電気メッキ中に基体の酸化が進行することを
金属タンタル及び/又はその合金と同様に防止している
ものと思われる。
く、あまりに多孔質であることは好ましくない。またタ
ンタルはチタンの約20倍も高価な金属であるため、経
済的には500μm以下の厚みとするのが好適である。
溶射によって形成された中間層は金属タンタル及び/又
はその合金を主成分とするが、これらの酸化物を含みX
線回折法で測定した主強度の高さの比率による酸化率又
はその酸化物含有量は、1〜30重量%であり、火炎溶
射の場合は15〜30重量%、プラズマ溶射の場合は1
〜7重量%、爆裂溶射、アーク溶射はその中間程度であ
る。このタンタル酸化物及び/又はその合金の酸化物
は、鋼板の電気メッキ中に基体の酸化が進行することを
金属タンタル及び/又はその合金と同様に防止している
ものと思われる。
【0018】中間層の表面に形成される電極活性層はチ
タン、ニオブ、ジルコニウム、スズの中から選ばれた少
なくとも1種の金属の酸化物と酸化イリジウムとの混合
物、又はこれらと酸化タンタルとの混合物よりなり、酸
化イリジウムは20モル%以上、好ましくは20〜95
モル%、チタン、ニオブ、ジルコニウム、スズの中から
選ばれた少なくとも1種の金属酸化物又はこれらと酸化
タンタルとの混合物は80モル%以下、好ましくは80
〜5モル%である。特に好ましいのは酸化イリジウム3
0〜90モル%、他の金属酸化物70〜10モル%の範
囲である。酸化イリジウムのみにすれば電気メッキ中に
おける剥離、脱落が多く、電極としての寿命が短くな
る。チタン、ニオブ、ジルコニウム、スズの中から選ば
れた少なくとも1種の金属酸化物の存在は金属タンタル
及び/又はその合金を主成分とする溶射中間層との密着
強度に良い効果を与えるものと思われる。さらにこれら
に酸化タンタルを存在させることにより上記の効果が一
層助長されるものである。この場合、酸化タンタルとチ
タン、ニオブ、ジルコニウム、スズ中から選ばれる少な
くとも1種の金属酸化物との混合比は特に制限はない
が、酸化タンタルが10モル%以上であれば上記の効果
が大である。
タン、ニオブ、ジルコニウム、スズの中から選ばれた少
なくとも1種の金属の酸化物と酸化イリジウムとの混合
物、又はこれらと酸化タンタルとの混合物よりなり、酸
化イリジウムは20モル%以上、好ましくは20〜95
モル%、チタン、ニオブ、ジルコニウム、スズの中から
選ばれた少なくとも1種の金属酸化物又はこれらと酸化
タンタルとの混合物は80モル%以下、好ましくは80
〜5モル%である。特に好ましいのは酸化イリジウム3
0〜90モル%、他の金属酸化物70〜10モル%の範
囲である。酸化イリジウムのみにすれば電気メッキ中に
おける剥離、脱落が多く、電極としての寿命が短くな
る。チタン、ニオブ、ジルコニウム、スズの中から選ば
れた少なくとも1種の金属酸化物の存在は金属タンタル
及び/又はその合金を主成分とする溶射中間層との密着
強度に良い効果を与えるものと思われる。さらにこれら
に酸化タンタルを存在させることにより上記の効果が一
層助長されるものである。この場合、酸化タンタルとチ
タン、ニオブ、ジルコニウム、スズ中から選ばれる少な
くとも1種の金属酸化物との混合比は特に制限はない
が、酸化タンタルが10モル%以上であれば上記の効果
が大である。
【0019】電極活性層は塩化イリジウム酸、三塩化イ
リジウム、五塩化タンタル、四塩化チタン、オキシ塩化
ジルコニウム、五塩化ニオブ、塩化第一スズのようなア
ルコール可溶性の金属塩をエチルアルコール、ブチルア
ルコール、プロピルアルコール等の溶媒に溶かして所定
組成の混合溶液を調整し、ハケ塗り、ロール塗り、スプ
レー塗り又は浸漬等の方法により塗布する。塗布後溶媒
を蒸発させるために100〜150℃で約10〜20分
間乾燥し、空気又は酸素雰囲気の電気炉中で360〜5
50℃、好ましくは380〜500℃で10〜30分間
熱分解処理を行う。熱処理温度が上記範囲未満では熱分
解が完全に起らず、上記範囲を超えると基体チタンと中
間層をなすタンタル又はタンタル合金の酸化が進行して
損傷を受ける。この様にして被覆した電極活性層は5g
/m2 以上あると酸素発生に対して触媒能、寿命ともに
良好となる。
リジウム、五塩化タンタル、四塩化チタン、オキシ塩化
ジルコニウム、五塩化ニオブ、塩化第一スズのようなア
ルコール可溶性の金属塩をエチルアルコール、ブチルア
ルコール、プロピルアルコール等の溶媒に溶かして所定
組成の混合溶液を調整し、ハケ塗り、ロール塗り、スプ
レー塗り又は浸漬等の方法により塗布する。塗布後溶媒
を蒸発させるために100〜150℃で約10〜20分
間乾燥し、空気又は酸素雰囲気の電気炉中で360〜5
50℃、好ましくは380〜500℃で10〜30分間
熱分解処理を行う。熱処理温度が上記範囲未満では熱分
解が完全に起らず、上記範囲を超えると基体チタンと中
間層をなすタンタル又はタンタル合金の酸化が進行して
損傷を受ける。この様にして被覆した電極活性層は5g
/m2 以上あると酸素発生に対して触媒能、寿命ともに
良好となる。
【0020】本発明による陽極は電気メッキ時の電流密
度が10A/dm2 以上で使用することが好ましく、最
大で300A/dm2 まで使用可能である。
度が10A/dm2 以上で使用することが好ましく、最
大で300A/dm2 まで使用可能である。
【0021】
【作用】本発明による陽極は中間層を導入した結果、チ
タン基体の不働態化が遅れ、電極活性層の酸化イリジウ
ム被覆層の約90%以上まで使用可能であり、このよう
な中間層のない場合、上記被覆層の20〜30%使用で
電圧が上昇してしまう場合と大差がある。特に電流密度
が100A/dm2 以上の場合に顕著である。
タン基体の不働態化が遅れ、電極活性層の酸化イリジウ
ム被覆層の約90%以上まで使用可能であり、このよう
な中間層のない場合、上記被覆層の20〜30%使用で
電圧が上昇してしまう場合と大差がある。特に電流密度
が100A/dm2 以上の場合に顕著である。
【0022】基本的には本発明による陽極の中間層は金
属タンタルを主成分とするので導電性が良好である。ま
たこの中間層は金属線材の溶射により形成されるため、
適度に多孔質であることが電極活性層との密着力を大に
しているとともに、十分な金属基体の保護をなしている
ものと考えられる。また電極活性層中のチタン、ニオ
ブ、ジルコニウム、スズから選ばれた金属の酸化物は酸
化イリジウムと同様のルチル型あるいはルチル型類似結
晶構造をとり、同じく中間層との密着力を良好にする。
属タンタルを主成分とするので導電性が良好である。ま
たこの中間層は金属線材の溶射により形成されるため、
適度に多孔質であることが電極活性層との密着力を大に
しているとともに、十分な金属基体の保護をなしている
ものと考えられる。また電極活性層中のチタン、ニオ
ブ、ジルコニウム、スズから選ばれた金属の酸化物は酸
化イリジウムと同様のルチル型あるいはルチル型類似結
晶構造をとり、同じく中間層との密着力を良好にする。
【0023】
【実施例】以下、実施例、比較例により本発明を詳述す
る。 実施例1、比較例1 市販チタン板(1×10×0.1cm)をトリクロルエ
チレンにて脱脂後、アルミナグリット(#24)を使用
して、圧力4Kg/cm2 でブラスト処理を行った。次
に線径1.2mmのタンタル線を用いてアーク溶射機で
溶射を行い、厚み50μmの溶射層(中間層)を得た。
X線回折により皮膜の結晶構造を調べたところ、Taと
Ta2 O5 が形成されており酸化率は11%であった。
る。 実施例1、比較例1 市販チタン板(1×10×0.1cm)をトリクロルエ
チレンにて脱脂後、アルミナグリット(#24)を使用
して、圧力4Kg/cm2 でブラスト処理を行った。次
に線径1.2mmのタンタル線を用いてアーク溶射機で
溶射を行い、厚み50μmの溶射層(中間層)を得た。
X線回折により皮膜の結晶構造を調べたところ、Taと
Ta2 O5 が形成されており酸化率は11%であった。
【0024】その表面に下記組成の溶液を塗布した。 五塩化ニオブ 0.35g 塩化イリジウム酸 1.0 g 塩酸 1.0 ml ブチルアルコール 15 ml これを120℃で20分間乾燥し、次いで450℃の電
気炉中で20分間熱分解することにより、Nb2 O
5 (40モル%)及びIrO2 (60モル%)の混合酸
化物よりなる皮膜を有する電極を得た。この操作を数回
くり返し、酸化イリジウムとして10g/m2 含有する
電極活性層を得た。電極活性層と溶射層との密着性は非
常に良好であった。
気炉中で20分間熱分解することにより、Nb2 O
5 (40モル%)及びIrO2 (60モル%)の混合酸
化物よりなる皮膜を有する電極を得た。この操作を数回
くり返し、酸化イリジウムとして10g/m2 含有する
電極活性層を得た。電極活性層と溶射層との密着性は非
常に良好であった。
【0025】この電極を50℃、100g/lの硫酸ナ
トリウム水溶液(pH1.2)中で陽極として用い、白
金線を陰極として電流密度200A/dm2 で試験を行
い、槽電圧が2V上昇するまでの時間を電極寿命として
判定した。これにより使用可能時間は5050時間であ
った。ケイ光X線分析の結果、残存の酸化イリジウムは
0.8g/m2 であり、92%の利用率であった。一方
比較として溶射層を省き、基体の上に上記と同様にして
電極活性層を形成させ、同様の試験を行ったところ、陽
極の寿命は560時間であった。
トリウム水溶液(pH1.2)中で陽極として用い、白
金線を陰極として電流密度200A/dm2 で試験を行
い、槽電圧が2V上昇するまでの時間を電極寿命として
判定した。これにより使用可能時間は5050時間であ
った。ケイ光X線分析の結果、残存の酸化イリジウムは
0.8g/m2 であり、92%の利用率であった。一方
比較として溶射層を省き、基体の上に上記と同様にして
電極活性層を形成させ、同様の試験を行ったところ、陽
極の寿命は560時間であった。
【0026】実施例2〜5、比較例2、3 溶射層の被覆は実施例1と同様に行い、電極活性層の組
成を表1のように変化させて酸化イリジウムとして10
g/m2 含有する電極を作製し、同様の電解試験を行い
表1の結果を得た。
成を表1のように変化させて酸化イリジウムとして10
g/m2 含有する電極を作製し、同様の電解試験を行い
表1の結果を得た。
【0027】
【表1】
【0028】実施例6、比較例4 電極活性層を形成する塗布液を次に示す組成とした以外
は全く実施例1と同様にして電極を作製し電解試験を行
った。 五塩化タンタル 0.23g 五塩化ニオブ 0.17g 塩化イリジウム酸 1.0 g 塩酸 1.0 ml ブチルアルコール 15 ml 電極活性層の組成はTa2 O5 (20モル%)、Nb2
O5 (20モル%)及びIrO2 (60モル%)であ
る。電解試験の結果、電極の使用可能時間は5100時
間であり、ケイ光X線分析の結果、残存の酸化イリジウ
ムは0.8g/m2 であり92%の利用率であった。一
方比較として溶射層を省き、基体の上に上記と同様にし
て電極活性層を形成させ、同様の試験を行ったところ陽
極の寿命は560時間であった。
は全く実施例1と同様にして電極を作製し電解試験を行
った。 五塩化タンタル 0.23g 五塩化ニオブ 0.17g 塩化イリジウム酸 1.0 g 塩酸 1.0 ml ブチルアルコール 15 ml 電極活性層の組成はTa2 O5 (20モル%)、Nb2
O5 (20モル%)及びIrO2 (60モル%)であ
る。電解試験の結果、電極の使用可能時間は5100時
間であり、ケイ光X線分析の結果、残存の酸化イリジウ
ムは0.8g/m2 であり92%の利用率であった。一
方比較として溶射層を省き、基体の上に上記と同様にし
て電極活性層を形成させ、同様の試験を行ったところ陽
極の寿命は560時間であった。
【0029】実施例7〜10、比較例5 溶射層の被覆は実施例1と同様に行い、電極活性層の組
成を表2のように変化させて酸化イリジウムとして10
g/m2 含有する陽極を作製し、同様の電解試験を行い
表2の結果を得た。
成を表2のように変化させて酸化イリジウムとして10
g/m2 含有する陽極を作製し、同様の電解試験を行い
表2の結果を得た。
【0030】
【表2】
【0031】実施例11〜13 市販チタン板(1×10×0.1cm)をアルミナグリ
ット(#30)でブラスト処理を行った後、タンタル線
(線径1.2mm)を、アルゴンガスをプラズマガスに
使用してワイヤプラズマ溶射を行い、厚み100μmの
溶射層を得た。X線回析により皮膜を調べたところ、T
aとTa2 O5 が形成されており、X線回折による酸化
率は5%であった。この上に実施例1の塗布液の五塩化
ニオブに代えて、それぞれ四塩化チタン0.24g、オ
キシ塩化ジルコニウム0.42g、塩化第一スズ0.2
4gを入れた以外は同一の塗布液及び熱処理方法によ
り、TiO2 (40モル%)−IrO2 (60モル
%)、ZrO2 (40モル%)−IrO2 (60モル
%)及びSnO 2 (40モル%)−IrO2 (60モル
%)よりなる電極活性層をそれぞれ10g/m2 (酸化
イリジウムとして)得て、同様の試験を行った結果、陽
極の寿命及び酸化イリジウムの利用率は表3のごとくで
あった。
ット(#30)でブラスト処理を行った後、タンタル線
(線径1.2mm)を、アルゴンガスをプラズマガスに
使用してワイヤプラズマ溶射を行い、厚み100μmの
溶射層を得た。X線回析により皮膜を調べたところ、T
aとTa2 O5 が形成されており、X線回折による酸化
率は5%であった。この上に実施例1の塗布液の五塩化
ニオブに代えて、それぞれ四塩化チタン0.24g、オ
キシ塩化ジルコニウム0.42g、塩化第一スズ0.2
4gを入れた以外は同一の塗布液及び熱処理方法によ
り、TiO2 (40モル%)−IrO2 (60モル
%)、ZrO2 (40モル%)−IrO2 (60モル
%)及びSnO 2 (40モル%)−IrO2 (60モル
%)よりなる電極活性層をそれぞれ10g/m2 (酸化
イリジウムとして)得て、同様の試験を行った結果、陽
極の寿命及び酸化イリジウムの利用率は表3のごとくで
あった。
【0032】
【表3】
【0033】比較例6 ブラスト処理を行った市販チタン板(1×10×0.1
cm)にタンタル粉末(粒径20〜50μm)を、アル
ゴンガスをプラズマガスに使用してプラズマ溶射を行
い、厚み50μmの溶射層を得た。この上に実施例1と
同様の方法で酸化イリジウムとして10g/m2 (Ir
O2 :Nb2O5 =60:40モル比)の電極活性層を
得たが、タンタル溶射層の酸化が激しく、タンタル溶射
層と電極触媒層の密着性は頗る悪く、実施例1と同様の
試験を行ったところ、陽極の寿命は790時間であっ
た。
cm)にタンタル粉末(粒径20〜50μm)を、アル
ゴンガスをプラズマガスに使用してプラズマ溶射を行
い、厚み50μmの溶射層を得た。この上に実施例1と
同様の方法で酸化イリジウムとして10g/m2 (Ir
O2 :Nb2O5 =60:40モル比)の電極活性層を
得たが、タンタル溶射層の酸化が激しく、タンタル溶射
層と電極触媒層の密着性は頗る悪く、実施例1と同様の
試験を行ったところ、陽極の寿命は790時間であっ
た。
【0034】比較例7 市販チタン板(1×10×0.1cm)を実施例1と同
様の方法でブラスト処理を行った。その上に高周波スパ
ッタリング装置(〜10-2Torr、アルゴンガス、印
加電圧2Kvの条件)を用いてタンタルを1μmの厚さ
にスパッタリングした。その表面に実施例1と同様の塗
布液を塗布し、同様の方法でNb2 O5 (40モル%)
−IrO2 (60モル%)の混合酸化物よりなる電極活
性層の皮膜(酸化イリジウムとして10g/m2 )を有
する電極を得た。この電極を用い実施例1と同様の条件
で電解試験を行ったところ陽極の寿命は680時間であ
り、残存の酸化イリジウムは7.0g/m2 となり、そ
の利用率は30%であった。
様の方法でブラスト処理を行った。その上に高周波スパ
ッタリング装置(〜10-2Torr、アルゴンガス、印
加電圧2Kvの条件)を用いてタンタルを1μmの厚さ
にスパッタリングした。その表面に実施例1と同様の塗
布液を塗布し、同様の方法でNb2 O5 (40モル%)
−IrO2 (60モル%)の混合酸化物よりなる電極活
性層の皮膜(酸化イリジウムとして10g/m2 )を有
する電極を得た。この電極を用い実施例1と同様の条件
で電解試験を行ったところ陽極の寿命は680時間であ
り、残存の酸化イリジウムは7.0g/m2 となり、そ
の利用率は30%であった。
【0035】実施例14〜16 溶射層の被覆は実施例11〜13と同様に行い、この上
に実施例6の塗布液の五塩化ニオブに代えてそれぞれ四
塩化チタン0.12g、オキシ塩化ジルコニウム0.2
1g、塩化第一スズ0.12gとした以外は同一の塗布
液及び熱処理方法により、Ta2 O5 (20モル%)−
TiO2 (20モル%)−IrO2 (60モル%)、T
a2 O5 (20モル%)−ZrO2 (20モル%)−I
rO2 (60モル%)及びTa2 O5 (20モル%)−
SnO2 (20モル%)−IrO 2 (60モル%)より
なる電極活性層をそれぞれ10g/m2 (酸化イリジウ
ムとして)得て、同様の試験を行った結果、陽極の寿命
及び酸化イリジウムの利用率は表4のごとくであった。
に実施例6の塗布液の五塩化ニオブに代えてそれぞれ四
塩化チタン0.12g、オキシ塩化ジルコニウム0.2
1g、塩化第一スズ0.12gとした以外は同一の塗布
液及び熱処理方法により、Ta2 O5 (20モル%)−
TiO2 (20モル%)−IrO2 (60モル%)、T
a2 O5 (20モル%)−ZrO2 (20モル%)−I
rO2 (60モル%)及びTa2 O5 (20モル%)−
SnO2 (20モル%)−IrO 2 (60モル%)より
なる電極活性層をそれぞれ10g/m2 (酸化イリジウ
ムとして)得て、同様の試験を行った結果、陽極の寿命
及び酸化イリジウムの利用率は表4のごとくであった。
【0036】
【表4】
【0037】比較例8 ブラスト処理を行った市販チタン板(1×10×0.1
cm)にタンタル粉末(粒径20〜50μm)を、アル
ゴンガスをプラズマガスに使用してプラズマ溶射を行
い、厚み50μmの溶射層を得た。この上に実施例1と
同様の方法で酸化イリジウムとして10g/m2 (Ir
O2 :Ta2 O5 :Nb2 O5 =60:20:20モル
比)の電極活性層を得たがタンタル溶射層の酸化が激し
く、タンタル溶射層と電極活性層の密着性は頗る悪く、
実施例1と同様の試験を行ったところ、陽極の寿命は8
10時間であった。
cm)にタンタル粉末(粒径20〜50μm)を、アル
ゴンガスをプラズマガスに使用してプラズマ溶射を行
い、厚み50μmの溶射層を得た。この上に実施例1と
同様の方法で酸化イリジウムとして10g/m2 (Ir
O2 :Ta2 O5 :Nb2 O5 =60:20:20モル
比)の電極活性層を得たがタンタル溶射層の酸化が激し
く、タンタル溶射層と電極活性層の密着性は頗る悪く、
実施例1と同様の試験を行ったところ、陽極の寿命は8
10時間であった。
【0038】比較例9 市販チタン板(1×10×0.1cm)を実施例1と同
様の方法でブラスト処理を行った。その上に高周波スパ
ッタリング装置(〜10-2Torr、アルゴンガス、印
加電圧2Kvの条件)を用いてタンタルを1μmの厚み
にスパッタリングした。その表面に実施例6と同様の塗
布液を塗布し、同様の方法でTa2 O5 (20モル%)
−Nb2 O5 (20モル%)−IrO2(60モル%)
の混合酸化物よりなる電極活性層の皮膜(酸化イリジウ
ムとして10g/m2 )を有する電極を得た。この電極
を用い実施例1と同様の条件で電解試験を行ったとこ
ろ、陽極の寿命は660時間であり、残存の酸化イリジ
ウムは7.0g/m2 となり、その利用率は30%であ
った。
様の方法でブラスト処理を行った。その上に高周波スパ
ッタリング装置(〜10-2Torr、アルゴンガス、印
加電圧2Kvの条件)を用いてタンタルを1μmの厚み
にスパッタリングした。その表面に実施例6と同様の塗
布液を塗布し、同様の方法でTa2 O5 (20モル%)
−Nb2 O5 (20モル%)−IrO2(60モル%)
の混合酸化物よりなる電極活性層の皮膜(酸化イリジウ
ムとして10g/m2 )を有する電極を得た。この電極
を用い実施例1と同様の条件で電解試験を行ったとこ
ろ、陽極の寿命は660時間であり、残存の酸化イリジ
ウムは7.0g/m2 となり、その利用率は30%であ
った。
【0039】
【発明の効果】本発明による酸素発生陽極において、金
属タンタル及び/又はタンタル合金の線材を使用して溶
射することにより形成された中間層は、チタン又はチタ
ン合金基材の電解酸化を防ぐとともに、金属タンタル及
び/又はタンタル合金自体の持つ強い耐食性と耐電解酸
化性及び良好な導電性を有する。また中間層上に熱分解
被覆した電極活性層は中間層と良好な密着性を保ち、酸
素発生に対する触媒活性が大であり、かつ中間層と同様
に硫酸系溶液に対する耐食性に優れている。
属タンタル及び/又はタンタル合金の線材を使用して溶
射することにより形成された中間層は、チタン又はチタ
ン合金基材の電解酸化を防ぐとともに、金属タンタル及
び/又はタンタル合金自体の持つ強い耐食性と耐電解酸
化性及び良好な導電性を有する。また中間層上に熱分解
被覆した電極活性層は中間層と良好な密着性を保ち、酸
素発生に対する触媒活性が大であり、かつ中間層と同様
に硫酸系溶液に対する耐食性に優れている。
【0040】以上の効果は中間層をタンタル線及び/又
はタンタル合金線の溶射以外の方法により形成させた陽
極に比べ、特に顕著なことは上記実施例、比較例によっ
ても明らかである。このようにして本発明によれば、硫
酸溶液中における電解に際して溶解や脱落が少なく酸化
イリジウム触媒の大部分を利用できる長寿命の酸素発生
用陽極が比較的簡易な製法によって得られる。
はタンタル合金線の溶射以外の方法により形成させた陽
極に比べ、特に顕著なことは上記実施例、比較例によっ
ても明らかである。このようにして本発明によれば、硫
酸溶液中における電解に際して溶解や脱落が少なく酸化
イリジウム触媒の大部分を利用できる長寿命の酸素発生
用陽極が比較的簡易な製法によって得られる。
Claims (3)
- 【請求項1】 チタン又はその合金よりなる導電性金属
基体上に、金属タンタル及び/又はその合金の線材を溶
射して金属タンタル及び/又はその合金を主成分とする
中間層を設け、該中間層上にチタン、ニオブ、ジルコニ
ウム、スズの中から選ばれた少なくとも1種の金属化合
物とイリジウム化合物とを含む溶液を塗布し、酸化性雰
囲気中で360〜550℃に加熱することにより、酸化
イリジウムを20モル%以上含み残部がチタン、ニオ
ブ、ジルコニウム、スズの中から選ばれた少なくとも1
種の金属酸化物よりなる電極活性層を設けることを特徴
とする酸素発生用陽極の製法。 - 【請求項2】 請求項1記載の中間層上にチタン、ニオ
ブ、ジルコニウム、スズの中から選ばれた少なくとも1
種の金属化合物とタンタル化合物とイリジウム化合物と
を含む溶液を塗布し、酸化性雰囲気中で360〜550
℃に加熱することにより、酸化イリジウムを20モル%
以上含み残部がチタン、ニオブ、ジルコニウム、スズの
中から選ばれた少なくとも1種の金属酸化物と酸化タン
タルとよりなる電極活性層を設けることを特徴とする酸
素発生用陽極の製法。 - 【請求項3】 溶射がアーク溶射又はプラズマ溶射であ
る請求項1もしくは2に記載の酸素発生用陽極の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3069603A JP2979691B2 (ja) | 1991-04-02 | 1991-04-02 | 酸素発生用陽極の製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3069603A JP2979691B2 (ja) | 1991-04-02 | 1991-04-02 | 酸素発生用陽極の製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05156480A true JPH05156480A (ja) | 1993-06-22 |
| JP2979691B2 JP2979691B2 (ja) | 1999-11-15 |
Family
ID=13407582
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3069603A Expired - Fee Related JP2979691B2 (ja) | 1991-04-02 | 1991-04-02 | 酸素発生用陽極の製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2979691B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012508326A (ja) * | 2008-11-12 | 2012-04-05 | インドゥストリエ・デ・ノラ・ソチエタ・ペル・アツィオーニ | 電解セル用電極 |
| JP2013500397A (ja) * | 2009-07-28 | 2013-01-07 | インドゥストリエ・デ・ノラ・ソチエタ・ペル・アツィオーニ | 工業電解プロセスにおける酸素発生用電極 |
| CN104846357A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-08-19 | 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 | 一种金属氧化物涂层阳极的制备方法 |
| CN111996515A (zh) * | 2020-07-14 | 2020-11-27 | 广东省稀有金属研究所 | 一种铱锡氧化物梯度复合涂层电极及其制备方法 |
| WO2023143968A1 (en) * | 2022-01-27 | 2023-08-03 | Magneto Special Anodes B.V. | Electrode, and use and preparation method thereof |
| WO2024073866A1 (en) * | 2022-10-02 | 2024-04-11 | Magneto Special Anodes (suzhou) Co., Ltd. | Electrode, and use and preparation method thereof |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015029367A1 (ja) * | 2013-08-30 | 2015-03-05 | Jx日鉱日石エネルギー株式会社 | 電気化学還元装置 |
-
1991
- 1991-04-02 JP JP3069603A patent/JP2979691B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| JP2012508326A (ja) * | 2008-11-12 | 2012-04-05 | インドゥストリエ・デ・ノラ・ソチエタ・ペル・アツィオーニ | 電解セル用電極 |
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| CN104846357A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-08-19 | 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 | 一种金属氧化物涂层阳极的制备方法 |
| CN111996515A (zh) * | 2020-07-14 | 2020-11-27 | 广东省稀有金属研究所 | 一种铱锡氧化物梯度复合涂层电极及其制备方法 |
| WO2023143968A1 (en) * | 2022-01-27 | 2023-08-03 | Magneto Special Anodes B.V. | Electrode, and use and preparation method thereof |
| WO2024073866A1 (en) * | 2022-10-02 | 2024-04-11 | Magneto Special Anodes (suzhou) Co., Ltd. | Electrode, and use and preparation method thereof |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2979691B2 (ja) | 1999-11-15 |
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