JPH08199384A - 電解用電極及びその製造方法 - Google Patents
電解用電極及びその製造方法Info
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- JPH08199384A JPH08199384A JP7025768A JP2576895A JPH08199384A JP H08199384 A JPH08199384 A JP H08199384A JP 7025768 A JP7025768 A JP 7025768A JP 2576895 A JP2576895 A JP 2576895A JP H08199384 A JPH08199384 A JP H08199384A
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Abstract
有するチタン基体の該表面層上に (a)3 〜 7mol%の酸化イリジウムと93〜97mol
%の酸化タンタルからなる第1の中間層、(b)10〜
30mol%の酸化イリジウムと70〜90mol%の酸化タ
ンタルからなる第2の中間層、及び(c)60〜98mo
l%の酸化イリジウムと2〜40mol%の酸化タンタルか
らなる外層が順次設けられていることを特徴とする電解
用電極。 【効果】 耐久性に優れ、特に陽極に酸素発生を伴う金
属の表面処理、金属箔製造、回収等の電解における陽極
として有用である。
Description
方法に関し、さらに詳しくは、耐久性に優れた、特に陽
極に酸素発生を伴う金属の表面処理、金属箔製造、回収
等の電解における陽極として有用な電解用電極及びその
製造方法に関する。
なる基体上に、白金族金属や白金族金属酸化物及びバブ
ル金属酸化物を被覆した電極が多くの電解工業の分野に
おいて使用されている。しかし、高電流密度下で運転さ
れる金属の高速めっきや金属箔製造の分野では、使用中
に基体表面層に導電性の無い酸化物層が形成され、残存
する電極触媒物質の量が十分であっても電極としての機
能がなくなってしまうという不都合がある。このような
導電性の無い酸化物の形成は、触媒層で発生する酸素や
電解液の浸透により基体表面が化学的腐食を起こすため
であると考えられる。
媒層との間に新たな層(以下、中間層とする)を設け、
電極基体を保護する方法がとられている。この中間層に
対しては、 十分な耐食性が有ること;十分な電気伝導性がある
こと;電極基体との密着結合性が良好であること;
触媒層との密着結合性が良好であること;クラックの
無い層であること;電気化学的な活性が少ないこと;
製造コストが安いこと等の特性を有していることが要
求される。このような条件を満たすものとして、従来、
互に原子価の異なる2種以上のバブル金属の酸化物から
なる中間層を形成する方法、バブル金属酸化物と白金族
金属又は電気伝導性のある白金族金属酸化物からなる中
間層を形成する方法、バブル金属又はその合金を溶射法
やイオンプレーテイング等によって形成する方法等が提
案されている。
4号公報には、基体上に4価の原子価を有するチタン及
びスズから選ばれる少なくとも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る少
なくとも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を被覆した電極が提
案されている。しかし、上記中間層は酸素発生活性能は
無いものの電気伝導性が十分ではないという問題があ
る。
は、チタン又はチタン合金を基材とし、且つ金属酸化物
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、本中間層は
耐食性が良好であるものの電気伝導性が十分ではない。
特開平1−301876号公報には、導電性基体上にイ
リジウム40〜90モル%、白金0.1〜30モル%及
びタンタル50〜10モル%を含有する、酸化イリジウ
ム、白金金属及び酸化タンタルからなる下地層を介し
て、酸化イリジウム層又は多くとも50モル%のタンタ
ルを含有する酸化イリジウム−酸化タンタル層を上地層
として設けた酸素発生用電極が提案されている。この電
極の下地層は電気伝導性が良好であるものの、耐食性に
劣りまた酸素発生活性能を有するためにやがては基体の
不働態化が起こるという問題がある。
は、導電性基体上に、金属換算でイリジウム8.4〜1
4モル%及びタンタル86〜91.6モル%を含有する
酸化イリジウムと酸化タンタルとの下地層を介して、金
属換算でイリジウム80〜99.9モル%及びタンタル
0.1〜20モル%を含有する酸化イリジウムと酸化タ
ンタルとの上地層を設けた酸素発生用電極が提案されて
いる。この電極の下地層は或る程度の耐食性と電気伝導
性を有しているものの、基体への電解液及び触媒層から
の酸素の浸透は避けられず、やがては基体の不働態化が
起こるという問題を有しており、前記の課題の根本的な
解決には至っていない。
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/又はその合金の粉末を減圧下の非酸化性
雰囲気中でプラズマ溶射を行うことにより金属タンタル
及び/又はその合金を主成分とする中間層を設け、該中
間層上にタンタル化合物及びイリジウム化合物を含む溶
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重量%以上含み残
部が酸化タンタルよりなる電極活性層を設けた酸素発生
陽極の製法が開示されている。上記の中間層は、溶射表
面層より凸凹のある多孔質層となることから電極活性層
との密着結合性が優れているものの、特公平5−571
59公報に記載されているように、該多孔質層には通常
3〜25%程度の気孔が存在するため、導電性基体への
電解液の浸透を完全に制御することは難しく、またタン
タル及びその合金も触媒層で発生する酸素や電解液の接
触により化学的腐食を起こし、やがては該中間層も不働
態化が起こるという問題があり、前記の課題を根本的に
解決するには至っていない。
は、バブル金属又はその合金よりなる導電性金属基体上
に電極活性物質を被覆した電極において、該基体と電極
活性物質層との間に、金属タンタル及びその合金を主成
分とする薄膜中間層を設けた酸素発生陽極が開示されて
いる。この薄膜中間層は、有機タンタル化合物又はタン
タル塩化物を含む溶液を塗布し非酸化性雰囲気中で加熱
することにより形成されるものであるが、この中間被覆
層も導電性基体への電解液の浸透が起こり、導電性基体
の不働態化が起こる。また、真空蒸着法、スパッタリン
グ法、イオンプレーテイング法、イオン注入法又は気相
メッキ法により中間層を形成する方法も提案されている
が、これらの方法により形成される薄膜中間層は、導電
性基体への電解液の浸透を抑制する効果が有るものの、
電極活性物質被覆層との密着性が十分ではなく、また設
備が大型化しても生産性が悪く工業的利用においても難
点がある。
上記の如き問題を解決し、高電流密度下で運転される金
属の高速めっきや金属箔製造用の陽極として用いても、
充分に耐久性のある電解用電極及びその製造方法を提供
することである。
ある電解用電極、殊に、陽極に酸素発生を伴う電解にお
いて陽極として長期間にわたって使用可能な電極を開発
すべく種々検討を重ねた結果、チタン金属とタンタル金
属の合金層がチタン単体より耐食性に優れていることを
発見し、そのチタンとタンタルの合金層上に該合金層を
保護するため耐食性ある第1の中間層を設け、次いで該
第1の中間層上に耐食性と導電性の良好な第2の中間層
を形成し、更に該第2の中間層上に酸素発生活性物質で
ある外層を設けることにより、耐久性に極めて優れた電
解用電極が得られることを見出し、本発明を完成した。
合金からなる表面層を有するチタン基体の該表面層上
に、(a) 3 〜 7 mol%の酸化イリジウムと93〜
97mol%の酸化タンタルからなる第1の中間層、
(b) 10〜30mol%の酸化イリジウムと70〜9
0mol%の酸化タンタルからなる第2の中間層、及び
(c) 60〜98mol%の酸化イリジウムと2〜40m
ol%の酸化タンタルからなる外層が順次設けられている
ことを特徴とする電解用電極を提供するものである。
からなる表面層を有するチタン基体の該表面層上に、
(a) イリジウム化合物とタンタル化合物をIr/T
aの金属換算モル比が3/97〜7/93となる割合で
含有する溶液を塗布した後、酸化性雰囲気中で熱処理す
ることにより、3 〜 7 mol%の酸化イリジウムと93
〜97mol%の酸化タンタルからなる第1の中間層を形
成せしめ、(b) 該第1の中間層上に、イリジウム化
合物とタンタル化合物をIr/Taの金属換算モル比が
1/9 〜 3/7となる割合で含有する溶液を塗布した
後、酸化性雰囲気中で熱処理することにより、10 〜
30 mol%の酸化イリジウムと70〜90mol%の酸化
タンタルからなる第2の中間層を形成せしめ、次いで
(c) 該第2の中間層上に、イリジウム化合物とタン
タル化合物をIr/Taの金属換算モル比が60/40
〜 98/2となる割合で含有する溶液を塗布した後、
酸化性雰囲気中で熱処理することにより、60 〜 98
mol%の酸化イリジウムと2 〜 40mol%の酸化タンタ
ルからなる外層を形成せしめることを特徴とする前記の
電解用電極の製造方法を提供するものである。
ついてさらに詳細に説明する。
ンが使用される。使用するチタン基体は通常行われてい
るように、予め前処理することが望ましい。そのような
前処理の好適具体例としては以下に述べるものが挙げら
れる。先ず、チタン基体の表面を常法に従い、例えばア
ルコール等による洗浄及び/又はアルカリ溶液中での電
解により脱脂した後、フッ化水素濃度が1〜20重量%
のフッ化水素酸又はフッ化水素酸と硝酸、硫酸等の他の
酸との混酸で処理することにより、チタン基体表面の酸
化膜を除去するとともにチタン結晶粒界単位の粗面化を
行う。該酸処理は、チタン基体の表面状態に応じて常温
ないし約40℃の温度において数分間ないし十数分間行
うことができる。このように酸処理されたチタン基体表
面を水洗し、乾燥する。
を改質処理して、チタン基体にチタンとタンタルの合金
からなる耐食性に優れた表面層を形成する点にある。
形成は、例えば、チタン基体を陰極とし、且つタンタル
を電極棒としてチタン基体表面を走査して放電加工する
ことにより行うことができる。該放電加工は一般に非酸
化性雰囲気、例えばアルゴン雰囲気中で実施することが
望ましい。
は通常1〜10mmの範囲内で選択することができる
が、作業効率等の観点から一般に直径が4mm以上のも
のが好適である。
の径によって異なり、例えば直径6mmのタンタル電極
棒を使用する場合には、電極放電パルスは200〜60
0Hz、コンデンサー容量は100〜400μFとする
ことができる。
間放電加工を行い、チタン基体表面にチタンとタンタル
の合金層を形成する。このようにして形成されるチタン
とタンタルの合金層表面は一般に粗面化されており、表
面あらさ計((株)小坂研究所製 表面粗さ・輪郭形状測
定機SEF−30D)で測定したあらさ値は通常50〜
200μm程度である。
ルとの合金層は少なくても10μm、好ましくは30μm
以上の厚みを有することができる。該合金層の厚みが1
0μm未満では一般にチタン基体に充分な耐食性を付与
することができない。一方、該合金層の厚みの上限には
特に制限はないが、必要以上に厚くしても、それに伴う
だけの効果は得られず、却って経済的に不利になるの
で、通常、150μm以下、好ましくは100μm以下が
適当である。
タンとタンタルの合金からなる表面層上に、各々酸化イ
リジウムと酸化タンタルからなる、上層にいくにつれて
酸化イリジウムの含有率が高くなる3つの層、すなわち
第1の中間層、第2の中間層及び外層を順次被覆する。
ここで、酸化イリジウムは実質的に結晶性を有するIr
O2よりなる。また、酸化タンタルは非結晶性の酸化物
Ta2O5で示され、後述する酸化の条件等でコーティン
グ物の結合性を強化するものである。
約5mol%の酸化イリジウムと93〜97mol%、好まし
くは約95mol%の酸化タンタルからなるものであり、
チタン基体のチタンとタンタルの合金からなる表面層の
粗面化された凸凹部を被覆し、基体の耐食性の向上に寄
与する。第1の中間層の被覆量は、一般に0.1〜5.
0g/m2、好ましくは0.5〜3.0g/m2の範囲内
とすることができる。
に説明する。
なる表面層上に、イリジウム化合物とタンタル化合物を
含む溶媒溶液、好ましくは低級アルコール溶液を塗布し
た後乾燥することにより、イリジウム化合物とタンタル
化合物を付着せしめる。ここで使用しうるイリジウム化
合物及びタンタル化合物としては、後述する焼成条件下
で熱分解してそれぞれ酸化イリジウム及び酸化タンタル
に転化しうる低級アルコール溶媒に可溶性の化合物が包
含される。そのようなイリジウム化合物としては塩化イ
リジウム酸、塩化イリジウム、塩化イリジウムカリ等が
例示され、また、タンタル化合物としては、例えば塩化
タンタル、タンタルエトキシド等が挙げられる。
タル化合物を溶解しうる低級アルコールとしては、例え
ばメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパ
ノール、ブタノール又はこれらの混合物が挙げられる。
ンタル化合物の割合はIr/Taの金属換算モル比で3
/97〜7/93の範囲内、好ましくは約5/95とす
ることができる。
は、例えば、吹き付け法、ハケ塗り法、浸漬法等により
行うことができ、このようにしてイリジウム化合物及び
タンタル化合物の低級アルコール溶液を適用したチタン
基体は、約20〜約150℃の範囲内の比較的低温で乾
燥させた後、酸化性雰囲気中、通常大気中で焼成する。
に達するまで繰り返して行うことができる。該焼成は例
えば、電気炉、ガス炉、赤外線炉などの適当な加熱炉中
で一般に約400〜約700℃、好ましくは約450〜
約600℃の範囲内の温度に加熱することによって行う
ことができる。その際の加熱時間は焼成すべき基体の大
きさに応じて大体5分〜2時間程度とすることができ
る。この焼成によりイリジウム化合物及びタンタル化合
物はそれぞれ酸化イリジウム及び酸化タンタルに変わ
り、第1の中間層を形成する。
ウム及び酸化タンタルからなる第1の中間層の上に、1
0〜30mol%、好ましくは15〜25mol%の酸化イリ
ジウムと70〜90mol%、好ましくは75〜85mol%
の酸化タンタルからなる第2の中間層を設ける。この第
2の中間層において、酸化イリジウムの含有量が10mo
l%より少ないと、電気伝導性が悪くなる傾向がみら
れ、一方、30mol%を越えると酸素発生活性能が大き
くなり、また耐食性が低下する可能性がある。
中のイリジウム化合物とタンタル化合物のIr/Ta金
属換算モル比を10/90 〜 30/70、好ましくは
15/85〜25/75の範囲内となるように変更する
以外は、第1の中間層の形成と同様にして行うことがで
きる。第2の中間層の被覆量は一般に0.5〜10.0
g/m2、好ましくは1.0〜5.0g/m2の範囲内に
なるようにするのが適当である。
する第2の中間層を形成することができ、チタンとタン
タルの合金層を形成した耐食性のあるチタン基体改質層
上に耐食性のある第1の中間層、更に耐食性と電気伝導
性を有した第2の中間層を形成することにより、画期的
な高耐久性を有する電極を得ることができる。
ウム及び酸化タンタルから構成される第2の中間層の上
には、さらに60〜98mol%、好ましくは70〜95m
ol%の酸化イリジウムと2〜40mol%、好ましくは5
〜30mol%の酸化タンタルからなる外層を設ける。こ
の外層において、酸化イリジウムの含有量が60mol%
未満では、高電流密度で使用した場合、酸素発生活性能
が不足し、電極寿命が短くなる傾向があり、一方98mo
l%を越えると、電極触媒(外層)の消耗が増える傾向
が見られる。
イリジウム化合物とタンタル化合物のIr/Taの金属
換算モル比が60/40 〜 98/2、好ましくは70
/30 〜 95/5の範囲内となるように変更する以外
は、第1の中間層の形成と同様にして行うことができ
る。
m2、好ましくは30〜50g/m2の範囲内となるよう
にするのが適当である。
極は、高電流密度下で長時間使用してもチタン界面の不
働態化が起こりにくく、長寿命であり、高電流密度下で
運転される金属の高速めっきや金属箔製造用陽極として
好適に使用することができる。
明するが、該実施例は本発明の範囲を限定するものでは
ない。
l100mm)をアルコールで洗浄後、20℃の8重量
%フッ化水素酸水溶液中で2分間処理した後、水洗し乾
燥した。次いで酸化被膜を除去したチタン板を陰極と
し、φ6mmのタンタル電極を使用してアルゴン置換し
たグローボックス中で放電加工を10分間行った。その
後タンタルの放電加工を行ったチタン板をファインカッ
ターにてt3.0×w10×l10mmに切断した。EP
MA(エレクトロンブローブマイクロアナライザー)に
て、放電加工を行ったチタン板の断面の元素分析を行っ
たところ、チタン金属中にタンタル金属が分散した合金
層が確認された。またこの合金層の厚さは30〜50μ
mであった。塩化イリジウム酸のブタノール溶液と塩化
タンタルのエタノール溶液を混合し、Ir2.8g/l
及びTa50.0g/l(モル配合比:5Ir-95Ta)を含
有する塗布液を調製し、マイクロピペットで1cm2当
たり3.0μl秤量し、それを上記のようにして作製し
たチタンとタンタルの合金層を形成したチタン基体の改
質層上に塗布した後、室温で30分間真空乾燥させ、更
に500℃の大気中で10分間焼成した。この工程を2
回繰返した。
ジウム酸ブタノール溶液と塩化タンタルのエタノール溶
液を混合し、Ir9.37g/l及びTa50.0g/
l(モル配合比:15Ir-85Ta)を含有する塗布液を調製
した後、この塗布液を用いて前記と同様の工程を3回繰
返した。
ブタノール溶液と塩化タンタルのエタノール溶液を混合
し、Ir50.0g/l及びTa20.2g/l(モル
配合比:70Ir-30Ta)を含有する塗布液を調製した後、
この塗布液を用いて前記と同様の工程を8回繰返して実
施例電極−1を作製した。
イング層の組成を表−1に示すようにかえた実施例電極
−2〜6及び比較例電極−1〜8を作製した。
層を形成したt3.0×w10×l10mmチタン基体の
改質層上に、H2PtCl6をブタノールに溶解した白金金属
濃度10g/lの溶液をマイクロピペットで1cm2当
り3.0μl秤量し、それを上記基体に塗布した後、室
温で30分間真空乾燥させ、更に500℃の大気中で1
0分間焼成した。この工程を5回繰返した。次に実施例
電極−1と同じ組成の外層を実施例電極−1と同様の方
法で形成して比較例電極−9を作製した。
し、その上に実施例電極−2と同じ組成の第1の中間
層、第2の中間層及び外層をそれぞれ実施例電極−2と
同様の方法で形成して比較例電極−10を作製した。
し、その上に塩化イリジウム酸のブタノール溶液と塩化
タンタルのエタノール溶液を混合し、Ir5.90g/
l及びTa50.0g/l(モル配合比:10Ir-90Ta)
を含有する塗布液を調製した後、マイクロピペットで1
cm2当り3.0μl秤量し、塗布した後、室温で30
分間真空乾燥させ、更に500℃の大気中で10分間焼
成した。この工程を4回繰返した。次いで外層を得るた
め、塩化イリジウム酸のブタノール溶液と塩化タンタル
のエタノール溶液を混合し、Ir50.0g/l及びT
a5.23g/l(モル配合比:90Ir-10Ta)を含有す
る塗布液を調製した後、この塗布液を用いて前記と同様
の工程を8回繰返して比較例電極−11を作製した。
下で電解したときの電極寿命を表−1及び表−2に示
す。
が長いことがわかる。
れば、チタン基体の表面にタンタル電極を使用した放電
加工により耐食性の良好なチタン−タンタルの合金層を
形成し、該合金層上に耐食性の良好な第1の中間層を形
成し、更に耐食性と電気伝導性の良好な第2の中間層を
形成することにより、チタン−タンタルの合金層は粗面
化されているため該合金層と第1の中間層及び第2の中
間層との密着性に優れ、またチタン基体の不働態化が抑
制され、そして該第2の中間層上に触媒層である外層を
形成することにより、長時間使用できる電解用電極を提
供することができる。
Claims (2)
- 【請求項1】 チタンとタンタルとの合金からなる表面
層を有するチタン基体の該表面層上に、 (a) 3 〜 7mol%の酸化イリジウムと93〜97m
ol%の酸化タンタルからなる第1の中間層、 (b) 10〜30mol%の酸化イリジウムと70〜9
0mol%の酸化タンタルからなる第2の中間層、及び (c) 60〜98mol%の酸化イリジウムと2 〜40
mol%の酸化タンタルからなる外層が順次設けられてい
ることを特徴とする電解用電極。 - 【請求項2】 チタンとタンタルとの合金からなる表面
層を有するチタン基体の該表面層上に、 (a) イリジウム化合物とタンタル化合物をIr/T
aの金属換算モル比が3/97〜7/93となる割合で
含有する溶液を塗布した後、酸化性雰囲気中で熱処理す
ることにより、3 〜 7mol%の酸化イリジウムと93
〜97mol%の酸化タンタルからなる第1の中間層を形
成せしめ、 (b) 該第1の中間層上に、イリジウム化合物とタン
タル化合物をIr/Taの金属換算モル比が1/9 〜
3/7となる割合で含有する溶液を塗布した後、酸化性
雰囲気中で熱処理しすることにより、10 〜 30mol
%の酸化イリジウムと70〜90mol%の酸化タンタル
からなる第2の中間層を形成せしめ、次いで (c) 該第2の中間層上に、イリジウム化合物とタン
タル化合物をIr/Taの金属換算モル比が60/40
〜 98/2となる割合で含有する溶液を塗布した後、
酸化性雰囲気中で熱処理することにより、60 〜 98
mol%の酸化イリジウムと2 〜 40mol%の酸化タン
タルからなる外層を形成せしめることを特徴とする請求
項1記載の電解用電極の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02576895A JP3653296B2 (ja) | 1995-01-23 | 1995-01-23 | 電解用電極及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02576895A JP3653296B2 (ja) | 1995-01-23 | 1995-01-23 | 電解用電極及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08199384A true JPH08199384A (ja) | 1996-08-06 |
| JP3653296B2 JP3653296B2 (ja) | 2005-05-25 |
Family
ID=12175028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02576895A Expired - Fee Related JP3653296B2 (ja) | 1995-01-23 | 1995-01-23 | 電解用電極及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3653296B2 (ja) |
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