JPH11222700A - 合金メッキ浴に消費された金属イオンを供給する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 鋼板上へニッケル合金またはコバルト合金の
メッキにおいて、メッキの進行に伴い消費される金属イ
オンをメッキ浴に供給する手段として金属ニッケルまた
はコバルトの陽極溶解を行なう電解を実現する。 【解決手段】 電解槽中に、陰極として、ドラム状また
はディスク状のものを回転可能に設け、陽極としてチタ
ンメッシュの篭を用い、その中にイオウ含有金属ニッケ
ルまたはコバルトを充填し、合金メッキの使用ずみメッ
キ液を電解液として電解を行ない、電解により陽極から
溶出したニッケルまたはコバルトの一部を合金として陰
極に析出させ、陰極を回転させて析出した金属を剥離し
て陰極面から除き、電解槽の外へ導く。 残りのニッケ
ルまたはコバルトをイオンの形で液中に止め、このよう
にして金属イオンが補充された電解液を、合金メッキに
使用する。 陰極で析出した合金は、メッキ液に溶解さ
せて再利用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ニッケル合金また
はコバルト合金のメッキに使用するメッキ液に対し、メ
ッキ工程で消費されたニッケルまたはコバルトのイオン
を補充するための金属イオン供給方法の改良に関する。
本発明はまた、その方法の実施に使用する金属イオン供
給装置にも関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば亜鉛−ニッケルメッキ、錫−ニ
ッケルメッキなど、ニッケルと卑金属とを組み合わせて
高い耐食性を実現したニッケル合金メッキが、広く行な
われている。同様に、亜鉛−コバルトメッキなど、コバ
ルトと卑金属とを組み合わせて高い耐食性を実現したコ
バルト合金メッキも行なわれている。ニッケル合金メッ
キとコバルト合金メッキとはよく似た技術であるから、
ニッケル合金メッキを代表として取り上げ、説明を加え
る。

【０００３】メッキの進行にともない、メッキ浴中のニ
ッケルおよび他の金属のイオンは当然のことながら消費
され、金属イオンのようなカチオンが水素イオンと置き
換えられる結果、メッキ液のｐＨは低下する。メッキ浴
に金属イオンを補充するにあたり、亜鉛や錫のような卑
金属は、金属粒をｐＨの低下したメッキ浴中に投入する
だけで、化学反応によりイオン化する。しかし、ニッケ
ルのような耐食性の高い金属は、金属をｐＨの低下した
メッキ浴中に投入してもイオン化せず、簡単に補充する
ことはできない。このため、ニッケル合金メッキの浴へ
のニッケルイオンの補充は、炭酸塩の形で行なっている
のが現状である。

【０００４】しかし、炭酸ニッケルは、比較的高価であ
るばかりか、純粋なものが得にくく、市販品は塩基性炭
酸ニッケルと称し、水酸化ニッケルのほかに炭酸ナトリ
ウムを含有している。これをメッキ浴に使用すると、ｐ
Ｈバランスを崩したり、溶解性の低い水酸化ニッケルが
未溶解のままメッキラインに供給されて、製品の品質を
下げるおそれがある。

【０００５】この問題への一つの解決策として、金属ニ
ッケルを電解によりイオン化して、メッキ浴に補充する
ことが提案されている（たとえば特開平４−１３９００
号、特開平６−２５９００号）。

【０００６】これらの方法は、金属ニッケルを陽極とし
て電解し、陰極には水素過電圧の低い材料たとえば白金
族金属などを使用し、陰極から水素ガスを発生させる。
つまり、陰極で水素ガス発生反応を優先させることで、
本来なら起こるはずのニッケルの陰極析出を防止し、ニ
ッケルイオンを液中に溶存させることを原理としてい
る。

【０００７】しかし、いかに水素過電圧が低く、水素の
発生に対し活性な電極材料を用いても、ニッケルなどの
金属の析出を長期にわたって１００％抑えることは、事
実上不可能である。そこで、陰極に析出したニッケル
を、逆通電、つまり極性を変えて通電することにより再
溶解させ、ニッケルイオンの収率を高める努力がなされ
ている。ところが、逆通電を繰り返すと、今度は高い水
素発生触媒機能を有する陰極表面が溶出して活性を失
い、本来の電極機能が損なわれる。そうなれば、電極の
寿命は実用に耐える長さにはならない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ニッ
ケル合金メッキおよびコバルト合金メッキのメッキ浴に
対してニッケルまたはコバルトのイオンを補充しようと
するときに当面する上記の問題を解決し、白金族金属の
ような高価な電極材料を使用する必要がなく、しかも長
期間にわたって電極の消耗に配慮する必要もなく、した
がって設備費、ランニングコストの両方とも経済的な、
合金メッキのメッキ浴に消費された金属イオンを供給す
る方法を提供すること、および、その方法の実施に使用
する装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の合金メッキ浴に
消費された金属イオンを供給する方法は、ニッケル合金
またはコバルト合金をメッキするための浴に、ニッケル
またはコバルトのイオンを含有するメッキ液を供給する
方法であって、陽極としてイオウを含有する金属ニッケ
ルまたはコバルトを使用し、陰極としてはたらく回転可
能な金属製のドラムまたはディスクをそなえた電解槽
に、ニッケル合金またはコバルト合金のメッキ浴の循環
槽からメッキ液を受入れ、これを電解質として電解を行
なって電解液中にニッケルまたはコバルトのイオンを溶
出させ、陰極に析出したニッケルまたはコバルトの合金
を、陰極を回転させて連続的に電解槽の外部に除去しな
がら、ニッケルまたはコバルトのイオンが補充された電
解液を送り出して前記の循環槽に返すことを特徴とす
る。

【００１０】

【発明の実施形態】本発明の合金メッキ浴に消費された
金属イオンを供給する方法は、亜鉛−ニッケル合金メッ
キ、錫−ニッケルメッキ、亜鉛―コバルトメッキのよう
に、ニッケルまたはコバルトと卑金属との合金のメッキ
に適用できるが、以下、亜鉛−ニッケル合金メッキを代
表として取り上げて説明する。

【００１１】上記の方法を実施するための本発明のニッ
ケルイオン供給装置は、図１にメッキラインを含めた全
体の構成を示し、図２にその詳細を示すように、ニッケ
ルメッキライン（５）で使用するニッケル合金メッキ浴
にニッケルイオンを含有するメッキ液を供給する装置で
あって、回転可能に設けた金属製のドラムまたはディス
クである陰極（１１）と、イオウを含有する金属ニッケ
ルからニッケルイオンを溶出させるための、陰極を部分
的に囲む、多孔板で構成した陽極（１２）とを有する電
解槽（１）、陽極にイオウを含有する金属ニッケルを供
給するニッケル供給手段（２）、電解により陰極に析出
するニッケル合金を連続的に電解槽の外部に除去する金
属箔除去手段（３）、およびニッケル合金メッキ浴の循
環槽からメッキ液を受入れ、ニッケルイオンが補充され
た電解液（１４）を送り出すニッケルイオン含有液循環
手段（４）から構成される。

【００１２】陰極を構成する回転可能な金属製のドラム
またはディスクは、少なくともその表面を、チタンもし
くはチタン合金、鉛もしくは鉛合金、アルミニウムもし
くはアルミニウム合金、またはステンレス鋼で形成する
ことが好ましい。この表面はまた、硬質クロムメッキの
層であってもよい。表面をそれらの材料で形成すること
によって、析出したニッケル合金が容易に剥離する。ど
の材料を使用しても、陰極の表面は極力平滑な鏡面に仕
上げるべきであって、平滑表面をもつ陰極はニッケルの
付着が少なく、長期間の使用に耐える。

【００１３】材質としてはチタンが最適であるが、純チ
タンは柔らかい材料であるため傷が入りやすい。また、
粘りがあるため、表面の鏡面加工は困難である。この問
題を解決するには、適宜の組成のチタン合金を用いる
か、チタンの表面を、焼き入れや窒化処理などの表面硬
化処理により硬化させるとよい。より積極的な対策は、
後述するドクターブレードまたはスクレーパーで電着し
た金属を剥離した後の位置で、陰極の表面を研磨する装
置を設け、常に新鮮な平滑面が得られるようにすること
である。

【００１４】陰極は、ドラム状のものが最も簡明である
が、ディスク状のものとして、その両側面にニッケル合
金を析出させる形をとることもできる。後者の場合、陽
極はこの円盤の下部をはさむように設けることになる。
ディスク状陰極は、２枚以上を所定の間隔をおいて重
ね、表面積を大きくすることができる。陰極の形状はド
ラムおよびディスクに限らず、その中間の形状たとえば
円錐をいくつか組み合わせたものなど、変更態様が可能
である。一般に、ディスク状の陰極の方が、装置の設置
面積に比して、大きい陰極面積を実現することができ
る。

【００１５】図１にみるように、ニッケルイオン含有液
循環手段（４）は、ニッケル合金メッキ浴の循環槽から
メッキ液を受入れるためのメッキ液受入れ配管（４１）
と、ニッケルイオンを補充した電解液を循環槽（５）に
送り返すための電解液送り出し配管（４２）とからな
る。図２において、符号（１３）は電解槽へ直流電流を
供給する電源を示す。 金属ニッケル供給手段（２）
は、ニッケル金属の適宜の大きさのペレットを貯えるホ
ッパー（２１）と、ホッパーからとり出したニッケルペ
レットを運ぶベルトコンベアー（２２）とからなる。電
解槽（１）に供給されたニッケルペレットは、２枚の多
孔板により形成される陽極（１２）に接触し、イオンと
して溶出する。溶解して量を減じたペレットは、次々と
補給される。陽極は、陰極の形状に対応して湾曲した篭
形をしている。この構造により、陰陽極間距離が一定に
保たれ、従って両極における電気化学反応が一定に保た
れ、電解槽における物質収支のバランスが崩れない。

【００１６】このニッケルペレットとしては、０．００
３〜０．５％程度のイオウを含有するものを使用する。
それによって、陽極におけるニッケルの不動態化が生じ
ることなく、ニッケルをイオンとして溶出させることが
できる。電解槽に受け入れるメッキ液、すなわちニッケ
ルが消費されたメッキ液の硫酸濃度は１０〜４０ｇ／ｌ
であり、イオウを添加したニッケルでないと、不動態化
により効率よく溶解しない。

【００１７】電解の条件は、比較的広い範囲からえらぶ
ことができるが、好ましい陰極電流密度は１〜７０Ａ／
dm²である。電流密度が低くては、所要のニッケルイオ
ンを溶出させるのに、不相当な長い時間を要することは
いうまでもない。一方、７０Ａ／dm²を超える高い電流
密度で電解すると、副反応が起って酸素が発生し、効率
が低下するおそれがある。一般に、電流密度２０Ａ／dm
²程度が、ニッケルの溶解効率が高く、かつ操業の安定
が得やすくて有利である。

【００１８】電解液すなわちニッケルイオンを補充され
たメッキ液は、液中に存在することのある固体分を除去
するために、ニッケルイオン含有液フィルター（４３）
を通して循環槽（５）に戻す。このフィルターで濾別さ
れた固形分は、ときどき逆洗を行なってドレン槽（４
４）に落し、このドレンは、さらにスラッジフィルター
（４５）で固液分離して、スラッジをスラッジ貯槽（４
６）に収容する。液は、再度電解槽（１）に戻して使用
するか、または無害化処理を施して廃棄する。

【００１９】陰極（１１）に析出したニッケル合金とく
に亜鉛−ニッケル合金は、陰極を回転させるとともに、
これにドクタ−ブレ−ド（３１）を当てて陰極から剥離
し、少しずつとり出して電解槽の外へ除く。析出した合
金は、厚さが増すほど剥離しやすくなり、１００μｍ前
後に達すると自らの内部に生じた応力で浮き上ってくる
ので、容易に剥離できる。析出した合金と電解液とは反
応し、反応により水素が発生する。ドラム上の合金が電
解液を出たところから水素の発生が見られ、それが電着
金属層を押し上げて、剥離を助ける。ドクターブレード
上の合金片は、電解液を吹き付けて洗い流すとよい。符
号（３３）は、陰極で析出し、剥離された合金の容器を
示す。陰極がディスク形状である場合は、図３に示すよ
うに、陰極面に対するドクターとして、樋をそなえたス
クレーパー（３２）を当て、析出した合金をかき取って
電解液を注いで流し出し、電解槽外へ導く。

【００２０】電着した金属を電解槽の外へ導くのは、電
着金属が電解槽内に存在すると、電解液と反応して溶解
し、水素ガスを発生するからである。水素ガスが付着し
た金属片は電解槽液面に浮遊し、陰極・陽極の間に蓄積
すると、短絡をひきおこす。したがって、なるべくは全
部を電解槽の外へ導くことが好ましいが、微量であれば
差し支えない。ある程度の量が電解槽内に落下すること
が避け難い場合は、電解槽内の電解液の表層部に流れを
つくって、浮遊している電着金属片を電解相の外へ押し
流すようにするとよい。

【００２１】陰極表面で電着金属を剥離させるドクター
ブレード（３１）またはスクレーパー（３２）を使用す
る場合、その材質と、取り付けの精度が重要である。材
料としては、その硬度が陰極材料のそれより低いものを
用いるべきである。適切な材料は、高密度ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ＰＴＦＥなどの
合成樹脂、またはフッ素ゴム、ＥＰＤＭ、ハイパロン、
シリコンゴム、ブチルゴムなどのエラストマーから選択
することができる。適切な材質が選ばれなかったり、取
り付け精度が悪かったりすると、操業中に陰極表面に無
数の傷が入り、この傷が電着金属の陰極表面への密着を
招き、剥離を困難にする。

【００２２】ドクターブレードまたはスクレーパーに代
えて、流体を陰極表面に勢いよく吹き付けて、電着金属
を洗い流すことは、陰極表面を傷つけないという点で有
利である。この場合、電解液を流体として使用するとよ
い。

【００２３】集められたニッケル合金はメッキ液に溶解
するので、破砕して循環槽（６）に投入して溶解させ、
亜鉛イオンおよびニッケルイオンの供給源とすることが
できる。析出した亜鉛−ニッケル合金は脆く、わずかな
力を加えただけで用意に砕けて粉末になる。

【００２４】

【実施例１】幅１８２０mmの鋼板を９０m／分の速度で
走行させながら、連続的に亜鉛−ニッケル（重量でＺ
ｎ：Ｎｉ＝８８：１２）の合金メッキを行なうライン
に、本発明のニッケルイオン供給技術を適用した。この
ラインでは、容量５０ｍ³のメッキ液循環槽があって、
そこから１４４ｍ³／時の速度でメッキ液がラインに循
環している。ニッケルイオン供給装置は図２に示した構
成であって、陰極は表面をチタンで被覆したドラム状で
あり、陽極はそのまわりに湾曲して設けたチタンメッシ
ュのバスケットからなっていて、そこへイオウ含有金属
ニッケルのペレットを供給する。

【００２５】メッキ量は、鋼板両面にそれぞれ３０ｇ／
ｍ²であるから、メッキ浴から持ち去られる金属量は５
８９．７kg／時であり、このうちの亜鉛（８８％）は５
１８．９kg、ニッケルは７０．７kgである。亜鉛イオン
の供給は、図１に示した亜鉛粒溶解槽（７）において行
なうから、本発明のニッケルイオン供給装置で７０．７
kg／時のニッケルイオンがメッキ浴に補充されればよ
い。メッキ液中のイオン濃度は、亜鉛が４５kg／ｍ³、
ニッケルが８６kg／ｍ³であるから、５０ｍ³のメッキ液
中には、それぞれの５０倍のイオンが存在する。

【００２６】メッキ液循環槽から受け入れたメッキ液
を、上記の電解槽の底部から供給し、陰極電流密度を４
０Ａ／dm²に保って電解した。陰極表面における液流速
は４０ｍ／分、液温６５℃であった。陰極電流効率は９
５％であった。

【００２７】陰極に析出した亜鉛−ニッケル合金を、図
２に示すようにドクタ−ブレ−ドでかき取って、電解槽
外へ連続的に除去した。洗浄・乾燥後の重量は、８４．
４２kg／時であった。合金を分析したところ、メッキ金
属と同じく亜鉛が８８％、ニッケルが１２％含まれてい
たから、陰極で析出した金属の量は、亜鉛が７４．２９
kg／時、ニッケルが１０．１３kg／時である。

【００２８】一方、陽極で溶解した金属ニッケルの量
は、８０．８９kg／時であって、陽極の電流効率はほぼ
１００％であった。メッキ液中にイオンとして供給され
たニッケルは、溶出量−析出量＝８０．８９kg／時−１
０．１３kg／時＝７０．７６kg／時であるから、メッキ
ラインで消費された前記７０．７kg／時のニッケルが補
給されたことがわかる。亜鉛は、陰極に析出した合金箔
の排出により、上記のように７４．２９kg／時が失われ
たが、これとメッキラインで消費された５１８．９kg／
時とを合わせた量５９３．２kg／時を、亜鉛粒溶解槽で
溶解することによって補給した。

【００２９】

【実施例２】実施例１のドラム状陰極を、図３に示すよ
うなディスク状の陰極で置き換えた装置で、上述したメ
ッキラインの、ニッケルイオンの補給を行なった。ディ
スクは半径６００mmで、両面が陰極として働くものであ
り、その４枚を、２４０mmのピッチで同軸上に重ねて固
定した。このディスクの周縁から４４４mmまでが電解液
に浸漬されるようにして回転させ、陰極電流密度約２０
Ａ／dm²で電解した。電解液温度は実施例１と同様に６
５℃であり、陰極電流効率も同様な値が得られた。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、陰極におけるニッケルの析出
を完全に防止するという考えを棄て、ある程度の析出は
許容するが、溶出分との差がイオンとして液中に残るよ
うにはかって、それをメッキ浴に供給することで、ニッ
ケル合金メッキに必要なニッケルイオンの供給を行なう
ものである。従って、これまで提案されて来た方法のよ
うに、陰極としてことさら水素過電圧の低いものを使う
わけではないから、白金族金属など高価な材料を使用す
る必要がなく、しかも陰極の寿命を心配する必要がほと
んどない。その結果、設備費も運転費も節約できる。

【００３１】前記した陰極析出ニッケル合金の再利用を
考慮に入れなくてもなお、従来の炭酸ニッケルを使用し
てニッケルイオンの供給を行なっていた場合にくらべ、
明白なコストの低下を享受することができる。陰極析出
ニッケル合金の再利用は容易であり、それによっていっ
そうのコスト低下が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のニッケルイオン供給装置を採用して
ニッケル合金メッキを行なう装置の、全体の構成を示す
フローチャート。

【図２】 図１の装置におけるニッケルイオン供給装置
の詳細を示す、電解槽を中心とする装置の断面図。

【図３】 図２のニッケルイオン供給装置の中の電解槽
について別の態様を示す図であって、Ａは図２と同様な
横断面図であり、Ｂは縦断面図。

【符号の説明】

１〜４ ニッケルイオン供給装置 １ 電解槽 １１ 陰極 １２ 陽極 １３ 電源 １４ 電解液 ２ 金属ニッケル供給手段 ２１ ホッパー ２２ ベルトコンベアー ３ 陰極析出金属除去手段 ３１ ドクタ−ブレ−ド ３２ スクレーパー ３３ 析出合金容器 ４ ニッケルイオン含有液循環手段 ４１ メッキ液受け入れ配管 ４２ 電解液送り出し配管 ４３ ニッケルイオン含有液フィルター ４４ ドレン槽 ４５ スラッジフィルター ４６ スラッジ貯槽 ５ メッキライン ５Ａ メッキ前の金属板 ５Ｂ メッキ後の金属板 ６ 循環槽 ７ 亜鉛粒溶解槽 ８ 陰極析出合金

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ニッケル合金またはコバルト合金をメッ
   キするための浴に、ニッケルまたはコバルトのイオンを
   含有するメッキ液を供給する方法であって、陽極として
   イオウを含有する金属ニッケルまたはコバルトを使用
   し、陰極としてはたらく回転可能な金属製のドラムまた
   はディスクをそなえた電解槽に、ニッケル合金またはコ
   バルト合金のメッキ浴の循環槽からメッキ液を受入れ、
   これを電解質として電解を行なって電解液中にニッケル
   またはコバルトのイオンを溶出させ、陰極に析出したニ
   ッケルまたはコバルトの合金を、陰極を回転させて連続
   的に電解槽の外部に除去しながら、ニッケルまたはコバ
   ルトのイオンが補充された電解液を送り出して前記の循
   環槽に返すことを特徴とする合金メッキ浴に消費された
   金属イオンを供給する方法。
2. 【請求項２】 ニッケル合金メッキが、亜鉛−ニッケル
   合金メッキである請求項１の方法。
3. 【請求項３】 陰極に析出したニッケル合金を循環槽内
   でメッキ液に溶解して再使用する請求項１または２の方
   法。
4. 【請求項４】 コバルト合金メッキが、亜鉛−コバルト
   合金メッキである請求項１の方法。
5. 【請求項５】 陰極に析出したコバルト合金を循環槽内
   でメッキ液に溶解して再使用する請求項１または４の方
   法。
6. 【請求項６】 ニッケル合金またはコバルト合金をメッ
   キするための浴に、ニッケルまたはコバルトのイオンを
   含有するメッキ液を供給する装置であって、回転可能に
   設けた金属製のドラムまたはディスクである陰極（１
   １）と、陰極を部分的に囲む、イオウを含有する金属ニ
   ッケルまたはコバルトからニッケルまたはコバルトのイ
   オンを溶出させるための、多孔板で構成した陽極（１
   ２）とを有する電解槽（１）、陽極にイオウを含有する
   金属ニッケルまたはコバルトを供給する金属供給手段
   （２）、電解により陰極に析出するニッケルまたはコバ
   ルトの合金を連続的に電解槽の外部に除去する電着金属
   除去手段（３）、および合金メッキ浴の循環槽からメッ
   キ液を受入れ、ニッケルまたはコバルトのイオンが補充
   された電解液を送り出す金属イオン含有液循環手段
   （４）から構成される合金メッキ浴に消費された金属イ
   オンを供給する装置。
7. 【請求項７】 金属製のドラムまたはディスクの表面
   が、チタンもしくはチタン合金、鉛もしくは鉛合金、ア
   ルミニウムもしくはアルミニウム合金、ステンレス鋼、
   または硬質クロムメッキの層で形成されている請求項６
   の装置。