JPS5941488A - 鉄系電気メツキ浴濃度の自動制御方法 - 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、鉄系電気メッキ、たとえばＦｅ電気メッキ、
Ｆｅ−Ｚｎ合金電気メッキ、Ｆｅ−８ｎ合金電気メッキ
等におけるメッキ浴濃度の自動制御方法に関する。さら
に詳細には、不溶性陽極を使用し、メッキ浴中で生成さ
れるＦｅ３＋イオン（以下、単にＦｅ３＋と記す）を、
補給すべき金属をメッキ液に添加溶解させることによシ
還元し、この溶解液をメッキ液として使用することを特
徴とする鉄系電気メッキにおけるメッキ浴濃度の自動制
御方法に関する。

本願出願人は、特願昭５６−１５８７２２号等において
、不溶性陽極を用いる帯板の鉄系電気メッキにおいて、
補給すべき金属をメッキ液に溶解させることによシ、メ
ッキ浴の金属成分を補給することができると共に、この
溶解によりメッキ浴中で生成されるＦｅ３＋を還元する
ことができるとの知見をもとに、有効な鉄系連続電気メ
ツキ方法を提案している。さらに、特願昭５７−５２５
６５号では、鋼板ヘメッキされて持ち出される金属量、
鋼板に同伴して持出されるメッキ液中の金属量、抜き出
したメッキ液中のＦｅ３＋濃度、保持すべきメッキ浴の
ｐＨ。

陰極電流効率、酸化率、あるいはＦｅ３＋還元効率等を
勘案しながら、還元供給系への投入金属量、ｐＨ調整液
１１水量等を決定することを提案している。

本発明は、上記した発明に関連して成されたもので、メ
ッキ浴濃度の平衡を保つための具体的な自動制御方法を
提供することを目的とするものである。

すなわち、本発明は、制御対象の浴成分をＦｅ２イオン
、Ｆｅ３＋イオンおよびＭｅｎ＋イオン（Ｆｅ以外の金
属成分イオン）とし、メッキ槽におけるＦｅ”十生成率
、メッキ電流効率および溶解槽におけるＦｅ３＋還元効
率をパラメータとし、これらを実測しながらメッキ浴へ
の金属供給量およびメッキ液捨量を調整することにょ９
、上記浴成分から成るメッキ浴濃度を制御するものであ
る。

次に、本発明をさらに詳細に説明する。

１、　−ｉず・メッキ浴濃度のバランスをとる方法とし
て、各イオンごとに物質収支計算式を求めると、・ （１）　　ＦｅとＭｅ（Ｆｅ以外の金属成分の記号）に
ついては、 〔金属供給量〕＝〔被メッキ材析出付着量〕十〔被メッ
キ材同伴ドラッ グアウト液中の金属量〕汁 〔メッキ液ドレンオフ中の 金属量〕・・・・（１） 十　が成立する。

（２）一方、Ｆｅ３＋イオンについては、〔陽極表面で
のＦｅ３＋発生量〕−〔被メツキ材表面でのＦｅ３＋還
元量〕十〔空気酸化による１１ｉ’　ｅ３＋発生量〕＝
〔金属供給溶解槽でのＦｅ３＋還元量〕十〔メッキ液ド
レンオフ中のＦｅ　３＋量〕」−〔被メツキ材同伴ドラ
ッグアウト液中のＦｅ３＋量〕・・・・（２） が成立する。

上記（１）　、　（２）の物質収支式から、還元供給系
に投入すべき金属供給量およびメッキ液捨量を算定する
。

２、　メッキ浴濃度制御において、制御対象浴成分およ
び実測すべき測定項目は次の通りとするＱ （１）制御対象浴成分：　Ｆｅ２＋＋　Ｍｅ”（Ｆｅ以
外の金属成分イオン）、Ｆｅ３＋ （２）　　測定項目：（Ａ）メッキ浴中のＦｅ３＋濃度
をメッキ槽のメッキ浴循環路の入口側と出口側とで測定
する。

測定の結果により、メッキ 槽でのＦｅ”＋生成率を補正する。

（Ｂ）メッキ浴中のＦｅ３＋濃度を 金属供給溶解槽のメッキ浴循環路の入口側と出１０側と
で測定する。

測定の結果により、金属量 給溶解槽でのＦｅａ＋還元効率を補正する。

（Ｑ被メッキ材に付着したメツ キ金属量（Ｆｅ付着量およびＭｅ付着量）と通電電気竜
とを測定する。

測定の結果により、メッキ 電流効率を補正する。

測定した結果を、前項１の式（１）および（２）にフィ
ードバックさせて金属供給量とメッキ液捨量とを算定し
て調整する。

次に、本発明を図示の実施例に基いて具体的に説明する
。本実施例は、本発明に基いて鉄−亜鉛合金電気メッキ
を連続的に被メッキ材に施すものである。図において、
１はＦｅ２＋イオンおよびＺｎ２＋イオンを主成分とす
るメッキ液を満したメッキ槽、２は不溶性陽極、３は被
メッキ材たとえば銅帯、４はメッキ槽１にメッキ液を補
給するためのバッファ一槽、５は補給すべき金属−Ｉ＋
、　（本実施例ではＦｅ　）、６はメッキ槽１から抜き
出したメッキ液によ多金属■の溶解を行なう金属゛■供
給溶解槽、７は補給すべき金属■（本実施例ではＺｎ）
、８は金属Ｉ供給溶解槽６と同様にメッキ槽１から抜き
出したメッキ液により金属Ｈの溶解を行なう金属■供給
溶解　　□槽、９はスラッジ等を分離するための固液分
離装置、１０はメッキ液ドレンオフ受槽である。

いま、上記のようなメッキ装置において通電を行なうと
、不溶性陽極２の電極界面上では、Ｆｅ”　→Ｆｅ”＋
ｅ−および２　Ｈ２Ｏ→４　Ｈ十＋　０２　＋４ｅ”’
　（酸素ガス発生）の反応が平行して起こる。

一方、被メッキ材３（銅帯）の界面上では、ＸＦｅ”十
（１−Ｘ）Ｚｎ”＋２ｅ　　−＋ＦｅｘＺｎ（ｘ−ｘ）
合金の析出、２　Ｈ＋’＋　２　ｅ　　−＋　Ｈ２（水
素ガス発生）およびＦｅ””−＋Ｆｅ”十ｅ　　（Ｆｅ
３＋の陰極還元）等の反応が競合しながら起きる。ここ
で、ＸはＦｅ−Ｚｎ合金メッキ皮膜中のＦｅの原子比率
（０≦Ｘ≦１）を表わす。

鉄系メッキにおいては、被メッキ材の移動速度、メッキ
電流密度、メッキ浴組成に応じて適正な流速をもったメ
ッキ液流を被メッキ材３に与えることが重要である。

この流速に対応してメッキ液循環流量が決定される。バ
ッファ一槽４は、メッキ液濃度が安定化するように十分
大きい容量を有する。

メッキ浴（震度制御のパラメータとして、メ。

中電流効率をＰ、Ｆｅ３＋生成率をＧ、金属粉の還元効
率（Ｆ’ｅ粉の還元効率をＥＩ、Ｚｎ粉の還元効率をＥ
Ｂ　）と表わすことにして、これらの定義を次に記す。

メッキ槽１において、 金属供給溶解槽６，８において、それぞれ、Ｆｅ供給溶
解は次の反応による。

Ｆｅ”十’Ｆｅ−＋”Ｆｅ”、（Ｆｅ３＋還元反応）２ ２Ｈ＋十Ｆ　ｅ　−＋　Ｆ　ｅ”　＋Ｈ２（酸溶解）Ｚ
ｎ供給溶解は次の反応による。

３＋１ Ｆｅ　　＋−Ｚｎ−＋Ｆ”ｅ”十”Ｚｎ”（Ｆｅ３＋還
元反応）２ ２Ｈ”＋　Ｚ　ｎ　−＋　Ｚ　ｎ”＋　Ｈｚ　（酸溶解
）鉄系メッキ浴の浴組成の主成分の濃度を次のように表
わす。

Ｆｅ２＋濃度：ＣＦｅ２＋（ｋｍｏｌ／コ）Ｆｅ３＋濃
度：　ＣＦｅ”（ｋｍｏｌ／ｍ）金属■濃度：　Ｃ■　
（ｋｍｏｌ／ｍ’）（本例の場合Ｃ■はＣｚｎ２＋とな
る。）いま、メッキ液捨量をＱ（ｒｒｒ／ｈｒ）とする
と、Ｑ＝（被メッキ材に付着した液ドラッグアウト量）
＋（メッキ液ドレンオフ量） 銅帯の連続電気メツキラインでは、銅帯に付着する液ド
ラッグアウト量は、ラインスピードと板巾との関数とな
ってお９、ライン操業データロギング等の調査によシ求
めておくことができる。したがって、メッキ液捨量の調
整は、メッキ液ドレンオフ受槽１０へ液を抜くドレンオ
フ流量Ｑｅ流量調整弁（図示せず）等により調節するこ
とができる○ 本実施例においてメッキ浴濃度制御の対象となっている
成分はＦｅ”＋　Ｆｅ３＋、　ｚｎ２＋イオンであ１ｏ
そこで、本発明のメッキ槽ｌおよび金属供給溶解槽６，
８の系全体において、Ｆｅ２＋。

Ｆ　ｅ　３”　＋　Ｚ　ｎ　２＋イオンごとに物質収支
をとれば、次のようなマテリアルバランス式が得られる
。

メッキ液捨量Ｑ ２　（Ｅ　ＩＣＦｅ２＋＋ＥＩＩ　Ｃｚｎ”）＋Ｃｐｅ
”（２Ｅ１＋１　）・・・・（３） Ｆｅ貯槽７からのＦｅ供給量をＦ　（１ａｎｏｌ／ｈｒ
　）とすれば、 Ｆ＝０．５　ＸＰ　Ｈ＋Ｑ　（ＣＦｅ２＋　＋ＣＦｅ３
＋　）・・・・（４）金属■貯槽８からの金属■供給量
（Ｚｎ供給量）をＺ　（ｋｍｏｌ／ｈｒ　）とすれば Ｚ＝０．５　（１−Ｘ）Ｐ　１＋Ｑ−Ｃｚｎ”　・・”
　（５）ここに、Ｘ：Ｆｅ系メッキ皮膜中のＦｅ組成（
原子比率） にメッキ電流（ＫＦａｒａｄａｙ／ｈｒ　）Ｇ　：　Ｆ
ｅ３＋生成率 Ａ：系全体でのＦｅ３＋空気酸化量 （Ｋｍｏｌ／ｈｒ　） Ｅ４：Ｆｅの還元効率 −ＥＢ：Ｚｎの還元効率 Ｐ：メッキ電流効率 ＣＦｅ２＋：メッキ浴中のＦｅ２＋濃度（Ｋｍｏｌ／ｍ
）ＣＦｅ３＋：メッキ浴中のＦｅ３＋濃度（Ｋｍｏ　１
７ｍ　）Ｃｚｎ”：メッキ浴中のＺｎ２＋濃度（Ｋｍｏ
　１／ｍ　）次に、メッキ浴濃度制御の手順を説明する
。

１、　ライン操業データより適当と考えられるｐ　ｅ　
３　＋生成率Ｇ、メッキ電流効率Ｐ、Ｆｅの還元効率Ｅ
１．Ｚｎの還元効率Ｅｌを初期値として使用し、プロセ
スコンピュータ等により前記マテリアルバランス式（３
）　、　（４）　、　（５）に基いて、メッキ液捨量Ｑ
、Ｆｅ供給量Ｆ、Ｚｎ供給量２を算出する。

２、　　ａ点におけるメッキ液循環量Ｑａ（ｍ”／ｈｒ
）と、メッキ槽入口（ａ点）および出口（ｂ点）におけ
るＦｅ３＋濃度および流量を測定すれば、メッキ槽内で
のＦｅ３＋生成量（Ｋｍｏｌ／ｈｒ　）を求めることが
できる。このＦｅ３＋生成量をメッキ電流１　（Ｋ　Ｆ
ａｒａｄａｙ／ｈｒ　）で除算することによりＦｅ３＋
生成率Ｇの補正値を得る。

３．０点およびｄ点におけるメッキ液循環量Ｑｃ［Ｑｃ
”Ｑｄ　（ｙ＋ｆ’／ｈｒ　）　）と、金属１供給槽６
の入口（ｂ点）および出口（。点）におけるＦｅ３４濃
度とを測定すれば、金属ｉ供給溶解槽６でのＦｅａ＋還
元量（Ｋｍｏｌ／ｈｒ　）を求めることができる。

［Ｑｄ＝Ｑｃ　（ｍＦ／ｈｒ　）　：）と金属■供給槽
８でのＦｅ３＋還元量（Ｋｍｏ　１／ｈｒ　）を求める
ことができる０ ２×（金属■投入量） ５゜被メッキ材に付着電析したＦｅ−Ｚｎ合金量を測定
し、通電量から計算される電析量との比よシ、メッキ電
流効率Ｐを求めて、Ｐの補正値を得る。

６、　　Ｆｅ３＋生成率Ｇ、メッキ電流効率Ｐ、Ｆｅの
還元効率”Ｉ’ｔＺｎの還元効率Ｅｌの補正値を使用シ
テ、プロセスコンピュータ等により、マテリアルバラン
ス式（３）　、（４）　？　（５）に基いて、メッキ液
捨量Ｑ　（ｒｒｔ／　ｈｒ　）、金属１投入量Ｆ（ｋｍ
ｏｌ／ｈｒ）、金属■投入量Ｚ　（ｋｍｏｌ／ｈｒ　）
を補正して制御する。

繰り返し、このフィードバック制御ループを組みながら
、メッキ浴濃度制御を行なう０次に、本発明の効果を実
施例により説明する。

実施例 連続電気メツキラインでのＦｅ−Ｚｎ合金メッキ メツキ条件： 銅帯（被メッキ材）幅　　　１２００　、πｍライン速
度　　　　　　　２００ｍ／朋メッキ電流　　　　　　
２０　ｋ　−Ｆａｒａｄａｙ／ｈメッキ槽メッキ液循環
量Ｑａ＝１００００ｍ／ｈｒ供給槽メッキ液循環量Ｑｃ
＝Ｑｄ＝５０ｍ／ｈｒ上記のメッキ条件によυ、本発明
のフィードバック制御を行なって連続電気メッキを実行
した場合のメッキ浴中のＦｅ３＋濃度とフィートノ（ツ
ク制御なしで連続電気メッキを行なった場合のメッキ浴
中のＦ　ｅ　３＋濃度の比較を第２図に示す。

第２図において実線は前者、破線は後者のＦ　ｅ”濃度
の変動を示す。

第２図から明らかなように、本発明のフィードバック制
御を行なうと、メッキ浴濃度が管理上限値と管理下限値
間の一定範囲内に維持されることが判る。

ｒ　　金属供給溶解槽は、第３図にみられるように、並
列配置としても、供給槽メッキ液循環量ＣＱＣ。

Ｑｎｍｆ／Ｈ）を各溶解槽毎に実測しておけば、同様に
実施することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電気メッキにおけるメッキ液の循
環系を示す概要図、第２図は本発明の制御方法による場
合と本発明の制御を打力わない場合におけるＦｅ３＋濃
度の変動を示す線図、第３図は本発明の他の実施例を示
す概要図である０ １０．メッキ槽　　　　　２・・不溶性陽極３・・被メ
ッキ材　　　　４・・ノく、フ了一槽５・・補給すべき
金属Ｉ　６・・金属■供給溶解槽７・・補給すべき金属
■　８・・金属■供給溶解槽９・・固液分離装置　　　
１ｏ・・メッキ液ドレンオフ受槽特許出願人　　　住友
金属工業株式会社第１図 第２図 メ メノキ時間（ｈｒ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）不溶性陽極を用いた帯板の鉄系電気メッキにおい
   て、あらかじめ設定したメッキ浴中でのＦｅ３＋生成率
   、メッキ電流効率および金属溶解におけるＦｅ３＋還元
   効率から、供給溶解すべき金属量および系外へのメッキ
   液捨量を算出し、実測により上記Ｆｅ３＋生成率、メッ
   キ電流効率およびＦｅ３＋還元効率を補正し、これによ
   ってメッキ浴へ供給すべき金属の量および系外へ排出す
   べきメッキ液量を調整してメッキ浴濃度の平衡を保つよ
   うにしたことを特徴とするメッキ浴濃度の自動制御方法
   ０