プラチナメッキのチタンアノードの利点と応用

電気化学の分野では、プラチナは、特に酸性媒体における電気化学酸素進化プロセスで、その優れた性能のためにアノード材料として広く使用されています。プラチナの酸化抵抗と電気触媒特性は、他の材料と比類のないものです。その結果、プラチナは、過酸化水素や過硫酸アンモニウムなどの重要な電気化学生産領域のアノード材料として使用されます。ただし、プラチナリソースは希少で高価です。プラチナアノードの優れた特性を維持しながらコストを削減するために、純粋なプラチナ製品を置き換えるために研究が行われました メッキプラチナ材料、良い結果を達成しました。チタン、タンタル、ニオビウムが適切な基質材料であることが研究を通じて発見されています。これらの3つの金属は、強い腐食抵抗を備えているだけでなく、バ​​ルブ金属でもあります。バルブ金属には、一方向電流流の特性があります。特定のポテンシャルでは、これらの金属は表面に酸化膜を形成できます。プラチナとこれらの基質を組み合わせることにより、基板に毛穴がある場合でも、酸化膜が自動的に形成されるため、孔の位置で腐食は発生しません。

1.1プラチナメッキチタンの電気めっきプロセス

チタン基板上のプラチナ電気めっきのプロセスフローは次のとおりです。

チタン基板の前処理 - エレクトロクリーニング - 水洗浄 - 活性化 - 蒸留水洗浄 - エレクトロブラシプラチナメッキ - 蒸留水洗浄 - 乾燥。

チタン基板の前処理：

現在、さまざまなプラチナメッキ溶液が利用可能であり、多くの基板でプラチナメッキを行うことができます。ただし、チタン基板上のプラチナメッキはより困難です。これは、チタンが簡単にパッシブ化する金属であり、表面上のパッシブフィルムがメッキと基質の間の緊密な結合を防ぐためです。したがって、受動的なフィルムを除去し、活性膜 - チタン表面に水素化物チタン膜を生成するために、前処理が必要です。水素化物チタン膜は、チタン基板、水素化物チタン、およびメッキの間に特定の金属結合を形成し、チタン基板とメッキの間に良好な結合を確保します。

エッチングプロセス：

エッチングの目的は、チタン表面のパッシブフィルムを除去することです。一般に、高濃度の硝酸 - フッ素酸システムで行われます。温度は室温で、エッチング時間は5分から10分です。エッチング溶液の比率は次のとおりです。HF（40％）50mL/Lから70ml/L。 HNO（65％）50ml/lから100ml/l。 HQ（30％）100ml/lから200ml/l。

アクティベーションプロセス：

活性化の目的は、チタン表面にアクティブフィルムを生成することです。チタン表面で得られた活性膜は、灰色がかった黒に見える水素化物チタン（TIH2）です。エネルギーバンドは、チタン基板、水素化物チタン、およびメッキ金属の重複により、エネルギーレベルが密接になっており、準金属結合が形成され、結合されたコーティングが発生します。活性化処理後にのみ、チタン基板をプラチナ電気めっきのためのメッキ溶液に配置できます。

1.2電気めっきプロセス

水溶液電気めっき

プラチナの水性溶液電気めっきは現在、プラチナ複合材の最も広く使用されている方法です。溶液は、酸性とアルカリ性の2つの主要なタイプに分類できます。アルカリ性プラチナメッキ溶液には、プラチナテトラミンジニトライト（P塩）溶液と、主塩としてヘキサヒドロキシプラチン酸カリウムによる強力なアルカリ溶液が含まれます。酸性プラチナメッキ溶液には、アミノスルホン酸ベースの溶液と硫酸塩ベースのDN溶液が含まれます。

アミノスルホン酸ベースのメッキ溶液の動作条件は、プラチナ（P塩として計算された）10-20 g/L、電流密度100-500 A/nf、50-100 g/Lのアミノスルホン酸濃度、pH < 2、および60〜80°Cの温度。 P塩は主要な塩であり、アミノスルホン酸は複合剤として作用し、陰極偏光を促進し、細かく明るい結晶堆積物をもたらします。このような溶液から明るく厚いプラチナコーティングを入手できます。

DNソリューションは、新しい酸性めっき溶液の一種です。これらのプラチナ塩溶液は、さまざまな基質に厚く明るいコーティングを生成できます。 DN溶液の動作条件は、HPT（NO2）2SO（プラチナとして計算）5-20 g/Lの濃度、50-300 A/m2の電流密度、pH <2（硫酸で制御）、30の温度です。 -70°C。 DN溶液は、明るく比較的厚いコーティングを提供し、低温で動作し、電気めっきプロセス中にガスを放出せず、コーティングにピンホールとボイドのリスクをもたらさないことができます。電気めっきプロセス中に動揺を維持することが重要です。ただし、DN溶液の現在の効率は低く、プラチナプラチナジニトロ硫酸（DNS）の調製は、P塩と比較してより複雑です。プラチナ用の多様な水溶液メッキは、主にこれらのタイプに基づいています。新しいブレークスルーが必要な場合、研究は新しいプラチナ化合物、適切な添加物、およびプラチナ化合物の解離メカニズムのより深い理解に新しいめっき溶液を発明することに焦点を当てる必要があります。さらに、電気めっきプロセスと基質前処理に関する研究を強化する必要があります。

溶融塩電気めっき：

プラチナの溶融塩メッキが1930年代に出現しました。溶けたシアン化物浴では、溶けが困難な金属表面の不動態化フィルムを溶解でき、電解質に酸素成分がないため、基質とコーティングの間の結合が強くなります。コーティングは延性がなく、ストレスがないため、多種多様な基質にメッキできます。溶融塩電解質の調製方法は、最初にセラミックるつぼ中の53％シアン化ナトリウムと47％シアン化物カリウムの混合物を事前に燃焼させることです。温度が融点（-550°C）から50°Cを超えると、2つのプラチナ電極が溶融混合物に挿入され、電流が適用されます。プラチナイオン濃度が約0.3％に達すると、電気めっきが始まります。陰極電流密度は30〜300 A/m2で、電流効率は65％から98％の範囲です。溶融塩電解質は、メッキプロセス中を除き、アルゴンガスで保護する必要があります。陽極電流効率は一般に電気めっき中の陰極電流効率よりも高いため、電解質組成の安定性を維持するためにシアン化物塩の定期的な添加が必要です。厚く、明るい、ストレスのないプラチナコーティングに成功しましたが、溶融塩メッキは複雑なプロセスであり、好ましくない労働条件で実行され、より高いコストが発生し、大規模なメッキが困難になります。

ブラシメッキ：

ブラシメッキのプロトタイプは、1899年にタンク外の修復プロセスとして、タンクメッキで観察された局所的な欠陥を改善するためのタンク外の修復プロセスとして登場しました。この方法では、綿で包まれたアノードがメッキ溶液に浸され、生地に電流を適用することにより、欠陥のある領域で前後にブラシをかけ、金属層の堆積をもたらし、したがって、タンクメッキアイテム。当初、このブラシメッキ法は、堆積速度が遅く、癒着が低く、薄いコーティングがありました。半世紀近くの研究開発の後、高度に濃縮されたブラシメッキソリューションとともに、アンペア時間カウンターを備えた特殊なメッキペンとブラシメッキのパワーソースが開発されました。ブラシメッキは、広く使用されている独立した電気化学的堆積法になりました。

ブラシメッキの主な利点は次のとおりです。

（1）メッキ溶液は高金属イオン濃度が高く、沈着速度が速く、典型的なタンクメッキの約1〜15倍です。

（2）ブラシメッキコーティングは、気孔率が最小限で、硬度が高く、結合特性が良好です。コーティングの厚さは制御可能であり、沈着後の加工は一般に不要です。

（3）機器はシンプルで、操作は比較的簡単で、摩耗または特大の機械加工部品のオンサイトの修理に使用できます。ただし、装飾的なコーティングにはあまり一般的には使用されていません。

2.プラチナ複合アノードアプリケーション

カソード保護におけるプラチナ複合アノードの適用

プラチナ複合アノードは、海水、淡水、土壌におけるカソード保護に理想的なアノード材料です。中国での彼らの適用には、わずか10年以上の歴史があり、それが外国にかなり遅れています。近年、中国の陰極保護産業は、アプリケーションの拡大により、重要な発展を遂げています。現在、プラチナ複合アノードは、沿岸発電所、地下および水中のパイプライン、ケーブル、油田生産装置の船および港の工学、海水冷却システム、コンデンサーシステムで使用されています。

アプリケーション

プラチナ複合アノードは一般に、海水での使用には推奨されます。土壌で使用すると、プラチナの消費率が増加し、最大175〜200 mg/（A.年）に達します。これは、土壌では、プラチナ複合陽極表面が酸素の進化または塩素の進化を経験し、酸素の進化によって引き起こされる強酸環境がプラチナの溶解を促進するためです。土壌にプラチナ複合アノードを使用する場合、炭素質埋め戻し材料を使用する必要があり、プラチナアノード表面での直接的な電気化学反応を減らすために密接な接触が必要です。プラチナアノードのコストが高く、土壌の消費率が高く、長期使用による地下抵抗の増加により、プラチナアノードは、高シリコン鋳鉄およびグラファイトアノードほど土壌で広く使用されていません。

プラチナ複合アノードは、金属の電気堆積における不溶性アノードとしても広く使用されています。鉛ベースのアノードは一般的に金属の電気堆積に使用されますが、電解中に少量溶解し、高い特異的重力と低い機械的強度の欠点があり、構造設計の困難をもたらします。対照的に、プラチナ複合電極は、クロムと金の電気堆積において優れた性能を示します。それらは、クロムメッキバスの鉛および鉛ティン合金ベースのアノードと比較して、はるかに低い腐食速度を持っています。金メッキバスで使用すると、プラチナ複合電極は純粋な金またはプラチナアノードを置き換え、大幅なコスト削減をもたらします。さらに、それらは亜鉛メッキ鋼板で広く使用されています。

プラチナ複合電極は、イオン化水の電解生成にも適用されます。イオン化された水は日本で広く研究されており、中国で注目を集めています。生成された酸性イオン水は消毒と滅菌に使用され、アルカリ性イオン化水は飲料水として使用されます。イオン化ウォーターマシンのカソードまたはアノードとしてプラチナ複合電極を使用すると、電極極性の頻繁な変化が可能になり、電極寿命が増加し、電極表面の汚染物質が除去され、イオン水の品質が確保されます。ステンレス鋼やチタンベースの金属酸化物コーティング電極などの他の電極と比較して、プラチナ複合電極はより大きなpH変動を示し、値は酸性水で4.32、アルカリ水で9.92に達します。

光電気化学材料への適用

プラチナメッキのチタン電極 多結晶プラチナと比較して、より大きな表面積と優れた電極触媒活性のために広く使用されています。電気触媒活性を改善するためにプラチナの粒度をさらに縮小することは、研究ホットスポットです。二酸化チタン（TIO2）は光触媒および熱感受性特性を示すため、かなりの注目を集めています。光電気化学触媒の中で、N-Tio2は、その優れた光腐食抵抗と高い安定性のために最も広範囲に研究されています。 TIO2表面に貴金属を堆積させると、電子エネルギーレベルの構造が変化し、表面特性が改善され、それにより光触媒性能が向上します。貴金属がTiO2表面に堆積すると、フィルミエネルギーレベルが一致するまで半導体から貴金属に電子を伝達し、界面にスペースチャージ層とSchottkyバリアを作成します。 Schottky Barrierは電子トラップとして効率的に機能し、光生成キャリアの再結合を防ぎ、キャリア分離の効率を改善します。

その他のアプリケーション

プラチナ複合電極は、過酸化物、過塩素酸塩、および低塩素酸塩の電解化学調製物にも広く使用されています。さらに、それらは一般的に海水淡水化や有機電解質合成などの産業で利用されています。