JP7066707B2 - How to electroplat an uncoated steel strip with a plating layer - Google Patents
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Description
本発明は、コーティングされていない鋼ストリップをめっき層で電気めっきする方法及びその改良に関する。 The present invention relates to a method of electroplating an uncoated steel strip with a plating layer and an improvement thereof.
連続鋼ストリップめっきでは、冷間延鋼ストリップが準備され、それは、再結晶アリーリング又は回復アリーリングによって鋼を軟化させるために、通常、冷間圧延後にアリーリングされる。アリーリングの後、かつ、めっきの前に、鋼ストリップは、油及びその他の表面汚染物質を除去するために、最初に洗浄される。ほとんどの場合、アルカリ性洗浄剤がこの目的のために使用され、その場合、鋼は、電気化学的に不動態である、すなわち、鋼ストリップ表面は、安定な保護酸化膜で覆われている。したがって、鋼は、アルカリ性洗浄剤に溶解しない。アルカリ洗浄剤は、様々な成分の複雑な混合物である。主成分は、アルカリ性、導電性及び鹸化性を付与するための苛性ソーダである。その他の一般的な成分は、メタケイ酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、リン酸塩、ホウ酸塩及び界面活性剤である。 In continuous steel strip plating, a cold rolled steel strip is prepared, which is usually allered after cold rolling to soften the steel by recrystallization or recovery allering. After allering and before plating, the steel strips are first cleaned to remove oil and other surface contaminants. In most cases, alkaline cleaners are used for this purpose, in which case the steel is electrochemically passivated, i.e. the steel strip surface is covered with a stable protective oxide film. Therefore, the steel does not dissolve in the alkaline cleaner. Alkaline cleaners are complex mixtures of various components. The main component is caustic soda for imparting alkalinity, conductivity and saponification. Other common ingredients are sodium metasilicate, sodium carbonate, phosphates, borates and surfactants.
洗浄工程の後、鋼ストリップは、酸化皮膜を除去するために硫酸溶液又は塩酸溶液中で酸洗いされる。異なる処理工程の間に、次の処理工程に使用される溶液が前の処理工程の溶液で汚染されるのを防ぐために、鋼ストリップは、常に脱イオン水でリンスされる。その結果として、鋼ストリップは、酸洗い工程の後に徹底的にリンスされる。鋼ストリップのリンス及びめっきセクションへの輸送中に、新鮮な薄い酸化物層が、裸の鋼表面上に即座に形成される。 After the cleaning step, the steel strips are pickled in sulfuric acid or hydrochloric acid to remove the oxide film. During different treatment steps, the steel strips are always rinsed with deionized water to prevent the solution used in the next treatment step from being contaminated with the solution in the previous treatment step. As a result, the steel strips are thoroughly rinsed after the pickling step. During transport of the steel strip to the rinse and plating sections, a fresh thin oxide layer is instantly formed on the bare steel surface.
電気めっきで使用されるプロセスは、電着(electrodeposition)と呼ばれる。めっきされる部品(鋼ストリップ)は、回路のカソードである。回路のアノードは、この部品にめっきされる金属(溶解アノード(dissolving anode)、例えば、従来の錫めっきで使用されている溶解アノード)又は寸法安定性のあるアノード(これは、めっき中に溶解しない)で形成することができる。両方の成分は、電解質と呼ばれる溶液に浸されている。カソードでは、電解質溶液中の金属イオンが溶液とカソードとの間の界面で還元され、それらがカソード上に析出(deposit)する。 The process used in electroforming is called electrodeposition. The part to be plated (steel strip) is the cathode of the circuit. The anode of the circuit is the metal to be plated on this component (dissolving anode, for example the dissolving anode used in conventional tin plating) or the dimensionally stable anode (which does not dissolve during plating). ) Can be formed. Both components are immersed in a solution called an electrolyte. At the cathode, metal ions in the electrolyte solution are reduced at the interface between the solution and the cathode, and they deposit on the cathode.
多くの場合、電解質は酸性溶液である。結果として、酸洗い工程の後に形成された酸化物層は、急速に溶解する。酸化皮膜のない裸鋼は腐食されやすい。腐食は、鋼基材に由来する鉄がFe2+に酸化されることを意味し、ここで、遊離した電子は、水素イオン又は電解質に溶解している酸素ガスの還元によって消費される。
2H++2e-→H2(g)
O2(g)+4H++4e-→2H2O
その結果、電解質は、Fe2+に富むようになる。電解質に依存して、これらのFe2+イオンは、引き続いて、次の電気めっき工程においてFeに還元され、そして、このFeは、基材上にめっきされることが意図される金属ととともに、基材上に析出される。共析出された鉄は、めっき層の性質、特に腐食性能に悪影響を及ぼす。
Often the electrolyte is an acidic solution. As a result, the oxide layer formed after the pickling step dissolves rapidly. Bare steel without an oxide film is easily corroded. Corrosion means that iron derived from the steel substrate is oxidized to Fe 2+ , where the liberated electrons are consumed by the reduction of hydrogen ions or oxygen gas dissolved in the electrolyte.
2H + + 2e- → H 2 (g)
O 2 (g) + 4H + + 4e- → 2H 2 O
As a result, the electrolyte becomes rich in Fe 2+ . Depending on the electrolyte, these Fe 2+ ions are subsequently reduced to Fe in the next electroplating step, which Fe is based on, along with the metal intended to be plated on the substrate. Precipitated on the material. The co-precipitated iron adversely affects the properties of the plating layer, especially the corrosive performance.
本発明の1つの目的は、コーティングされていない鋼ストリップを三価Cr電解質からのめっき層で電気めっきするための改良された方法を提供することである。 One object of the present invention is to provide an improved method for electroplating uncoated steel strips with a plating layer from a trivalent Cr electrolyte.
また、本発明の1つの目的は、改良された性質を有する三価Cr電解質を使用して、コーティングされていない鋼ストリップを電気めっきすることにより製造された、めっき層を有する鋼ストリップを提供することである。 Also, one object of the present invention is to provide a steel strip having a plated layer, which is produced by electroplating an uncoated steel strip using a trivalent Cr electrolyte having improved properties. That is.
1つ以上の目的は、コーティングされていない鋼ストリップを三価Cr電解質からのめっき層で電気めっきする方法であって、
前記コーティングされていない鋼ストリップが、めっきプロセスの前に、前記ストリップの表面に存在する酸化物及びその他の汚染物質を除去するための洗浄及び酸洗い工程に供され、
前記ストリップが、その後、一連の連続するめっきセルを含むめっきセクションにおいて、めっきプロセスに供され、
前記めっきプロセスの第1段階において、三価Cr電解質からめっき層を析出させるのには不十分であるが、前記電解質中で前記ストリップをカソード防食するのには十分である電流が、第1のめっきセルに入るストリップに印加され、
前記めっきプロセスの第2段階において、三価Cr電解質からクロム金属、クロム炭化物及びクロム酸化物を含むめっき層を析出するための、より高い電流が、前記ストリップに印加される、前記方法によって達成される。
One or more objectives are methods of electroplating uncoated steel strips with a plating layer from a trivalent Cr electrolyte.
The uncoated steel strip is subjected to a cleaning and pickling step to remove oxides and other contaminants present on the surface of the strip prior to the plating process.
The strip is then subjected to a plating process in a plating section containing a series of continuous plating cells.
In the first step of the plating process, a current sufficient to precipitate the plating layer from the trivalent Cr electrolyte but sufficient to cathodic protect the strip in the electrolyte is first. Applied to the strip entering the plating cell,
In the second step of the plating process, a higher current is applied to the strip to precipitate a plating layer containing chromium metal, chromium carbide and chromium oxide from the trivalent Cr electrolyte, achieved by the method. Ru.
米国特許第3316160号明細書には、2つ以上の垂直めっきタンクを含むめっき操作においてクロム酸めっき液からクロムめっき鋼ストリップ上の青みがかった色合いを防止する方法が開示されている。このプロセスでは、最初の下向きパス(downward pass)及び上向きパス(upward pass)で電流密度が高く、電解クロムめっきが行われる。次いで、鋼ストリップを第2のめっきタンクに導き、そして、第2の下向きパス及びその後の任意の下向きパスにおいて、電流密度を大幅に下げ、そして、第2の上向きパスにおいて再び高レベルの電流密度に戻す。下向きパス及び上向きパスにおける低及び高電流密度での処理は、後続のすべてのタンクで繰り返される。上向きパスにおける電流密度の減少は、青みがかった色合いの原因となる複合酸化クロム(complex chromium oxide)の膜を除去する。 US Pat. No. 3,316,160 discloses a method of preventing a bluish tint on a chrome-plated steel strip from a chromic acid plating solution in a plating operation involving two or more vertical plating tanks. In this process, the first downward pass and upward pass have high current densities and electrolytic chrome plating is performed. The steel strip is then led to a second plating tank, and at the second downward path and any subsequent downward path, the current density is significantly reduced, and at the second upward path again a high level of current density. Return to. Processing at low and high current densities in the downward and upward paths is repeated in all subsequent tanks. The decrease in current density in the upward path removes the film of complex chromium oxide that causes the bluish tint.
本発明は、産業で使用されるめっきセクション(plating section)の特定のレイアウトを参照することによって説明されるが、本発明がそれに限定されることは意図されず、一連の連続するめっきセルを含む任意のめっきセクションに適用可能である。本発明の一実施形態において、めっきセクションは、限られた床面積で十分な総アノード長を得るための一連の垂直めっきセルからなる。当技術分野で知られている方法において、最初の下向きパス(down-pass)の間、電流は印加されない。ストリップが初めてめっき液に入る最初の下向きパスにおいて、リンス工程に由来する鋼ストリップ表面に付着している残存水膜は、めっきセル中に存在する電解液によって置換され、鋼ストリップは、電解質の温度に加熱される。鋼ストリップが電解質にさらされると、酸洗い工程の後に形成された酸化物層は急速に溶解する(図1参照)。本発明による方法では、電解質に入るストリップに初めて電流が印加される(図2参照)。めっき層の析出が達成されないように電流が選択されるが、鋼ストリップがカソード防食される(cathodically protected)が溶解しないように、電解液中の鋼の電位がシフトされることが重要である。したがって、本発明による方法では、第1のめっきセル内の電解質はFe2+に富んでいないが、従来技術の方法の第1のめっきセル内の電解質はFe2+に富んでいる。したがって、第1のめっきセル内の電解質の富化の欠如は、後続のめっきセルへのFe2+の進入(drag-out)を防止する。その後のめっきセルでは、三価Cr電解質からクロム金属、炭化クロム及び酸化クロムを含むめっき層を析出させるために電流が増加される。Cr(III)電解質中の鉄は、クロムとともにストリップ上に析出する。Cr-CrCx-CrOxコーティング中の鉄が腐食性能に悪影響を及ぼすことが見出された。したがって、Cr(III)電解質中の鉄レベルをできるだけ低く保つことが重要である。これは、少なくとも最初の下向きパスにおいて、好ましくは、めっきに使用されていない他の全てのパスにおいても、小さい電流を流すことによって達成される。本発明による方法は、めっきすべきストリップが導かれる一連のめっきセル中の任意の不活性めっきセルに適用することができる。不活性めっきセルとは、ストリップは導かれるが、めっき作用は起こらない、例えば、1つ以上のめっきセルがスキップされるときにはめっき作用は起こらない一方、めっき施設全体の構造のためストリップが導かれなければならないめっきセルを意味する。本発明の一実施形態において、電解質は酸性である。 The present invention is described by reference to a particular layout of the plating section used in the industry, but the invention is not intended to be limited thereto and includes a series of continuous plating cells. Applicable to any plating section. In one embodiment of the invention, the plating section consists of a series of vertical plating cells to obtain sufficient total anode length in a limited floor area. In the methods known in the art, no current is applied during the first down-pass. In the first downward path when the strip first enters the plating solution, the residual water film adhering to the surface of the steel strip from the rinsing process is replaced by the electrolyte present in the plating cell and the steel strip is the temperature of the electrolyte. Is heated to. When the steel strip is exposed to the electrolyte, the oxide layer formed after the pickling step dissolves rapidly (see Figure 1). In the method according to the invention, an electric current is applied to the strip entering the electrolyte for the first time (see FIG. 2). The current is selected so that precipitation of the plating layer is not achieved, but it is important that the potential of the steel in the electrolyte is shifted so that the steel strip is cathodically protected but not melted. Therefore, in the method according to the present invention, the electrolyte in the first plating cell is not rich in Fe 2+ , but the electrolyte in the first plating cell in the prior art method is rich in Fe 2+ . Therefore, the lack of electrolyte enrichment in the first plating cell prevents the subsequent drag-out of Fe 2+ into the plating cell. In subsequent plating cells, the current is increased to precipitate a plating layer containing chromium metal, chromium carbide and chromium oxide from the trivalent Cr electrolyte. Iron in the Cr (III) electrolyte precipitates on the strip along with chromium. It has been found that iron in the Cr-CrCx-CrOx coating adversely affects corrosive performance. Therefore, it is important to keep the iron level in the Cr (III) electrolyte as low as possible. This is achieved by passing a small current, at least in the first downward pass, preferably in all other passes not used for plating. The method according to the invention can be applied to any inert plating cell in a series of plating cells from which the strip to be plated is guided. An inert plating cell is one in which the strip is guided but no plating action occurs, for example, when one or more plating cells are skipped, no plating action occurs, while the strip is guided due to the structure of the entire plating facility. Means a plating cell that must be. In one embodiment of the invention, the electrolyte is acidic.
三価クロム電解質からのクロム層の析出メカニズムに関する研究において(J.H.O.J. Wijenberg,M.Steegh,M.P.Aarnts,K.R.Lammers,J.M.C.Mol,緩衝化剤を含まない三価クロムホルメート電解液からの混合クロム金属-炭化物-酸化物コーティングの電着,Electrochim.Acta 173(2015)819-826)において、三価クロムめっきプロセスは、金属イオンが金属への電流によって直接還元される(Men++ne-→Me)通常のめっきプロセスとは非常に異なることが見出された。この方法は、例えば、錫めっきプロセスで知られている。対照的に、Cr(III)めっきプロセスは、水素発生反応(hydrogen evolution reaction)による表面pHの上昇によって引き起こされるCr(III)錯体イオン中の水配位子の高速で段階的な脱プロトン化に基づいている。これにより、電流が印加されても金属が析出しない、いわゆる「レジームI(regime I)」が存在する(図3参照)。小さな電流を流すと水素発生反応が起こる。H+イオンの除去は、表面pHの上昇を伴い、それは、次の酸-塩基反応をもたらす。
[Cr(HCOO)(H2O)5]2++OH-→[Cr(HCOO)(OH)(H2O)4]++H2O
In the study on the precipitation mechanism of the chromium layer from the trivalent chromium electrolyte (JHO Wijenberg, M. Steeg, MPArants, KR Rammers, JMC Mol, buffering. Electrodeposition of mixed chromium metal-carbohydrate-oxide coating from a trivalent chromium formate electrolyte free of agents, in Electrochim.Acta 173 (2015) 819-826), the trivalent chromium plating process is carried out by metal ions. It was found that it is very different from the usual plating process, which is directly reduced by the current to the metal (Men + + ne- → Me ) . This method is known, for example, in the tin plating process. In contrast, the Cr (III) plating process involves rapid, stepwise deprotonation of water ligands in Cr (III) complex ions caused by an increase in surface pH due to a hydrogen evolution reaction. Is based. As a result, there is a so-called "regime I" in which the metal does not precipitate even when an electric current is applied (see FIG. 3). A hydrogen generation reaction occurs when a small current is passed. Removal of H + ions involves an increase in surface pH, which results in the following acid-base reaction.
[Cr (HCOO) (H 2 O) 5 ] 2 + + OH- → [ Cr (HCOO) (OH) (H 2 O) 4 ] + + H 2 O
レジームIの存在は、Cr(III)めっきプロセスに特有のものであり、通常のめっきプロセスには存在しない。本発明者らは、Cr(III)めっきプロセスのこの特別な特徴を有利に利用するための新規なアイデアに到達した。最初の下向きパスで少量の電流を流すことで、少量の水素ガスが生成されるだけでなく、鋼の電位が負の方向にシフトする。これは、カソード防食(cathodic protection)として知られている現象である。負の電位のため、鋼ストリップは、もはや腐食しない。鋼ストリップは、腐食から保護されるだけでなく、酸化鉄膜(の一部)が鉄金属に還元され、それによって電解液中の鉄のピックアップ(pick up)をさらに減少させる。明らかに、電流が印加されると、水膜は依然として電解質によって置換され、また鋼ストリップも加熱される。鋼ストリップを保護するために印加しなければならない電流は非常に小さくてもよい。上限はレジームIIの開始によって制限される(図3参照)。
[Cr(HCOO)(OH)(H2O)4]++OH-→Cr(HCOO)(OH)2(H2O)3+H2O
The presence of Regime I is unique to the Cr (III) plating process and is not present in the normal plating process. We have arrived at a novel idea to take advantage of this special feature of the Cr (III) plating process. Applying a small amount of current in the first downward path not only produces a small amount of hydrogen gas, but also shifts the potential of the steel in the negative direction. This is a phenomenon known as cathode protection. Due to the negative potential, the steel strips no longer corrode. Not only is the steel strip protected from corrosion, but (part of) the iron oxide film is reduced to iron metal, thereby further reducing the pick-up of iron in the electrolyte. Obviously, when an electric current is applied, the water film is still replaced by the electrolyte and the steel strip is also heated. The current that must be applied to protect the steel strip may be very small. The upper limit is limited by the initiation of Regime II (see Figure 3).
[Cr (HCOO) (OH) (H 2 O) 4 ] + + OH- → Cr (HCOO) (OH) 2 (H 2 O) 3 + H 2 O
Cr(HCOO)(OH)2(H2O)3は、カソード上に析出物を形成する。析出物のCr(III)の一部はCr金属に還元され、ギ酸塩は分解されてCr炭化物を形成する。Cr(III)がCr金属に完全に還元されていない場合、Cr酸化物もまた析出物中に存在する。析出物の量及び組成は、印加電流密度、質量流束及び電気分解時間に依存する。レジームIIに入るための電流密度の閾値は、上述の論文で説明されているように、それがH+の質量流束に関係しているので、ライン速度の増加とともに増加する。Cr(HCOO)(OH)2(H2O)3を析出させるのに必要とされる表面pHの上昇は、電解質のバルクから電極表面へのH+のより速い補給(replenishment)によって妨げられる。結果として、電極表面で同じpHの増加を得るためには、ライン速度の増加とともに、より高い電流密度が必要とされる。それゆえ、レジームIが終了し、レジームIIが開始する固定の閾値はないが、単純な実験によって電流密度の関数として、めっき層の析出の開始を単に監視することによって、この閾値を決定することは容易である。クロムの析出が電流密度に対してプロットされている場合、レジームI~IIIが可視化される(例えば図4参照)。レジームIは、電流は存在しているが、まだ析出は存在していない領域である。表面pHは、クロム析出には不十分である。レジームIIは、析出が開始され、析出が溶解し始めるレジームIIIでピークになりドロップするまで、総クロムコーティング重量が電流密度とともに増加するときである。
Cr(HCOO)(OH)2(H2O)3+OH-→[Cr(HCOO)(OH)3(H2O)2]-+H2O
Cr (HCOO) (OH) 2 (H 2 O) 3 forms a precipitate on the cathode. A part of Cr (III) in the precipitate is reduced to Cr metal, and the formate is decomposed to form Cr carbide. If Cr (III) is not completely reduced to the Cr metal, Cr oxide is also present in the precipitate. The amount and composition of the precipitate depends on the applied current density, mass flux and electrolysis time. The current density threshold to enter Regime II increases with increasing line velocity as it is related to the mass flux of H + , as explained in the paper above. The increase in surface pH required to precipitate Cr (HCOO) (OH) 2 (H 2 O) 3 is hampered by the faster replenishment of H + from the bulk of the electrolyte to the electrode surface. As a result, higher current densities are required with increasing line speeds to obtain the same pH increase on the electrode surface. Therefore, there is no fixed threshold at which regime I ends and regime II begins, but determining this threshold by simply monitoring the initiation of plating layer precipitation as a function of current density by simple experimentation. Is easy. Regimes I-III are visualized when chromium precipitation is plotted against current density (see, eg, FIG. 4). Regime I is a region where current is present but precipitation is not yet present. The surface pH is insufficient for chromium precipitation. Regime II is when the total chromium coating weight increases with current density until precipitation begins and peaks and drops in regime III where precipitation begins to dissolve.
Cr (HCOO) (OH) 2 (H 2 O) 3 + OH- → [ Cr (HCOO) (OH) 3 (H 2 O) 2 ] - + H 2 O
高速連続めっきラインは、通常ストリップの形態のめっきされる基材が少なくとも100m/分の速度で移動するめっきラインとして定義される。鋼ストリップのコイルは、そのアイ(eye)が水平面内に延びるようにしてめっきラインの入口端に配置される。次いで、コイル状ストリップの先端部を巻き戻し、すでに処理されているストリップの末端部が溶接される。ラインを出ると、コイルは再び分離されてコイル状にされるか、又は異なる長さに切断されて(通常)コイル状にされる。電着プロセスはこのように中断することなく継続することができ、ストリップアキュムレータの使用は溶接中のスピードダウンの必要性を防止する。さらに高い速度を可能にする電着プロセスを使用することが好ましい。したがって、本発明による方法は、好ましくは少なくとも200m/分、より好ましくは少なくとも300m/分、さらにより好ましくは少なくとも500m/分のライン速度で運転する連続高速めっきラインでコーティングされた鋼基材を製造することを可能にする。最高速度に制限はないが、速度が高ければ高いほど、電着プロセスの制御、引きずり防止及びめっきパラメータの制限、並びにそれらの制限がより困難になることは明らかである。したがって、適切な最高速度として最高速度は900m/分に制限される。 A high speed continuous plating line is defined as a plating line in which the substrate to be plated, usually in the form of strips, moves at a rate of at least 100 m / min. The coil of the steel strip is placed at the inlet end of the plating line with its eye extending in a horizontal plane. The tip of the coiled strip is then rewound and the end of the strip that has already been processed is welded. Upon exiting the line, the coil is again separated and coiled, or cut to a different length and (usually) coiled. The electrodeposition process can thus continue uninterrupted and the use of strip accumulators prevents the need for speed down during welding. It is preferable to use an electrodeposition process that allows for even higher velocities. Therefore, the method according to the invention produces a steel substrate coated with a continuous high speed plating line, preferably operating at a line speed of preferably at least 200 m / min, more preferably at least 300 m / min, and even more preferably at least 500 m / min. Allows you to do. There is no limit to the maximum speed, but it is clear that the higher the speed, the more difficult it is to control the electrodeposition process, prevent dragging and limit the plating parameters, and limit them. Therefore, the maximum speed is limited to 900 m / min as an appropriate maximum speed.
本発明による方法は、任意の鋼ストリップに適用可能であるが、ストリップを以下:
・冷間圧延された硬質原板(cold-rolled full-hard blackplate)(1回圧延又は2回圧延(single or double reduced))
・冷間圧延及び再結晶アニーリングされた原板(cold-rolled and recrystallization annealed blackplate)
・冷間圧延及び回復アニーリングされた原板(cold-rolled and recovery annealed blackplate)
・ブリキ、例えば、蒸着又はフローメルトされたもの;snijkanten, tin lost niet op
・少なくとも80%のFeSn(50原子%の鉄及び50原子%の錫)からなる鉄-錫合金で拡散アリーリングされた錫プレート(ブリキ)
から選択することが好ましく、得られるコーティングされた鋼基材は包装用途(packaging applications)での使用が意図されている。
The method according to the invention is applicable to any steel strip, but the strips are as follows:
-Cold-rolled full-hard blackplate (single or double reduced)
-Cold-rolled and recrystallization annealed blackplate
-Cold-rolled and recovery annealed blackplate
-Tinplate, eg, thin-film or flow-melted; snijkanten, tin lost niet op
A tin plate (tinplate) diffusely allylated with an iron-tin alloy consisting of at least 80% FeSn (50 atomic% iron and 50 atomic% tin).
The resulting coated steel substrate is intended for use in packaging applications.
錫プレート(ブリキ)の場合、ストリップが正しい幅に切断されている可能性があるストリップの端部でFeの溶解が起こり得る。本発明による方法はまた、めっきが行われないときにめっきセルを通過する間に錫が溶解しないことを確実にする。 In the case of tin plates (tinplates), dissolution of Fe can occur at the ends of the strip where the strip may have been cut to the correct width. The method according to the invention also ensures that tin does not dissolve while passing through the plating cell when plating is not performed.
カソード防食を達成するが、閾値を領域IIに交差させることを回避するために領域Iで必要とされる電流密度は、ライン速度のようなプロセス条件だけでなく、基板の性質にも依存することは明らかであろう。電解質の動粘性率がレジームIとレジームIIとの間の閾値に影響を与えるため、電解質の組成も重要である(ナトリウムベースの浴とカリウムベースの浴の違いについては図4を参照)。 The current density required in region I to achieve cathode protection but avoid crossing the threshold to region II depends not only on process conditions such as line velocity, but also on the nature of the substrate. Will be clear. The composition of the electrolyte is also important because the kinematic viscosity of the electrolyte affects the threshold between Regime I and Regime II (see Figure 4 for the difference between a sodium-based bath and a potassium-based bath).
本発明は、本発明による方法を実行するための装置においても具現化される。三価Cr電解質からクロム金属、炭化クロム及び酸化クロムを含むめっき層を析出させるための適切な三価Cr電解質で充填された一連の連続めっきセルを含むこの装置では、三価Cr電解質からめっき層を析出させるのには不十分であるが、電解質中のストリップをカソード防食するのには十分である電流を、第1のめっきセル中の電解質に入るストリップに印加する第1の手段が設けられる。三価Cr電解質からクロム金属、炭化クロム及び酸化クロムを含むめっき層を析出させるために、第1のめっきセルの下流でストリップにより高い電流を印加するために第2の手段が設けられる。 The present invention is also embodied in a device for carrying out the method according to the present invention. In this device, which includes a series of continuous plating cells filled with a suitable trivalent Cr electrolyte for precipitating a plating layer containing chromium metal, chromium carbide and chromium oxide from the trivalent Cr electrolyte, the trivalent Cr electrolyte to the plating layer A first means is provided in which a current is applied to the strip that enters the electrolyte in the first plating cell, but is insufficient to precipitate the .. A second means is provided to apply a higher current to the strip downstream of the first plating cell in order to precipitate a plating layer containing chromium metal, chromium carbide and chromium oxide from the trivalent Cr electrolyte.
本発明はまた、めっきが行われない後続のめっきセル内の電解液中に存在するか又は該電解液を通過するストリップに電流を印加するための手段も提供され、この電流は、三価Cr電解質からめっき層を析出するのには不十分であるが、該めっきセル内に存在する電解質中のストリップのカソード防食を提供するのには十分である。後続のめっきセルは、第1のめっきセルに続く任意の1つのセル又は任意のセルの組み合わせを意味する。 The present invention also provides means for applying an electric current to a strip that is present in or passes through an electrolytic solution in a subsequent plating cell that is not plated, and the current is trivalent Cr. Although insufficient to precipitate the plating layer from the electrolyte, it is sufficient to provide cathode corrosion protection for the strips in the electrolyte present in the plating cell. Subsequent plating cell means any one cell following the first plating cell or any combination of cells.
以下の非限定的な実施例を参照しながら本発明を説明する。 The present invention will be described with reference to the following non-limiting examples.
サーモスタット浴に接続された二重壁ガラス容器を、新たに調製した三価クロム電解質で満たした。 A double-walled glass container connected to a thermostat bath was filled with a newly prepared trivalent chromium electrolyte.
二重壁ガラス容器を通して温水を循環させることにより、電解液の温度を50±1℃に一定に保った。電解質の組成は、120g/Lの塩基性硫酸クロム、100g/Lの硫酸ナトリウム及び41.4g/Lのギ酸ナトリウムであった。硫酸を添加することにより、25℃で測定されるpHを2.8に調整した。実験は、Autolab PGSTAT303Nポテンショスタット/ガルバノスタット(potentiostat/galvanostat)に接続された3電極システム(すなわち、作用電極(working electrode)、対電極(counter electrode)及び参照電極(reference electrode))を用いて行われた。ガルバノスタットは、作用電極と対電極との間で使用者によって定義されたように制御された一定電流を維持し、一方、作用電極の電位は時間対参照電極の電位の関数としてモニターされる。作用電極は、外径12mm、高さ8mmの軟鋼製シリンダーインサートであり、したがって電気活性表面積は約3cm2であり、Pine Instruments Companyからの特別なホルダーに取り付けられた。 By circulating hot water through a double-walled glass container, the temperature of the electrolytic solution was kept constant at 50 ± 1 ° C. The composition of the electrolyte was 120 g / L basic chromium sulfate, 100 g / L sodium sulfate and 41.4 g / L sodium formate. The pH measured at 25 ° C. was adjusted to 2.8 by adding sulfuric acid. The experiment was performed using a three-electrode system (ie, working electrode, counter electrode and reference electrode) connected to the Autolab PGSTAT303N potentiostat / galvanostat. I was. The galvanostat maintains a constant current controlled by the user between the working electrode and the counter electrode, while the working electrode potential is monitored as a function of the time vs. reference electrode potential. The working electrode was a mild steel cylinder insert with an outer diameter of 12 mm and a height of 8 mm, thus having an electrically active surface area of about 3 cm 2 , and was attached to a special holder from the Pine Instruments Company.
補助(対)電極は、酸化イリジウムと酸化タンタルの触媒混合金属酸化物コーティングを有するチタンのメッシュストリップであった。参照電極は飽和カロメル電極(SCE:Saturated Calomel Electrode)であった。参照実験では、電流を流さずにスチールシリンダーを電解液に24時間さらし、60秒ごとに腐食電位のみを記録した。腐食電位は-0.602V対SCEであった。実験を繰り返したが、今度は2A/dm2の小さなカソード電流を印加した。そうすることによって、電位は負の方向に約0.6Vシフトして、-1.2V対SCEとなった。スチールシリンダーを電解実験の前後に秤量し、電解質のFe含有量を誘導結合プラズマ原子発光分析法(ICP-AES)によって分析した。電流が印加されていないとき、147mg/Lの鉄濃度が測定され、これはスチールシリンダーインサートの重量損失から計算された値と非常によく一致する。対照的に、電解質中ではごくわずかな量の鉄しか測定されず、スチール電極は小さな電流を印加することによって腐食から保護された。実験はレジームIで実行されたので、スチールシリンダーインサートの重量損失は測定されず、クロムはスチール電極上に析出しなかった。 The auxiliary (pair) electrode was a titanium mesh strip with a catalytic mixed metal oxide coating of iridium oxide and tantalum oxide. The reference electrode was a saturated calomel electrode (SCE). In the reference experiment, the steel cylinder was exposed to the electrolyte for 24 hours without current and only the corrosion potential was recorded every 60 seconds. The corrosion potential was -0.602V vs. SCE. The experiment was repeated, but this time a small cathode current of 2 A / dm 2 was applied. By doing so, the potential was shifted in the negative direction by about 0.6V to -1.2V vs. SCE. Steel cylinders were weighed before and after the electrolysis experiment and the Fe content of the electrolyte was analyzed by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES). When no current is applied, an iron concentration of 147 mg / L is measured, which is in very good agreement with the value calculated from the weight loss of the steel cylinder insert. In contrast, only a very small amount of iron was measured in the electrolyte and the steel electrodes were protected from corrosion by applying a small current. Since the experiment was performed in Regime I, no weight loss of the steel cylinder insert was measured and no chromium was deposited on the steel electrode.
Claims (7)
前記めっき層が、めっきプロセスにおいて三価Cr電解質から析出され、
前記コーティングされていない鋼ストリップが、前記めっきプロセスの前に、前記ストリップの表面に存在する酸化物及びその他の汚染物質を除去するための洗浄及び酸洗い工程に供され、
前記ストリップが、その後、前記めっきセクションにおいて前記めっきプロセスに供され、
前記めっきプロセスの第1段階において、前記三価Cr電解質からめっき層を析出させないが、前記電解質中で前記ストリップをカソード防食する電流が、第1のめっきセルに入る前記ストリップに印加され、
前記めっきプロセスの第2段階において、前記三価Cr電解質からクロム金属、クロム炭化物及びクロム酸化物を含むめっき層を析出するための、より高い電流が、前記ストリップに印加される、前記方法。 A method of electroplating an uncoated steel strip with a plating layer in a plating section containing a series of continuous plating cells.
The plating layer is precipitated from the trivalent Cr electrolyte in the plating process.
The uncoated steel strip is subjected to a cleaning and pickling step to remove oxides and other contaminants present on the surface of the strip prior to the plating process.
The strip is then subjected to the plating process in the plating section.
In the first stage of the plating process, a current that does not precipitate a plating layer from the trivalent Cr electrolyte but cathodes the strip in the electrolyte is applied to the strip that enters the first plating cell. ,
The method, wherein in the second step of the plating process, a higher current is applied to the strip to precipitate a plating layer containing chromium metal, chromium carbide and chromium oxide from the trivalent Cr electrolyte.
前記電流が、前記めっきセルにおいて前記電解質からめっき層を析出させないが、前記電解質中で前記ストリップをカソード防食する、請求項1に記載の方法。 In one, two or more or all subsequent plating cells where plating is not performed, an electric current is applied to the strip.
The method of claim 1, wherein the current does not precipitate a plating layer from the electrolyte in the plating cell, but cathodic protects the strip in the electrolyte.
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