工業製品への応用１―アルマイト・エッチング―

電気化学

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電気分解を起こすには、電解槽に起電力より大きな電圧をくわえなくてはならないこと、その差を過電圧ということ、過電圧は電流密度に依存することなどを学んだ。

腐食と防食

鉄には錆びるという欠点があります。ほかの金属と接すると局部電池が形成されて電流が流れ腐食が進行します。これをガルバニック腐食といいます。トタン板やブリキ板はそこをうまく制御しました。このように腐食しないようにする技術を防食といいます。

腐食とは、金属がそれを取り囲む環境によって、化学的あるいは電気化学的に侵食されることをいう。

腐食反応とその制御現代の電気化学

コインのガルバーニ系列を確認しよう。１０円玉か１円玉でコイン電池を作ったとき、腐食が起きるとすれば１０円玉か１円玉か？

ステンレスは文字通り錆びない鉄合金です。ステンレスといえども塩化物イオンが濃縮されると孔食という腐食が進行することがあります。

金属が酸化することを利用して、金属を溶かして形状加工することをエッチング加工といい、プリント基板をはじめとする工業製品に応用されています。古くはグラビア印刷の版、カラーブラウン管のシャドウマスク、半導体製造の前工程などです。エッチング加工をする前にパターンを焼き付けることをパターニングといいます。パターニングを光を使った写真技術によって行う方法をフォトリソグラフィーといい、これも各方面に応用されています。

金属の腐食（エッチング加工）

【製品】メタリックなネームプレート 40wt％塩化第二鉄FeCl3水溶液を10ｍL調整し、さらに濃塩酸HClを1ｍL加えて腐食液とする。 Cu-PET、Fe-PET、Al-PETフィルムを適当な大きさに切り、紙やすりで研磨し清浄な面を露出させ、ビニールテープを貼ってマスキングする。また染色したAl-PETではそのままビニールテープでマスキングする。マスキングを自分の好きな形（自分のイニシャルなど）を残して切り取る。着色していない場合はPET面から字が読み取れるように左右反転してマスキングすると美しく仕上がる。マスキングされていない金属部分を腐食液で腐食溶解する。腐食液を水洗いし、マスキングを剥がして水洗いし、乾燥する。黒ラシャ紙を台紙にしてメタリックネームプレートを作成する。突然激しい溶解が起きることがあるので、操作はドラフト内で行う。またPETフィルムは弾力があり、溶液を弾き飛ばすことがあるので保護眼鏡などを着用して実験する。（小林一也, 工業技術基礎 , 実教出版 , プリント配線の基礎知識 , p.101, (2002).）

銅は鉄よりもイオン化傾向が小さいのになぜ塩化第二鉄によって腐食されるのか？
銅および鉄をエッチング加工して得た工業製品をそれぞれ挙げよ。

活性態と不働態

金属を酸化すると酸化物ができます。この酸化物が表面を覆うとその金属は溶けなくなります。この状態を不働態といいます。ステンレスやアルマイトはその性質を利用した材料です。（現代の電気化学p.105）

アルマイトは特に電気化学的に酸化して作る材料です。金属のアルミニウムをアノードとして電解液の中につけて、通電して表面処理します。アノード酸化を利用した表面処理技術はアルミサッシなどに応用されています。

着色アルマイトはアノード酸化して、その穴に染料をつめて作ります。

アノード酸化の工業的応用を調査してみよう。

アルミニウムのアノード酸化（アルマイト加工）

美しく着色されたアルマイトは、アルミニウムをアノード酸化し、表面に無数の穴を作成して、そこに染料をつめこんだのちに封孔処理して作られます。工場ではロールをアノード、電解槽をカソードとして連続生産しますが、学生実験ではビーカーセルで表面処理します。現代の電気化学,p149

【製品】美しく着色されたアルミニウム試料極にアルミニウムワイヤを用いる。アルミニウムは測定直前に研磨後、0.1M NaOHでアルカリ前処理を行い、水で十分に洗浄する。電解液に0.1M H2SO4を用い、対極にアルミニウムワイヤを用いて一定電流10mA／cm2を通電し、電位時間曲線（クロノポテンショグラム）を測定する。電流値を監視し、常に一定になるように抵抗尺を操作する。カレントフォロアと電流分割器を使うか、後述設問のガルバノスタットを使うことを推奨する。そのときの電位をエレクトロメータで読み取る。アノード酸化が終ったら、加温したコンゴーレッド(50mg/10ｍL)、アニリンブルー溶液(50mg/10ｍL)に浸漬し、酸化していないアルミニウムワイヤと着色状態を比較する。またAl-PETフィルムを紙やすりで磨き清浄な面を露出させ、同様に染色加工し、メタリックピンクおよびメタリックブルーのフィルムを作成する。 Al/H2SO4/Al