1. はじめに
通信ケーブルは高周波信号を伝送する際に、導体に表皮効果を発生させます。伝送信号周波数が高くなるにつれて、表皮効果はより深刻になります。いわゆる表皮効果とは、伝送信号周波数が数キロヘルツから数万ヘルツに達すると、同軸ケーブルの内部導体の外表面と外部導体の内面に沿って信号が伝送されることを指します。
特に、銅の国際価格が高騰し、自然界の銅資源がますます不足しているため、銅導体の代わりとして銅被覆鋼線や銅被覆アルミニウム線を使用することは、電線・ケーブル製造業界にとって重要な課題となっているだけでなく、大きな市場空間を活用してその推進を図ることも重要になっています。
しかし、銅被覆鋼線は、前処理、ニッケルめっきなどの工程、そしてめっき液の影響などにより、以下の問題や欠陥が発生しやすい。例えば、鋼線の黒化、めっき不良、主めっき層の剥離などである。その結果、廃鋼線や材料ロスが発生し、製品の製造コストが増加する。そのため、めっき品質の確保は極めて重要である。本稿では、主に電気めっきによる銅被覆鋼線の製造プロセス原理と手順、そして品質問題の一般的な原因と解決策について論じる。1. 銅被覆鋼線めっきプロセスとその原因
1. 1 ワイヤーの前処理
まず、鋼線をアルカリ性酸洗溶液に浸し、鋼線（陽極）とめっき板（陰極）に一定の電圧をかけると、陽極から多量の酸素が析出します。これらのガスの主な作用は、1つは、鋼線とその近くの電解液の表面に発生する激しい気泡が機械的な撹拌と剥離作用を発揮し、鋼線表面からの油の剥離を促進し、油脂の鹸化と乳化のプロセスを促進することです。2つ目に、金属と溶液の界面に付着した微細な気泡により、気泡と鋼線が接触すると、溶液の表面に大量の油が付着した状態で鋼線に付着します。そのため、気泡が鋼線に付着した大量の油を溶液の表面に持ち上げ、油脂の除去を促進し、同時に陽極の水素脆化が発生しにくくなり、良好なめっきが得られます。
1. 2 電線のメッキ
まず、電線をめっき液に浸漬し、電線（陰極）と銅板（陽極）に一定の電圧を印加することで、前処理とニッケルめっきが施されます。陽極では、銅板は電子を失い、電解（めっき）浴中に二価銅イオンを形成します。
Cu – 2e→Cu2+
陰極では、鋼線が電気分解により再電子化され、二価銅イオンが鋼線上に析出して銅被覆鋼線が形成されます。
Cu2 + + 2e→ Cu
Cu2 + e→ Cu +
Cu + + e→ Cu
2H + + 2e→ H2
めっき液中の酸の量が不十分な場合、硫酸第一銅は容易に加水分解されて酸化第一銅を形成します。この酸化第一銅はめっき層に閉じ込められ、めっき層を緩めます。Cu2 SO4 + H2O [Cu2O + H2 SO4
I. 主要コンポーネント
屋外用光ケーブルは、一般的に裸光ファイバー、ルーズチューブ、防水材、補強材、外被から構成されます。中心チューブ構造、層撚り構造、スケルトン構造など、様々な構造があります。
ベアファイバーとは、直径250マイクロメートルの光ファイバ素線を指します。通常、コア層、クラッド層、コーティング層から構成されます。ベアファイバーの種類によってコア層のサイズは異なります。例えば、シングルモードのOS2ファイバーは通常9マイクロメートルですが、マルチモードのOM2/OM3/OM4/OM5ファイバーは50マイクロメートル、マルチモードのOM1ファイバーは62.5マイクロメートルです。マルチコアファイバーを識別するために、ベアファイバーは色分けされていることがよくあります。
ルースチューブは通常、高強度エンジニアリングプラスチック（PBT）で作られ、裸光ファイバーを収容するために使用されます。ルースチューブは保護機能を備え、光ファイバーを損傷する可能性のある水の浸入を防ぐために防水ゲルが充填されています。ゲルは衝撃による光ファイバーの損傷を防ぐ緩衝材としても機能します。ルースチューブの製造工程は、光ファイバーの余長を確保するために非常に重要です。
防水材には、ケーブル用防水グリース、防水糸、防水パウダーなどがあります。ケーブル全体の防水性能をさらに高めるには、防水グリースを使用するのが主流です。
補強材には金属製と非金属製があります。金属製のものは、リン酸処理鋼線、アルミテープ、またはスチールテープで作られることが多いです。非金属製のものは、主にFRP材料で作られています。使用される材料に関わらず、これらの補強材は、引張、曲げ、衝撃、ねじれなど、標準的な要件を満たすために必要な機械的強度を備えていなければなりません。
外装シースは、防水性、耐紫外線性、耐候性など、使用環境を考慮する必要があります。そのため、屋外設置に適した優れた物理的・化学的特性を持つ黒色のPE素材が一般的に使用されています。
2 銅めっき工程における品質問題の原因とその解決策
2. 1 電線前処理がめっき層に与える影響 電気めっきによる銅被覆鋼線の製造において、電線前処理は非常に重要です。電線表面の油膜や酸化膜が完全に除去されていないと、前めっきされたニッケル層のめっきが不十分になり、密着性が悪くなり、最終的には主銅めっき層の剥離につながります。そのため、アルカリ液や酸洗液の濃度、酸洗液やアルカリ液の電流、ポンプの正常状態を常に監視することが重要であり、異常がある場合は速やかに修理する必要があります。鋼線前処理における一般的な品質問題とその解決策を表に示します。
2. 2 プレニッケル溶液の安定性は、プレめっき層の品質を直接決定し、次の銅めっき工程において重要な役割を果たします。そのため、プレめっきニッケル溶液の組成比を定期的に分析・調整し、プレめっきニッケル溶液が清浄で汚染されていないことを確認することが重要です。
2.3 主めっき液のめっき層への影響 めっき液は硫酸銅と硫酸の2つの成分から成り、その組成比はめっき層の品質を直接決定します。硫酸銅の濃度が高すぎると硫酸銅の結晶が沈殿し、硫酸銅の濃度が低すぎるとワイヤーが焦げやすくなり、めっき効率に影響を及ぼします。硫酸は電気めっき液の電気伝導性と電流効率を向上させ、電気めっき液中の銅イオン濃度（同イオン効果）を低下させ、それによって電気めっき液の陰極分極と分散性を改善して電流密度限界を高め、電気めっき液中の硫酸第一銅が酸化第一銅に加水分解されて沈殿するのを防ぎ、めっき液の安定性を高め、また陽極分極を低下させて陽極の正常な溶解を促進します。ただし、硫酸含有量が多いと硫酸銅の溶解度が低下することに注意する必要があります。めっき液中の硫酸含有量が不十分な場合、硫酸銅は容易に加水分解されて酸化第一銅となり、めっき層に取り込まれ、層の色が暗くぼやけます。めっき液中の硫酸が過剰で銅塩の含有量が不十分な場合、水素が陰極で部分的に放電されるため、めっき層の表面が斑点状になります。銅板のリン含有量もめっきの品質に重要な影響を及ぼし、リン含有量は0.04%～0.07%の範囲に制御する必要があります。0.02%未満の場合は、銅イオンの生成を防ぐための膜を形成することが難しく、めっき液中の銅粉が増加します。リン含有量が0.1%を超えると、銅陽極の溶解に影響を与え、めっき液中の二価銅イオン含有量が低下し、多量の陽極泥が発生します。また、銅板は定期的に洗浄し、陽極スラッジによるめっき液の汚染を防ぎ、めっき層の凹凸やバリの発生を防ぐ必要があります。
3 結論
上記の処理により、製品の密着性と連続性は良好で、品質は安定しており、性能も優れています。しかし、実際の製造工程では、めっき層の品質に影響を与える要因が数多く存在し、問題が発見された場合は、速やかに分析・検討を行い、適切な対策を講じて解決する必要があります。
投稿日時: 2022年6月14日