貴以贵金属的技术实现环保材料 | 田中贵金属

TANAKA的企业努力

貴以贵金属的技术实现环保材料

(2009年 秋季)

创业至今已拥有124年历史的田中贵金属,历来一直透过提供贵金属材料与应用技术,一路坚持并支持着先进工业产品的进化。现在,我们也很快速地投入了全球高度重视的环境、能源领域之事业内容。其中一项就是「环保材料的开发」。关於其具体的动向,我们访问到的是田中贵金属董事技术开发部门部长─田中秀昌以及与环保材料相关的四位公司职员。

座谈会情形

座谈会情形

田中 秀昌 田中贵金属工业 董事 技术开发部部长

田中 秀昌
田中贵金属工业
董事 技术开发部部长

环保材料的开发

─所谓的「环保材料」

田中

广义来说,所谓的环保材料,是指使用了不会对环境造成负担的物质之材料。我们在环境、能源事业上,进行「新能源」、「资源循环」、「环境净化」的同时,另一项重点课题就是「环保材料的开发」(图1)。我们除了从现有材料中去除对环境有害的物质,以及积极开发替代材料之外,更预计开发使用於各种生产机械且同时能帮助减轻环境负担的材料。在这个部分,不用说是材料本身就已经不会造成环境负担,在材料的制造工程及开发工程中,也是以不对环境造成负担来作为前提。

图1. 田中贵金属集团的环境、能源事业的四大支柱

图1. 田中贵金属集团的环境、能源事业的四大支柱

排除开关及继电器中的镉

─请告诉具体的环保材料范例。

田中

图2 无Cd接点的外观图2 无Cd接点的外观不含有害物质材料的其中一个例子,就是被用於处理中高领域较大电流的电路开关,称为继电器的零件接点材料(图2)。过去,中高电流领域的交流电路用开关及继电器的接点都是采用AgCdO(银氧化镉)。之所以使用内含被视为有毒物质Cd(镉)的AgCdO,是因为开关时所产生的电弧放电及焦耳热会因焊接等问题发生接点无法开离的故障情形,而镉则可以避免这种故障发生。CdO(氧化镉)可以借由昇华等特性,抑制电弧放电、焦耳热的发生。
不过,我国的其中一项公害病就是由Cd所引起。最近,在欧洲的「RoHS指令」中,更是被规定为禁止使用於工业产品的物质项目之一,所以世界各地对於Cd的规范也逐渐扩大。趁着这个时机,电子机器的无Cd化成了当务之急,最近世界各国的企业也开始积极开发替代材料。而本公司大约从20年前,就已经开始开发无Cd材料,并致力於满足顾客需求的产品制造。

实现凌驾於传统产品的特性

― 请具体说明在新能源的领域之中,贵金属材料所起的作用。

真田

在开发无Cd的接点材料时,我们的课题就是要同时解决防止焊接造成接点无法开离的障碍,以及接触电阻的安定化等相互矛盾的问题。我们以达到具有凌驾於传统AgCdO接点之特性的材料为目标,开始以SnO2(二氧化锡)、In2O3(氧化铟)等氧化银类的合金材料为探讨的主轴。现在,已达到了具备目标性能的材料,并大致完成了产品阵容。具体方面,为了可以对应各种多样化的电气性负荷条件,我们已经开发出各式种类的替代材料(表1)。
尤其是最近,於汽车用电装机器的自动化日渐发展的同时,用来控制该装置的继电器需求正急速增加。虽然汽车用继电器使用於直流电路,但我们知道只要调整上述替代材料的氧化物量,就可以适用於汽车用装置。而托这个福,继电器专用的接点材料市场也就有了更大幅地扩展。

真田 荘紀 田中贵金属工业 AuAg类事业部

真田 荘紀
田中贵金属工业
AuAg类事业部

表1. 无Cd接点的材料构成与主要用途

表1. 无Cd接点的材料构成与主要用途

也开发马达用无Cd材料

吉田

除了继电器及开关之外,Cd也使用於DVD播放器及游戏机的驱动马达、行动电话的震动用小型马达等装置上所设置的整流子之滑动接点,也就是和马达轴芯同时转动的整流子与固定住的电刷所接触的部位。马达转动时电刷和整流子各自进行机械磨损的同时,也会被两者之间所产生的电弧放电所磨耗。
为了减少这样的问题,电刷主要采用了耐磨损性较优良的Ag(银)-Pd(钯)合金。不过,传统的整流子都是采用含Cd且与Ag-Pd合金电刷相容性较好、具有放电抑制效果的Ag-Cd合金,或者是Ag-Cu(铜)合金。因此,我们透过与大型马达制造商共同开发的方式,以含有可以廉价取得的Cu和Ni(镍)之Ag-Cu-Ni合金为基底,开发了全新的无Cd合金。在谋求合金组成最佳化的同时,我们还透过添加微量元素来抑制材料成本,性能更是凌驾了传统的含Cd合金。

吉田 一晴 田中贵金属工业 AuAg类事业部

吉田 一晴
田中贵金属工业
AuAg类事业部

田中

在中高电流用继电器及开关用接点材料的全球市场中,本公司约拥有40%的市占率,且其中约有95%的材料都已经更换为无Cd材料了。甚至,我们更预定在2011年3月之前,将提供给国内市场的接点全面更换为无Cd材料。而在小型马达用滑动接点材料市场中,本公司也拥有50%以上的高市占率。关於这部份的滑动接点材料,大约已经於1年前全面更换为无Cd的替代材料了。今后,我们也会继续以将有害添加物质替代化的方式,对环境作出最大的贡献。

以电解方式生成有益环境的电解水

―贵公司也致力於开发生成减轻环境负担的物质时所使用的材料,
 请您告诉我们具体的范例。

田中

其中一个例子,就是在利用电解生成有益於环境的电解水时所使用的电极。自来水经过电解后,阴极端的水会具有强硷性。这种水被称为硷离子水。如果将食盐水取代自来水进行电解,就可以产生硷性更强的强硷离子水。这种强硷离子水能发挥出极高的洗净能力,并大幅减轻对环境的负担。电极材料的基材采用耐腐蚀性素材的Ti(钛),所使用的电极表面则以Pt(白金)或Ir(铱)等进行过电镀,间接性地对减轻环境负担作出贡献。

西尾

过去,在半导体等的洗净工程中都是使用甲苯等有机溶剂,但是,因为甲苯等有机溶剂对人体有害,所以自某时期开始便被禁止使用了。之后,界面活性剂成了洗净的主流。然而,含有界面活性剂的洗净液,必须在洗净后进行清洗处理,因此无论如何还是会增加废水。而可以解决这种问题的东西就属强硷离子水。这种强硷离子水对於油脂性的脏污有极高的洗净能力,而且因为它没有发泡性,所以可以省略清洗处理的程序。借由这种方式,不仅可以大幅减少废水,更能够大幅减少对环境所造成的负担。
此外,电解自来水或食盐水的时候,阳极端会生成酸性水,不过这种酸性水也具有洗净能力。在家庭中,这种水可用来清洗餐具或蔬菜,而且因为酸性水具有高杀菌能力,所以也适合用来清洗医疗仪器。若酸性水可以代替传统使用的化学洗净剂,就可以减轻环境负担。
再者,因电解等而劣化的电极可借由以把铂再重新镀层的方式,使之重新再生为电极。这部分也与环境、能源领域中四大支柱之一的「资源循环」政策息息相关。

西尾 一郎 化学事业部 化学回收事业部

西尾 一郎
化学事业部
化学回收事业部

贡献於维护海水环境

田中

针对工厂或船舶的废水所造成的海水污染之对策,以及防止海水设施所造成的污染之对策等方面,自来水及食盐水的电解技术也有很大的助益。本公司将维持海水环境定位於重大课题之一,正积极开发适合各种用途的电极材料。

松井

松井 雄司 化学事业部 化学回收事业部

松井 雄司
化学事业部
化学回收事业部

图3 不溶性电极

图3 不溶性电极

维持海水环境对策中的其中一个项目,就是运送石油用的油轮里的压舱水处理。所谓油轮的压舱水,就是指运送石油回航途中,为了维持吃水线所装载的海水。在目的地所装载的压舱水於回港后会排出,但是,压舱水中含有目的地的海生生物,如果胡乱排出,有可能会破坏海洋的生态。这样的问题在IMO(国际海事组织)会议上也探讨过管制规范,目前的规定是,油轮有义务在距离沿岸200里的海域交换压舱水。不过,2009年新建造的船只将搭载压舱水处理装置,而且,这项义务也预定在2016年全面实施,因此,技术的确立便成了当务之急。
目前已经有几个压舱水处理方法的提案,其中一个就是电解处理方式。这是一种借由海水的电解,生成具抑菌作用的电解水,并处理海生生物的方法。我们现在正全新开发可适用於这种处理装置的电极材料之钛白金类电极等不溶性电极。

田中

贵金属还潜藏了各式各样的可能性。对於解决全球性的环境问题方面,贵金属及相关应用技术应该可以贡献出许多助益。我们亦会一如以往,愿对社会的发展有所贡献而探究贵金属的可能性,同时持续提供适用於各种领域的环保材料。

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