AT377791B

AT377791B - Verfahren und vorrichtung zur ein- oder beidseitigen kontinuierlichen beschichtung eines metallbandes

Info

Publication number: AT377791B
Application number: AT243883A
Authority: AT
Original assignee: Ruthner Industrieanlagen Ag
Priority date: 1983-07-04
Filing date: 1983-07-04
Publication date: 1985-04-25
Also published as: ATA243883A

Description

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hen, usw., was bekanntlich in vielen Fällen bei der Weiterverarbeitung (Lackieren, Löten usw.) von Vorteil ist. Schliesslich kann man solcherart auch z. B. auf einer Seite anodisch oxydieren und auf der andern kathodisch mit einem Metall beschichten. Es wird dadurch aber auch die
Möglichkeit eröffnet, die genannte Belastung der hochamperigen kathodischen Stromzuführung vom
Band weg zu den Kathoden hin zu verlegen und solcherart einen Teil oder auch die gesamte er- forderliche kathodische Strommenge nicht dem Band sondern eben, den Kathoden zuzuführen (Mittel- leiterverf ahren.

Eine weitere Möglichkeit besteht erfindungsgemäss darin, dass bei beiderseits des Metallbandes angeordneten Elektroden zur einseitigen Beschichtung nur eine der Elektroden als Anode an Span- nung gelegt wird und der Elektrolyt nur im Raum zwischen dieser Anode und dem Metallband einströmt.

Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass bei ein- oder beidseitiger
Beschichtung des Metallbandes die Laufrichtung des Metallbandes zwischen aufeinanderfolgenden
Anoden zur Strömungsrichtung des Elektrolyten wechselt. Das heisst, es wird alternierend im Gleich- und im Gegenstrom gefahren, wodurch sich hohe Badbewegungen an der Bandoberfläche ergeben, die sich günstig auf den Beschichtungsvorgang auswirken.

Die gemäss dem Patent No. 373922 zur Durchführung des Verfahrens dienende Vorrichtung, ist gekennzeichnet durch mindestens zwei, in an sich bekannter Weise übereinander angeordnete
Umlenkwalzen, mindestens eine, von der horizontalen Lage abweichende, und zum Metallband im wesentlichen parallelliegend angeordnete, unlösliche Anode, Stromanschlüsse für das als Kathode über die Walzen gezogene Metallband und die Anode, Bandantriebseinrichtungen, mindestens einen
Elektrolytauffangbehälter, sowie mindestens eine Elektrolytumwälzpumpe samt Rohrleitungen zur
Aufgabe des Elektrolyten in den Raum zwischen Anode und Metallband. Bei dieser Vorrichtung wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass jede Anode mit zumindest einem Träger verbunden ist, der um die horizontale Achse schwenkbar und im Abstand zum Metallband verstellbar gelagert ist.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeich- nungen beschrieben. Es zeigen Fig. 1 eine vereinfachte Querschnittsdarstellung einer erfindungs- gemässen Vorrichtung zur einseitigen Beschichtung eines Metallbandes, Fig. 2 die Vorrichtung nach
Fig. 1 im Grundriss, Fig. 3 die Vorrichtung nach Fig. l, jedoch zur beidseitigen Beschichtung des
Metallbandes, Fig. 4 die Vorrichtung nach Fig. 3 im Grundriss, Fig. 5 eine erfindungsgemässe Vorrich- tung im Querschnitt, zur einseitigen Beschichtung des Metallbandes, wobei zwei Anoden übereinan- der angeordnet sind, Fig. 6 und 7 im Querschnitt zwei Beispiele für Auffang- und Umlenkeinrich- tungen für den Elektrolyten, Fig. 8 einen Schnitt nach den Linien VIII-VIII in Fig. 7, eine zur
Fig. 8 ähnliche Schnittdarstellung einer andern Auffang- und Umlenkeinrichtung, Fig.

10 ein wei- teres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung im Querschnitt, Fig. 11 das Beispiel nach Fig. 10 im Schnitt nach den Linien XI-XI in Fig. 10 und Fig. 12 das Beispiel nach Fig. 10 im
Schnitt nach den Linien XII-XII in Fig. 10.

In Fig. 1 bezeichnet-l-ein Metallband) welches über zwei obere Umlenkwalzen --2-- und eine untere Umlenkwalze --3-- geführt wird. Die oberen Umlenkwalzen --2-- sind mit Stromzuführungen (nicht dargestellt) versehen. Beiderseits des Metallbandes --1-- sind Anoden --4-angeordnet, die jeweils mit einem Träger --5-- verbunden sind. Wie mit den Pfeilen A, B dargestellt, ist der Träger --5-- um die horizontale Achse (Pfeil A) und im Abstand zum Metall- band-l- (Pfeil B) verstellbar gelagert. Im dargestellten Beispiel ist der Träger --5-- mit der Anode --4-- vorzugsweise mittig verbunden.

Die mit strichlierten Linien eingezeichneten Anoden --4-- zeigen, dass der Abstand und die Neigung der Anoden --4-- zum Metallband hin beliebig einstellbar sind. Gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Träger --5-- elektrisch leitend, isoliert gelagert, und mit Stromanschlüssen versehen (nicht dargestellt). Die Anoden --4-- und die Umlenkwalze --3-- sind innerhalb eines Gehäuses oder einer Zelle --6-- angeordnet, wobei der aus den Anoden --4-- ausströmende Elektrolyt am Boden der Zelle --6-- gesammelt und mittels einer Pumpe --7-- zum oberen Bereich bzw. Rand der Anoden --4-- hochgepumpt wird, so dass der Kreislauf geschlossen ist.

Wie aus Fig. 1 und 2 hervorgeht, wird nur einseitig beschichtet, d. h. der Elektrolyt wird nur den aussenliegenden Ano- den --4-- zugeführt, welche zwischen dem Metallband --1-- und der Wand der Zelle --6-- ange- ordnet sind.

Beim Beispiel nach Fig. 3 und 4 erfolgt eine beidseitige Beschichtung, d. h. der Elektrolyt wird sämtlichen Anoden --4-- zugeführt. Aus den Fig. 2 und 4 ist ersichtlich, dass die innenliegenden Anoden --4-- an den Rändern mit seitlichen Fortsätzen versehen sind, so dass beim Beispiel nach Fig. 3 und 4 die Anoden das Metallband-l-vollständig umgeben, wodurch der Elektrolyt nicht seitlich ausfliessen kann.

Gemäss einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Anode --4-am oberen und unteren Rand derselben mit Trägern verbunden, welche im Abstand zum Metallband-l-voneinander unabhängig verstellbar gelagert sind, wobei zumindest ein Träger elektrisch leitend, isoliert gelagert, und mit Stromzufuhranschlüssen versehen ist.

Des weiteren ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass die Oberfläche der Anoden --4-- zum Metallband-l-hin plan oder konvex gekrümmt ausgebildet ist, wobei die Krümmung gemäss der Gleichung d = k/ verläuft, worin d den Abstand zwischen Metallband-l--und Anode --4--, s den Weg des Elektrolyten nach unten, und k eine Konstante darstellen.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem zwei Anoden --4-- übereinander angeordnet sind. Es versteht sich, dass auch eine Mehrzahl von Anoden --4-- übereinander angeordnet werden können. Der Elektrolyt strömt aus einem Schlitz einer Zuleitung --8-- frei in die obere Anode --4-- ein und fliesst aus der oberen Anode austretend in eine Sammelwanne --9--. Wenn diese Sammelwanne --9-- mit Elektrolyt aufgefüllt ist, so fliesst der Elektrolyt über den Rand der Sammelwanne --9-- ab und wird von einer Umlenkwanne-10-aufgefangen und zur unteren Anode geleitet, um in diese frei einzuströmen. Der aus der unteren Anode --4-ausströmende Elektrolyt wird in einem Auffanggefäss --11-- mit Ableitung --12-- gesammelt und über eine Pumpe (nicht dargestellt) zur Zuleitung --8-- gepumpt.

Der restliche am Metallband-l-anhaftende Elektrolyt wird mittels einer Abquetschwalze --13-- entfernt und fliesst ebenfalls zum Auffanggefäss --11-- ab.

Zur besseren Stromverteilung sind zusätzliche Stromzufuhrwalzen --14-- vorgesehen, die jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Anoden --4-- angeordnet sind.

Beim Beispiel nach Fig. 6 wird der aus der oberen Anode --4-- austretende Elektrolyt mit-
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Beim Beispiel nach Fig. 7 ist eine Auffang- und Umlenkeinrichtung für den Elektrolyten vorgesehen, welche aus einem flach ausgebildeten Auffangtrichter --15-- besteht, dessen grössere Öffnung --16-- den Elektrolyten von der oberen Anode --4-- aufnimmt, und dessen kleinere Öffnung --17-- den Elektrolyten über ein Rohr zur unteren Anode --4-- leitet. Fig. 8 stellt einen Querschnitt entlang den Linien VIII-VIII nach Fig. 7 dar. Im Auffangtrichter --15-- sind Leitstege --18-- und Prallstege --19-- angeordnet, um einerseits den Elektrolyten in Richtung der kleineren Öffnung zu leiten, und anderseits die Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten zu verlangsamen.

Fig. 9 zeigt eine Variante --15'-- des Auffangtrichters --15-- nach Fig. 8, welcher in diesem Fall halbkreisförmig ausgebildet und ebenfalls mit Leit-und Prallstegen-18', 19'- versehen ist.

Fig. 10 bis 12 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel gemäss der Erfindung, wonach eine Pumpe --7-- baumässig mit einer Zelle --6-- integriert ist. Die zu Fig. 1 gleichen Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Wie beim Beispiel nach Fig. 1 sind zwei obere Umlenkwalzen --2-- und eine untere Umlenkwalze --3-- vorgesehen. Die Anoden --4-- sind wieder im Raum zwischen den oberen Umlenkwalzen --2-- und der unteren Umlenkwalze --3-- ein- oder beidseitig des Metallbandes-l-angeordnet, wobei die Anoden --4-- und die untere Umlenkwalze --3-von einer oben offenen Zelle --6-- umgeben sind, in deren Boden der Elektrolyt gesammelt und mittels einer, direkt in der Höhe des Bodens und seitlich der Zelle angeordneten Pumpe --7-- über seitliche Kanäle an der Zelle zu den Anoden gepumpt wird.

Die Seitenwände der Zelle-6sind doppelwandig ausgeführt, um die seitlichen Kanäle --20-- zu bilden. Der Bodenteil der Zelle --6-- ist über Leitungen mit einer Lösestation für den Elektrolyten verbunden (nicht dargestellt).

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass das Metallband vor dem Galvanisieren stromlos mit dem Elektrolyten vorzugsweise durch Abspritzen oder Tauchen benetzt wird, so dass das Keimwachstum verbessert wird.

Bei einem praktischen Verfahrensbeispiel wurde bei einer Beschichtung eines Stahlbandes mit einer Zink-Nickel-Legierung die Laufrichtung des Stahlbandes zur Strömungsrichtung des Elektrolyten ein- oder mehrmals gewechselt, wobei die Galvanisierung bei einer Stromdichte von 20
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genannten Lösung. Hiebei wurde im Elektrolyten ein Nickel : Zink Verhältnis von 4 : 10 bis 10 : 10 (vorzugsweise 5 : 10 bis 8 : 10) eingehalten, wodurch sich ein Nickelgehalt der abgeschiedenen Schicht von 8 bis 15, vorzugsweise von 9 bis 13 Gew.-% ergab. Somit wird vorzugsweise ein saurer Sulfatelektrolyt unter Abgrenzung von allen Chloridionen enthaltenden Elektrolyten verwendet, die bei Verwendung unlöslicher Anoden Chlor entwickeln würden.

Es sind auch Sulfatelektrolyte bekannt, wobei abwechselnd Zink und Nickel oder Schichten geringen und hohen Nickelgehaltes aufgetragen werden, deren Korrosionsbeständigkeit usw. natürlich entsprechend herabgesetzt sind. In der US-PS Nr. 4, 313, 802 wird beispielsweise im Gegenstrom zu einem reinen Sulfatelektrolyten gearbeitet, u. zw. bei einem Zink-Nickelverhältnis von 10 : 15 bis 10 : 40, wobei aber nur Stromdichten von 5 bis 40 A/dm2 erreicht wurden und der hohe Nickeltiter zu entsprechend hohen Austragsverlusten führt. Schliesslich wurde noch der Zusatz von Strontiumsulfat in Mengen von 0, 05 bis 10 g/l als Glanzmittel empfohlen, was aber wegen der extrem geringen Löslichkeit von Strontiumsulfat und dessen relativ hohen Kosten auch Nachteile mit sich bringt.

Beim praktischen Verfahrensbeispiel hat sich ausserdem als vorteilhaft erwiesen, dass durch geringe periodische oder kontinuierliche Schwefelsäurezugaben im Bad ein pH-Wert von 1 bis 2, vorzugsweise von 1, 3 bis 1, 8 aufrechterhalten wird, und dass in an sich bekannter Weise mit
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und/oder Lösen der Metalle oder Metallegierungen selber ergänzt wird.

Neben der Zugabe von Schwefelsäure können auch Zusätze von Sulfaten, Boraten, Borsäure (HBO), Aminosulfonsäure (NH2SO, H), Ameisensäure (HCOOH), Essigsäure (CHCOOH), sowie Glukosen und ihren Salzen beigemengt werden.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur ein-oder beidseitigen kontinuierlichen Beschichtung eines, in einer, von der horizontalen abweichenden Richtung geführten Metallbandes mit einer Metallschicht auf elektrolytischem Wege, wobei der Elektrolyt zwischen zumindest einer plattenförmigen Anode und dem Metallband als Kathode strömt, im oberen Bereich der Anode frei einlaufend und unter dem Einfluss der Schwerkraft nach unten strömend ein geschlossenes Strömungsvolumen im Raum zwischen Anode und Metallband bildet, wobei der Raum ständig mit Elektrolyt nachgefüllt wird, nach Patent No. 373922, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Anode zum Metallband in Strömungsrichtung des Elektrolyten abnimmt oder in an sich bekannter Weise gleichbleibt.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Metallband und Anode nach unten zu stetig abnimmt. EMI4.3 s den Weg des Elektrolyten nach unten, und k eine Konstante darstellen.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Abstand zwischen dem oberen Rand der Anode und dem Metallband als auch der Abstand zwischen dem unteren Rand der Anode und dem Metallband voneinander unabhängig eingestellt werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Anoden beim Metallband übereinander angeordnet werden, wobei der in die oberste Anode einströmende Elektrolyt jeweils unter einer Anode aufgefangen wird und anschliessend frei in die darunterliegende Anode einströmt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- <Desc/Clms Page number 5> net, dass in an sich bekannter Weise beiderseits des Metallbandes im wesentlichen spiegelbildlich Elektroden angeordnet sind.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass bei beiderseits des Metallbandes angeordneten Elektroden die Polarität, die Spannung bzw. die Stromstärke getrennt eingestellt werden.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass bei beiderseits des Metallbandes angeordneten Elektroden zur einseitigen Beschichtung nur eine der Elektroden als Anode an Spannung gelegt wird und der Elektrolyt nur im Raum zwi- schen dieser Anode und dem Metallband einströmt.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass bei ein- oder beidseitiger Beschichtung des Metallbandes die Laufrichtung des Metall- bandes zwischen aufeinanderfolgenden Anoden zur Strömungsrichtung des Elektrolyten wechselt.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehen- den Ansprüche, bei welcher mindestens zwei, in an sich bekannter Weise übereinander angeordnete Umlenkwalzen, mindestens eine, von der horizontalen Lage abweichende, und zum Metallband im wesentlichen parallelliegend angeordnete, unlösliche Anode, Stromanschlüsse für das als Kathode über die Walzen gezogene Metallband und die Anode, Bandantriebseinrichtungen, mindestens einen Elektrolytauffangbehälter, sowie mindestens eine Elektrolytumwälzpumpe samt Rohrleitungen zur Aufgabe des Elektrolyten in den Raum zwischen Anode und Metallband vorgesehen sind, nach Pa- tent No.

373922, dadurch gekennzeichnet, dass jede Anode (4) mit zumindest einem Träger (5) verbunden ist, der um die horizontale Achse schwenkbar und im Abstand zum Metallband (1) ver- stellbar gelagert ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (5) mit der Anode (4) mittig verbunden ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (5) elektrisch leitend, isoliert gelagert, und mit Stromzufuhranschlüssen versehen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode (4) am oberen und unteren Rand mit Trägern verbunden ist, welche im Abstand zum Metallband (1) voneinander unabhängig verstellbar gelagert sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Träger elektrisch leitend, isoliert gelagert, und mit Stromzufuhranschlüssen versehen ist.

15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Anode (4) zum Metallband (1) hin plan oder konvex gekrümmt ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der konvex ausgebildeten Oberfläche der Anode (4) gemäss der Gleichung d = k/.. verläuft, worin d den Abstand zwischen Metallband (1) und Anode (4), s den Weg des Elektrolyten nach unten und k eine Konstante darstellen.

17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Anoden (4) übereinander angeordnet sind, wobei im Raum zwischen den Anoden (4) eine Auffang- und Umlenkeinrichtung (9,9', 10, 10' ; 15, 15') für den Elektrolyten vorgesehen ist, wobei gegebenenfalls im Raum zwischen den Anoden Stromzufuhrrollen (14) am Metallband (l) vorgesehen sind (Fig. 5 bis 7).

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffang- und Umlenkeinrichtung aus einer Sammelwanne (9) besteht, in welche der Elektrolyt von der oberen Anode (4) einströmt, sowie aus einer Umlenkwanne (10), welche den über den Rand der Sammelwanne (9) strömenden Elektrolyten in die darunterliegende Anode (4) leitet (Fig. 5).

19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffang- und Umlenkeinrichtung aus einer Umlenkwanne (101) besteht, welche den aus der oberen Anode (4) ausströmenden Elektrolyten in eine Sammelwanne (9') umlenkt, wobei der Elektrolyt über den Rand der Sammelwanne (9') in die untere Anode (4) einströmt (Fig. 6).

20. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffang- und Umlenkeinrichtung aus einem flach ausgebildeten Auffangtrichter (15, 15') besteht, dessen grössere Öffnung (16) den Elektrolyten von der oberen Anode (4) aufnimmt, und dessen kleinere Öffnung (17) <Desc/Clms Page number 6> den Elektrolyten zur unteren Anode leitet, wobei gegebenenfalls im Auffangtrichter Leit- und Prallstege (18, 19 ; 18', 19') angeordnet sind (Fig. 7 bis 9).

21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei obere Umlenkwalzen (2) und eine untere Umlenkwalze (3) vorgesehen sind, wobei die Anoden (4) im Raum zwischen den oberen Umlenkwalzen (2) und der unteren Umlenkwalze (3) ein-oder beidseitig des Metallbandes (1) angeordnet sind, und wobei die Anoden (4) und die untere Umlenkwalze (3) von einer oben offenen Zelle (6) umgeben sind, in deren Boden der Elektrolyt gesammelt und mittels einer Pumpe (7) über Leitungen oder Kanäle dem oberen Bereich der Anoden zugeführt wird (Fig. l ; Fig. 10 bis 12).

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadruch gekennzeichnet, dass die Pumpe (7) direkt in der Höhe des Bodens und seitlich der Zelle (6) angeordnet ist, wobei der Elektrolyt von der Pumpe (7) über seitliche Kanäle (20) an der Zelle (6) zu den Anoden (4) hochsteigt (Fig. 10 bis 12).

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände der Zelle (6) doppelwandig ausgeführt sind, um die seitlichen Kanäle (20) zu bilden.