Procédé et appareil de production continue de métal eu feuille par galvanoplastie. La présente invention comprend un pro cédé de production continue de métal en feuille par galvanoplastie et un appareil pour la mise en aeuvre de ce procédé.
On a déjà proposé, et dans certains cas fait breveter, de nombreux procédés pour la production électrolytique continue de minces feuilles de métal, en particulier de cuivre; mais aucun des procédés proposés jusqu'à. présent n'est entièrement satisfaisant pour la production régulière de feuilles de ce genre sur une échelle industrielle et, comme consé quence, on ne trouve pas actuellement sur le marché de minces feuilles de cuivre en quan tités commerciales.
Les procédés proposés pré sentaient bien des inconvénients; c'est ainsi, par exemple, qu'on ne peut pas les utiliser pour produire une feuille mince d'excellente qualité et d'épaisseur sensiblement uniforme, que leur débit est faible, qu'ils ne comportent pas une surface cathodique satisfaisante ni le moyen de maintenir celle-ci en bon état, de sorte que leur fonctionnement est sujet à. de fréquentes interruptions, et qu'ils sont très en combrants.
:Toutefois, le problème fondamental, dans tous les procédés de formation de feuilles con tinues par galvanoplastie, est le maintien de la surface cathodique en bon état et ce problème est du caractère le plus sérieux à cause de l'effet profond, sur la mince feuille produite, de défauts, apparemment menus dans la sur face cathodique; cette surface est sujette à des changements chimiques, tels que la for mation d'oxydes, elle se détériore rapidement à cause de l'effet mécanique de l'arrachement, et des changements des deux genres affectent défavorablement la feuille mince.
En consé quence, on a proposé bien des expédients pour maintenir la surface cathodique dans un état satisfaisant; mis l'expérimentation qu'on a faite de ces propositions antérieures a montré qu'aucune surface cathodique complètement satisfaisante ni aucun moyen satisfaisant de la maintenir en état n'ont été offerts jus qu'ici.
Le procédé suivant l'invention, selon le quel on déplace une cathode mobile de façon que les parties de sa surface qui doivent rece voir le dépôt entrent dans une solution élec trolytique et en sortent successivement, on fait se déposer du. métal sur les parties im mergées de la cathode mobile et on arrache de cette cathode en un point situé hors de la solution, la feuille de métal ainsi formée sur elle, est caractérisé en ce que, pour chaque dite partie considérée, après chaque opération d'arrachement, on enlève par abrasion toute la matière accumulée sur et dans cette partie, ainsi qu'une mince couche du métal de sa sur face, et on lisse et polit cette surface.
L'appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé comprend une cathode mobile, de fa çon que les parties de sa surface devant rece voir le dépôt électrolytique de métal entrent dans une solution électrolytique contenue dans une cuve, et en sortent successivement et comprend en outre des moyens pour arra cher de cette .cathode, en un point situé hors de la solution, la feuille ,de métal ainsi formée sur elle.
Il se .distingue des appareils connus par le fait qu'il comporte des moyens pour remettre en état la surface -cathode après ar rachement de la .feuille métallique, ces moyens étant disposés -de manière à enlever, par abrasion, toute la matière accumulée sur et dans la cathode, ainsi qu'une mince couche du métal de la surface cathodique, et pour lisser et polir cette surface.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, .deux formes .d'exécution -de l'ap pareil suivant l'invention.
Fig. 1 est une coupe transversale verticale -de la première; Fig. 2 en est une coupe prise à angle droit par rapport à fig. 1, certaines parties étant représentées en élévation; Fig. 3 est une coupe transversale prise à travers une portion de l'élément agissant re- présenté,sur la fig. 2; Fig. 4 est une élévation latérale de la seconde forme d'exécution, le tambour étant représenté d'une façon conventionnelle;
Fig. 5 est un plan d'une portion -de l'ap pareil représenté sur la fig. 4; Fig. 6 est une élévation en bout -de ce même appareil, certaines parties étant enle vées, et Fig. 7 est une coupe à travers une portion de l'appareil représenté sur les fig. 4 à 6, in clusivement.
L'appareil représenté aux fig. 1 à 3 du dessin comprend une cuve électrolytique 10 contenant un support 11 pour les anodes courbes 12. Sur un arbre 13, supporté, par exemple sur le dessus de la cuve, est monté un tambour cathodique 14 qui est supporté de manière qu'il plonge en partie au-dessous du niveau de la solution contenue dans la cuve. Le tambour possède une surface en plomb qui -est connectée au côté négatif de la source d'électricité du fait, par exemple, que son arbre porte un disque 15 (fig. 2) qui plonge dans un bain de mercure, 16, con necté à la ligne d'amenée négative.
Un tambour propre à être employé pour la production de minces feuilles .de cuivre comprend, par exemple, une carcasse en cui vre qui consiste en une paire de roues, une à chaque bout du tambour, une forte feuille -de cuivre étant boulonnée @à l'extérieur des roues pour fermer le tambour. Une plaque de plomb, faite de préférence de plomb avec une petite quantité (de 4 @à 6 ô par exemple) d'antimoine, est ensuite courbée à la forme voulue et glissée en bout sur le tambour, le joint entre les abords -de rencontre de la plaque de plomb étant, après cela, rempli .de plomb par les opérations .de .soudage usuelles.
La plaque est -de préférence une plaque laminée d'environ vingt-cinq millimètres d'épaisseur, exempte d'oxydes et d'autres matières étran gères. Après que la plaque a été montée sur le tambour et que de joint a été fermé., on tourne, au moyen d'un tour, la surface à une forme exactement cylindrique.
Lors du fonctionnement -de l'appareil, du cuivre se dépose sur la partie de la surface du tambour qui est immergée dans la solu tion, et de tambour tourne lentement de ma nière à établir un dépôt de l'épaisseur Uési- rée.<B>A</B> mesure que le tambour continue sa ro tation, le dépôt est arraché en un point voi sin du dessus et la feuille mince 17 est en suite roulée de toute manière appropriée. La vitesse 4e notation idu tambour dépend du courait et de divers autres facteurs.
Pour renouveler la surface .de. réception au dépôt électrolytique sur le tambour après l'arrachement, il est prévu un tambour 18 monté sur un arbre qui est supporté dans les extrémités de bras 19 pivotant sur un arbre 20 supporté dans des chaises fixes 21 et ac tionné par tous moyens convenables. Dans. la construction représentée, les bras 19 sont re liés à un manchon 22 à travers lequel passe l'arbre et auquel sont attachés des bras 23 s'étendant dans une direction sensiblement horizontale -et portant,des poids 24. Ces poids tendent ià, faire osciller les bras 19 en sens in verse du mouvement des aiguilles d'une mon tre sur la fig. 1.
Le support pour le tambour 18 est placé -de telle façon que ce tambour porte sur la surface du tambour cathodique -de préférence en un point pas très éloigné de l'endroit où la: ,surface en mouvement de ce dernier tambour pénètre dans la solution.
Le tambour 18 peut affecter commodé ment la forme .d'un tube ou noyau métalli que sur la surface externe duquel est assu jettie une couverture 2'5 (fig. 3) de caout- chonc mou. Un élément abrasif 26 est collé à la surface de la couverture en caoutchouc et, .dans la construction représentée, cet élé ment a la forme d'une bande qui est enrou lée en hélice autour du tambour 18.
Cet élément abrasif 26 est établi en te nant compte des faits suivants: La toile émeri, le papier de verre et .des abrasifs similaires ont été employés dans l'électroplastie ordinaire pour la préparation de la surface cathodique dans des cas n'im pliquant pas arrachement; mais de tels abrasifs ne sont pas satisfaisants, pour ,di verses raisons, avec -des cathodes en plomb utilisées dans -des procédés continua.
Tous ces abrasifs deviennent bientôt ,;graissés" ou en crassés par le plomb et cessent d'être effi caces, et, .de plus, ils tendent à laisser -dans la surface du plomb des irrégularités qui ,sont équivalentes, dans leur action sur la feuille métallique produite, à un piquage naturel.
Les -dispositifs nettoyeurs tels, par exem ple, que des roues polisseuses en matière sou ple comme le coton ou la peau de mouton, bien qu'ils paraissent nettoyer convenable ment la .surface, n'empêchent pas qu'un pi quage se produise avec le temps. Les brosses en fil métallique .sont très peu satisfaisantes en connexité avec une opération continue. Une brosse qui est assez dure pour produire l'effet de nettoyage désiré produit, :
dans la surface cathodique, des irrégularités qui sont aussi inadmissibles que le piquage et des brosses en fil métallique fin ne travaillent pas bien parce que, bien qu'elles n'entament pas réellement le plomb, elles produisent bientôt -des sillons ou ondulations qui ont pour résultat la production .d'une feuille mé tallique défectueuse.
Pour que le dépôt se fasse toujours sur une surface métallique propre, brillante et lisse, l'élément 26 présente une surface ac tive qui remplit les .deux fonctions -de gratter et de polir la surface cathodique sur laquelle elle opère et cet élément est construit -de ma nière que sa surface active redevienne pas graissée ou encrassée par la matière enlevée de la cathode, même après un fonctionnement continu pendant .des mois.
La surface active de l'élément consiste en particules abrasives finement divisées, supportées ou noyées dans une monture élastique et, à cet effet, les par ticules peuvent être incorporées dans une monture de caoutchouc vulcanisé, de façon à rester relativement mou.
Les particules em- Io#yées peuvent être de -diverses. matières P abrasives, par exemple: du carbure @de sili cium; elles sont d'une grosseur d'environ soixante-quinze millièmes .de millimètre et triées ou classées de façon à avoir la .même di mension dans tous les sens et non pas à être longues et minces comme ce serait le cas si on ne les soumettait pas à une opération de triage spéciale.
La composition de caoutchouc employée est un produit qui est assez flexi ble -et mou mais sans tendance à devenir gom- meux ni à salir la surface au cours de l'opé ration. Même vulcanisée, la composition n'est pas cassante. Bien que l'on puisse employer des proportions variables de caoutchouc et d'abrasif, comme par exemple 20 pour cent, en poids, -de l'abrasif pour 80 pour cent, en poids, .du caoutchouc avant vulcanisation, les proportions employées doivent être telles que le caoutchouc soit présent dans la sur face active en quantité suffisante pour ef fectuer une importante action de polissage.
A -cet égard, l'élément agissant se distingue de roues abrasives, ou meules, et autres ar ticles @de -ce type dans lesquels le caoutchouc est employé simplement comme agglutinant pour les particules abrasives.
Le tambour cathodique qui adonné satis faction en service a un .diamètre important, environ 1 mètre @68 centimètres et, avec -ce tambour, il est fait usage .d'un élément de nettoyage comprenant un tambour<B>18</B> d'en- virou 14 cm de diamètre, la bande 2.6 posée en hélice ayant un pas de 20 cm. La couver ture ou revêtement de caoutchouc sur le tambour de nettoyage peut avoir une épais seur d'environ 13 mm et la bande peut -avoir une largeur @de 19 mm et une épaisseur de 1.3 mm.
Avec le tambour cathodique mar chant à une vitesse superficielle de 23 cm par minute, le tambour @de nettoyage 18 est ac tionné à une vitesse superficielle relativement plus élevée, par exemple: 81 cm à 1,26 m par minute et en sens inverse de la rotation .du tambour cathodique et les poids. employés peuvent être, par exemple, 36 kg. Le tambour de nettoyage peut être commandé, par exem ple, au moyen d'une roue .de chaîne 27 montée sur l'extrémité -de l'arbre 2.8 et recevant, au moyen d'une chaîne, son mouvement d'une autre roue montée sur l'arbre 20.
L'usage de l'élément abrasif 26 sous la forme d'une bande enroulée en hélice sur un tambour offre un moyen commode et écono mique de faire usage de la matière abrasive. Cependant, si on le désire, toute la surface du tambour peut être entièrement couverte par la composition abrasive. Lorsqu'on em- ploie une bande hélicoïdale, elle doit être empêchée de s'incliner et, en conséquence, il vaut mieux lui donner une 'section oblongue et l'appliquer avec son plus long côté -contre le .coussin -de caoutchouc.
Après que le tam bour a été muni @de l'élément abrasif, on le tourne de façon à lui donner une surface exactement cylindrique, afin qu'il roule ,d'une manière égale en contact avec la surface ca thodique et n'en soit pas écarté par des excen tricités.
Lors du fonctionnement du dispositif dé crit, la matière abrasive qui se trouve sur la surface du tambour non seulement enlève les oxydes et autres matières étrangères,qui peu vent être rassemblés sur la :surface catho- ,dique, mais enlève aussi une mince pellicule de métal, !de sorte que la cathode présente une surface métallique propre et brillante pour chaque dépôt de métal sur elle.
En raison de cet enlèvement d'une mince pellicule de mé tal de la cathode avant chaque dépôt sur celle-ci, toutes impuretés dans le métal, qui, avec le temps, auraient pour résultat un pi quage. sont enlevées et, ainsi, la cause de piquage est éliminée avant qu'un état .condui sant à un piquage ait une chance -de s'éta blir.
Les particules abrasives noyées dans la composition de caoutchouc servent à enlever la matière étrangère et la mince pellicule -de plomb, et la monture en caoutchouc paraît limiter -convenablement l'action abrasive des particules et effectuer une -action ,de lissage ou de polissage qui tend à contrecarrer la tendance .des particules ,à produire un effet grené inadmissible.
La surface ou bande abrasive qui se trouve sur le tambour doit, pour être efficace, être maintenue propre et, -à -cet effet, il est fait usage d'une brosse 29 qui est montée dans des supports 30 assujettis à la traverse 31 s'éten dant entre les bras 19. Cette brosse sert sim plement à enlever la poudre fine reposant li brement sur la surface de l'élément abrasif. En .dessous :du tambour 18 et de la brosse, se trouve un récipient 32, dans lequel la matière étrangère et la poudre -de plomb ,enlevées de la surface cathodique .sont recueillies.
Bien que l'appareil décrit se sait montré très satisfaisant, on a trouvé que l'on peut donner un grain amélioré à la surface catho dique par l'usage Ue la construction modifiée représentée sur les fig. 4 à 7. Dans cette .dis position d'appareil, l'élément abrasif est une courroie 33, de la matière précédemment dé crite, montée pour se mouvoir avec elle sur l'extérieur d'une chaîne 34 qui passe autour de roues de -chaîne 35a, 35b (fig. 5) montées sur des arbres 36 qui sont .supportés dans des paliers d'une traverse 37 s'étendant entre des bras 38.
Les bras sont montés à pivot et char gés, la construction étant, .d'une façon géné rale, .similaire à celle représentée sur la fi-. 1. Les arbres sur lesquels les roues de chaîne sont montées reçoivent 'leur commande -d'un arbre 39 au moyen d'engrenages d'an gle désignés par 40, l'arbre 39 recevant lui- même son mouvement de l'arbre 20 de toute manière appropriée, au moyen d'une chaîne de transmission, par exemple.
Sur toute une partie de sa longueur, la courroie abrasive est hors de contact avec la chaîne et passe sur une poulie folle 42 qui, ajustablement montée dans un prolongement de la traverse 37, permet de tendre de temps à autre la courroie. Les bras 38 sont montés dans une position telle que le brin de la courroie qui est en contact avec la chaîne est repoussé con tre la surface du tambour cathodique 14 et la courroie est actionnée en travers de la surface à une vitesse relativement grande.
La courroie est continuellement nettoyée au moyen d'une .brosse 43 assujettie à la traverse 37 et portant sur la courroie en un point si tué juste au delà -du contact de la courroie avec le tambour cathodique.
Il est apparent que, avec la construction modifiée représentée, la courroie en composi tion caoutchouc-abrasif est supportée ferme ment en contact avec la surface du tambour cathodique au moyen -de la chaîne et la ma tière abrasive a l'effet, précédemment décrit, d'enlever la matière étrangère de la surface du tambour et d'enlever également une mince pellicule du métal.
Puisque le mouvement -de la courroie abrasive est transversal par rap- part .à la -direction du mouvement @de la sur face -cathodique et que la .courroie et la ca thode se meuvent à .des vitesses superficielles différentes, les particules abrasives -de la courroie n'ont que peu ou pas d'effet nuisible sur le tambour.
La surface de la cathode, lorsqu'on la traite par la. courroie, est -supé rieure à celle produite par'l'action,de la bande hélicoidale et on peut obtenir un dépôt possé dant une plus grande résistance .à la traction lorsque c'est un élément du type courroie qui agit sur la cathode.
Au lieu de faire usage d'une courroie de matière caoutchouc-abrasif montée -de ma nière à s'étendre transversalement à la direc tion 4u mouvement,de la surface du tambour et -actionnée par un moyen convenable, on peut employer une chaîne ou -courroie sans fin ,sur laquelle sont montés des blocs @de la matière abrasive. Pour ce but, il peut être commode .d'assujettir chaque bloc .de caout chouc à une base en métal que l'on peut en- suite,
attacher à la courroie ou chaîne -de toute manière convenable. Lorsqu'on emploie une telle courroie ou chaîne, elle passe autour de poulies ou de roues de chaîne supportées sur une monture flottante et des moyens de guidage peuvent être prévus pour supporter celui :des brins -de la courroie ou. -chaîne qui parte les blocs se trouvant en .contact avec la surface cathodique.
Un tel support rem plit le même but que la .chaîne dont il est fait usage concuremment avec une courroie faite entièrement de matière abrasive. Lors qu'on emploie les blocs, ils sont -de préférence biseautés le long -d'un des côtés, de façon à éviter une -détérioration des blocs et de la surface cathodique, lorsque les blocs viennent en contact avec celle--ci.
Avec le procédé décrit @de production -con tinue -de minces feuilles de métal par voie électrolytique; la surface cathodique est non seulement continuellement maintenue pro pre, mais aussi continuellement renouvelée, une nouvelle surface métallique étant expo sée à la solution électrolytique à :chaque- tour du tambour.
En même temps, la surface du tambour est continuellement polie et brunie de sorte qu'aucun grain- inadmissible n'y existe. Le mécanisme à courroie mobile a été trouvé donner lesmeilleurs résultats; mais le dispositif de nettoyage sous la forme .d'un tambour cylindrique avec une surface abra sive, ou avec une bande abrasive :enroulée en hélice sur lui, est grandement supérieur à ce qui est actuellement .connu.
Dans les formes -d'exécution -décrites, la matière enlevée de la surface cathodique est sous la forme d'une poudre légère, et, avec les particules abrasives noyées dans le caout chouc mou, il n'y a pas tendance comme dans la meule abrasive ordinaire, à ce que la ma tière ainsi enlevée ,se rassemble entre les par ticules et nuise à l'action abrasive.
L'action de nettoyage automatique de l'élément résulte probablement de l'élasticité de la monture qui .est repoussée des particules par contact avec la cathode et qui, lors qu'elle cesse d'être appuyée sur celle-ci, fait ressort et chasse .des particules abrasives la matière enlevée.
En tout cas, un encrassement de la surface active de l'élément ne se pro duit pas et la matière enlevée :de la ,surface cathodique reste siur cette surface de l'élé ment sous une forme pulvérulente et peut en être facilement enlevée au moyen, par exem ple, d'une brosse douce. -Si un peu de cette poudre adhère à la surface cathodique et qu'on dépose électrolytiquement du métal par-dessus, un trou d'épingle se montre .dans le dépôt.
Pour cette raison, il est avantageux d'employer un élément agissant établi sous la forme d'un tambour ou -d'une bande enroulée sur une surface cylindrique et de faire mar cher le tambour ou la surface -cylindrique en sens contraire,du mouvement de la surface cathodique puisque, avec cette -disposition, toute poudre qui est projetée de l'élément et adhère -à la .surface .cathodique avance de nouveau au point de contact -de l'élément et de ladite surface et ne peut dépasser # point de contact et être emmenée dans la .cuve de galvanoplastie.
L'usage -de plomb comme .surface -catho dique est .commun dans tout travail électroly tique en raison de ses qualités pour l'électro- plastie, de son bon marché et de la. facilité avec laquelle il peut être .manipulé et :traité. D'autres métaux, tels que les aciers inoxyda bles et leurs alliages, l'argent, le enivre, le tantale, etc. pourraient être employés pour la formation -de la cathode à utiliser dans -le procédé selon l'invention, car dans .la prati- que,,ces matières ont été suggérées pour rem placer le plomb;
mais pour certaines .de ces matières avec lesquelles on ne peut fabriquer des pièces que par fusion, on a trouvé impas sible :d@obtenir avec elles .des pièces venues de fonderie qui soient exemptes de soufflures ou .cavités. Telles de ces matières qui peu vent être préparées sous la forme de feuilles présentent l'inconvénient qu'il est difficile -de former un joint satisfaisant en :connexité avec la production .d'une surface continue. Par .contre., on peut obtenir :du plomb en feuille sans cavités et on peut foire un joint satisfaisant par soudage.
A method and apparatus for the continuous production of sheet metal by electroplating. The present invention comprises a process for the continuous production of sheet metal by electroplating and an apparatus for carrying out this process.
Numerous processes have already been proposed, and in some cases patented, for the continuous electrolytic production of thin sheets of metal, in particular copper; but none of the methods proposed so far. This is not entirely satisfactory for the regular production of such foil on an industrial scale and, as a consequence, thin foils of copper are not currently available on the market in commercial quantities.
The proposed methods had many drawbacks; Thus, for example, they cannot be used to produce a thin sheet of excellent quality and of substantially uniform thickness, their throughput is low, they do not have a satisfactory cathode surface or the way to keep it in good condition, so that their operation is subject to. frequent interruptions, and they are very busy.
: However, the fundamental problem in all continuous sheet forming processes by electroplating is the maintenance of the cathode surface in good condition and this problem is of the most serious character because of the deep effect on the thin sheet produced, of defects, apparently small in the cathode surface; this surface is subject to chemical changes, such as the formation of oxides, it deteriorates rapidly due to the mechanical effect of peeling, and changes of both kinds adversely affect the thin sheet.
Accordingly, many expedients have been proposed to maintain the cathode surface in a satisfactory condition; However, experimentation with these earlier proposals has shown that no completely satisfactory cathode surface nor any satisfactory means of maintaining it has been offered heretofore.
The method according to the invention, according to which a mobile cathode is moved so that the parts of its surface which are to receive the deposit enter an electrolytic solution and leave it successively, is made to deposit. metal on the immersed parts of the mobile cathode and the metal sheet thus formed on it is torn from this cathode at a point located outside the solution, is characterized in that, for each said part considered, after each operation d tearing, we remove by abrasion all the material accumulated on and in this part, as well as a thin layer of the metal from its surface, and this surface is smoothed and polished.
The apparatus for carrying out this method comprises a mobile cathode, so that the parts of its surface which are to receive the electrolytic deposit of metal enter an electrolytic solution contained in a tank, and exit successively and comprises in besides means for removing this .cathode, at a point located outside the solution, the sheet, of metal thus formed on it.
It differs from known devices by the fact that it comprises means for rehabilitating the -cathode surface after raching of the metal sheet, these means being arranged -so as to remove, by abrasion, all the accumulated material on and in the cathode, as well as a thin layer of the metal of the cathode surface, and to smooth and polish this surface.
The appended drawing shows, by way of example, .two forms of execution of the apparatus according to the invention.
Fig. 1 is a vertical cross section of the first; Fig. 2 is a section taken at right angles to FIG. 1, some parts being shown in elevation; Fig. 3 is a cross section taken through a portion of the acting element shown in FIG. 2; Fig. 4 is a side elevation of the second embodiment, the drum being shown in a conventional manner;
Fig. 5 is a plan of a portion of the apparatus shown in FIG. 4; Fig. 6 is an end elevation of the same apparatus, certain parts being removed, and FIG. 7 is a section through a portion of the apparatus shown in FIGS. 4 to 6, inclusive.
The apparatus shown in Figs. 1 to 3 of the drawing comprises an electrolytic cell 10 containing a support 11 for the curved anodes 12. On a shaft 13, supported, for example on the top of the cell, is mounted a cathode drum 14 which is supported so that it partially submerges below the level of the solution contained in the tank. The drum has a lead surface which is connected to the negative side of the electricity source because, for example, its shaft carries a disc 15 (fig. 2) which plunges into a mercury bath, 16, connected. to the negative feed line.
A drum suitable for use in the production of thin copper foil includes, for example, a copper frame which consists of a pair of wheels, one at each end of the drum, a strong copper foil being bolted to the drum. outside the wheels to close the drum. A lead plate, preferably made of lead with a small amount (from 4 to 6 ô for example) of antimony, is then bent to the desired shape and slipped end over the drum, the joint between the edges of encounter of the lead plate being, thereafter, filled with lead by the usual .soldering operations.
The plate is preferably a rolled plate about twenty-five millimeters thick, free from oxides and other foreign materials. After the plate has been mounted on the drum and the joint has been closed, the surface is rotated by means of a lathe to an exactly cylindrical shape.
During operation of the apparatus, copper is deposited on the part of the surface of the drum which is immersed in the solution, and the drum rotates slowly so as to establish a deposit of the thickness Uesired. As the drum continues to rotate, the deposit is torn off at a point near the top and the foil 17 is then rolled in any suitable manner. The 4th notation speed of the drum depends on the running and various other factors.
To renew the .de surface. reception to the electrolytic deposit on the drum after tearing, there is provided a drum 18 mounted on a shaft which is supported in the ends of the arm 19 pivoting on a shaft 20 supported in stationary chairs 21 and actuated by any suitable means. In. In the construction shown, the arms 19 are connected to a sleeve 22 through which the shaft passes and to which are attached arms 23 extending in a substantially horizontal direction - and carrying weights 24. These weights tend to make oscillate the arms 19 in the reverse direction of the movement of the hands of a watch in FIG. 1.
The support for the drum 18 is placed - in such a way that this drum bears on the surface of the cathode drum - preferably at a point not very far from the place where the moving surface of the latter drum enters the solution. .
The drum 18 may conveniently take the form of a metal tube or core on the outer surface of which is laid a blanket 2'5 (Fig. 3) of soft rubber. An abrasive element 26 is adhered to the surface of the rubber cover and, in the construction shown, this element is in the form of a strip which is wound helically around the drum 18.
This abrasive element 26 is established in consideration of the following facts: Emery cloth, sandpaper and similar abrasives have been employed in ordinary electroplasty for the preparation of the cathode surface in cases not involving tearing; but such abrasives are unsatisfactory for a variety of reasons with lead cathodes used in continuous processes.
All these abrasives soon become "greased" or fouled by the lead and cease to be effective, and, moreover, they tend to leave irregularities in the surface of the lead which, are equivalent, in their action on the lead. the metal foil produced, with a natural stitching.
Cleaning devices such as, for example, polishing wheels made of soft material such as cotton or sheepskin, although they appear to clean the surface properly, do not prevent pitting from occurring. with time. Wire brushes are very unsatisfactory in connection with continuous operation. A brush that is hard enough to produce the desired cleaning effect produced,:
irregularities in the cathode surface which are as inadmissible as pitting and fine wire brushes do not work well because, although they do not actually cut into the lead, they soon produce furrows or ripples which have resulting in the production of a defective metal sheet.
So that the deposition always takes place on a clean, shiny and smooth metallic surface, the element 26 has an active surface which fulfills the two functions - of scraping and polishing the cathode surface on which it operates and this element is constructed. -so that its active surface does not become again greased or fouled by material removed from the cathode, even after continuous operation for months.
The active surface of the element consists of finely divided abrasive particles, supported or embedded in a resilient frame and, for this purpose, the particles may be incorporated into a vulcanized rubber frame, so as to remain relatively soft.
The particles used can be of various kinds. abrasive materials, for example: silicon carbide; they are about seventy-five thousandths of a millimeter in size and sorted or graded so as to have the same dimension in all directions and not to be long and thin as would be the case if they were not not subject to a special sorting operation.
The rubber composition employed is a product which is fairly flexible and soft but without the tendency to become gummy or to soil the surface during the operation. Even vulcanized, the composition is not brittle. Although varying proportions of rubber and abrasive may be employed, such as, for example, 20 percent, by weight, of the abrasive to 80 percent, by weight, of the rubber before vulcanization, the proportions employed should be such that the rubber is present in the active surface in an amount sufficient to perform a substantial polishing action.
In this regard, the working element is distinguished from abrasive wheels, or grindstones, and other such articles in which the rubber is employed merely as a binder for the abrasive particles.
The cathode drum which satis faction in service has a large diameter, about 1 meter @ 68 centimeters and, with this drum, use is made of a cleaning element comprising a <B> 18 </B> drum. about 14 cm in diameter, the band 2.6 placed in a helix having a pitch of 20 cm. The rubber cover or coating on the cleaning drum may have a thickness of about 13 mm and the strip may be 19 mm wide and 1.3 mm thick.
With the cathode drum running at a surface speed of 23 cm per minute, the cleaning drum 18 is operated at a relatively higher surface speed, for example: 81 cm to 1.26 m per minute and counterclockwise. the rotation of the cathode drum and the weights. employees can be, for example, 36 kg. The cleaning drum can be controlled, for example, by means of a chain wheel 27 mounted on the end of the shaft 2.8 and receiving, by means of a chain, its movement from another wheel. mounted on shaft 20.
The use of the abrasive element 26 as a web helically wound on a drum provides a convenient and economical means of making use of the abrasive material. However, if desired, the entire surface of the drum can be completely covered by the abrasive composition. When employing a helical strip it should be prevented from tilting and therefore it is better to give it an oblong section and apply it with its longer side against the rubber pad.
After the drum has been provided with the abrasive element, it is rotated so as to give it an exactly cylindrical surface, so that it rolls evenly in contact with the ca thodic surface and does not. or not spread by excesses.
In operation of the device described, the abrasive material on the surface of the drum not only removes oxides and other foreign matter, which may be collected on the cathodic surface, but also removes a thin film of metal,! so that the cathode has a clean and shiny metallic surface for each deposit of metal on it.
Due to this removal of a thin film of metal from the cathode before each deposition thereon, any impurities in the metal which, over time, would result in pitting. are removed and, thus, the cause of the pitting is eliminated before a pitting condition has a chance to develop.
The abrasive particles embedded in the rubber composition serve to remove foreign matter and the thin film of lead, and the rubber mount appears to adequately limit the abrasive action of the particles and perform an action, smoothing or polishing which. tends to counteract the tendency of the particles to produce an unacceptable grained effect.
The abrasive surface or belt which is on the drum must, in order to be effective, be kept clean and, for this purpose, use is made of a brush 29 which is mounted in supports 30 secured to the cross member 31 s 'extending between the arms 19. This brush serves simply to remove the fine powder lying loosely on the surface of the abrasive element. Below: of the drum 18 and the brush is a container 32, in which the foreign matter and the lead powder, removed from the cathode surface are collected.
Although the apparatus described has been found to be very satisfactory, it has been found that an improved graininess can be imparted to the cathodic surface by use of the modified construction shown in Figs. 4 to 7. In this position of the apparatus, the abrasive element is a belt 33, of the material described above, mounted to move with it on the outside of a chain 34 which passes around wheels of -chain 35a, 35b (Fig. 5) mounted on shafts 36 which are .supportée in bearings of a cross member 37 extending between arms 38.
The arms are pivotally mounted and loaded, the construction being, .generally, .similar to that shown in fi-. 1. The shafts on which the chain wheels are mounted receive their control from a shaft 39 by means of angle gears designated 40, the shaft 39 itself receiving its movement from the shaft 20. in any suitable manner, by means of a transmission chain, for example.
Over a whole part of its length, the abrasive belt is out of contact with the chain and passes over an idler pulley 42 which, adjustably mounted in an extension of the cross member 37, allows the belt to be tensioned from time to time. The arms 38 are mounted in a position such that the strand of the belt which contacts the chain is pushed against the surface of the cathode drum 14 and the belt is driven across the surface at a relatively high speed.
The belt is continuously cleaned by means of a brush 43 secured to the cross member 37 and bearing on the belt at a point if killed just beyond the contact of the belt with the cathode drum.
It is apparent that, with the modified construction shown, the rubber-abrasive composition belt is supported firmly in contact with the surface of the cathode drum by means of the chain and abrasive material to the effect previously described. removing foreign matter from the surface of the drum and also removing a thin film of the metal.
Since the movement -of the abrasive belt is transverse to the -direction of the movement @of the cathodic surface and the .belt and the ca thode move at .different surface speeds, the abrasive particles - belt have little or no detrimental effect on the drum.
The surface of the cathode, when treated by the. The belt is greater than that produced by the action of the helical band, and a deposit with greater tensile strength can be obtained when a belt-like element acts on the cathode.
Instead of making use of a belt of rubber-abrasive material mounted so as to extend transversely to the direction of movement of the surface of the drum and actuated by suitable means, a chain or chain may be employed. -endless belt, on which blocks of abrasive material are mounted. For this purpose, it may be convenient. To secure each block. Of rubber to a metal base which can then be
attach to the strap or chain - in any convenient manner. When such a belt or chain is used, it passes around pulleys or chain wheels supported on a floating mount and guide means may be provided to support that of: the strands of the belt or. -chain which leaves the blocks being in contact with the cathode surface.
Such a support fulfills the same purpose as the chain which is used concurrently with a belt made entirely of abrasive material. When the blocks are used, they are preferably bevelled along one of the sides, so as to avoid -deterioration of the blocks and of the cathode surface when the blocks come into contact therewith.
With the described process @ for the continuous production of thin sheets of metal electrolytically; the cathode surface is not only continually kept clean, but also continually renewed, a new metallic surface being exposed to the electrolytic solution at each turn of the drum.
At the same time, the surface of the drum is continuously polished and burnished so that no objectionable grain exists on it. The moving belt mechanism has been found to give the best results; but the cleaning device in the form of a cylindrical drum with an abrasive surface, or with an abrasive belt: helically wound on it, is greatly superior to what is currently known.
In the embodiments described, the material removed from the cathode surface is in the form of a light powder, and, with the abrasive particles embedded in the soft rubber, there is no tendency as in the ordinary abrasive wheel so that the material removed collects between the particles and interferes with the abrasive action.
The automatic cleaning action of the element probably results from the elasticity of the frame which is pushed away from the particles by contact with the cathode and which, when it ceases to be pressed thereon, makes it spring and removes abrasive particles from the removed material.
In any case, fouling of the active surface of the element does not occur and the material removed: from the cathode surface remains on this surface of the element in a powder form and can be easily removed therefrom by means of , for example, with a soft brush. -If a little of this powder adheres to the cathode surface and metal is deposited electrolytically over it, a pinhole appears in the deposit.
For this reason, it is advantageous to employ a working element established in the form of a drum or a strip wound on a cylindrical surface and to run the drum or the cylindrical surface in the opposite direction of the movement. of the cathode surface since, with this -disposition, any powder which is projected from the element and adheres -to the .cathodic. surface again advances to the point of contact -of the element and said surface and cannot protrude # point of contact and be taken into the electroplating tank.
The use of lead as a cathodic surface is common in all electrolytic work because of its qualities for electroplasty, cheapness and ease of use. ease with which it can be handled and processed. Other metals, such as stainless steels and their alloys, silver, drunk, tantalum, etc. could be employed for the formation of the cathode to be used in the process according to the invention, since in practice these materials have been suggested to replace lead;
but for some .de these materials with which one can only manufacture parts by melting, it has been found impossible: to obtain with them .desparts from foundry which are free of blisters or .cavities. Such of those materials which can be prepared in the form of sheets have the disadvantage that it is difficult to form a satisfactory seal in connection with the production of a continuous surface. On the other hand, one can obtain: lead in sheet form without cavities and one can form a satisfactory joint by welding.