CH620247A5

CH620247A5 - Chemical or electrochemical process for coating the surface of an object with metal

Info

Publication number: CH620247A5
Application number: CH578776A
Authority: CH
Inventors: Lars Edvin Andersson; Teuvo Tapio Korpi; Kauko Johannes Kursi; Uuno Matias Niemi
Original assignee: Andersson Lars E; Teuvo Tapio Korpi; Kauko Johannes Kursi; Uuno Matias Niemi
Priority date: 1975-05-07
Filing date: 1976-05-07
Publication date: 1980-11-14
Also published as: DK205176A; NO148193C; BE841590A; FI53841C; SE8506146L; NO148193B; JPS51149131A; DK151906C; FI751337A7; CA1093012A; NO761570L; DD125995A5; HK97184A; DK151906B; GB1551340A; FR2310425A1; DE2619987A1; IT1061259B; FI53841B; SE8506146D0

Description

Die Erfindung betrifft ein chemisches oder elektrochemisches Verfahren für das Überziehen der Oberfläche eines Gegenstandes mit Metall in einem Elektrolytbad. Gegenstand der Erfindung ist auch eine zur Durchführung des erfindungs-gemässen Verfahrens geeignete Vorrichtung.

Bekannte elektrolytische Überziehungsverfahren haben verhältnismässig viele sowohl technische als auch auf die Umgebung einwirkende Nachteile. Von den technischen Nachteilen sind die ungleiche Dicke des Überzuges, das langsame Wachsen des Überzuges, seine schlechte Dichtigkeit und das schlechte Haften des Überzuges die wichtigsten. Die grössten Schwierigkeiten bietet das ungleichmässige Wachsen des Überzuges, weil leicht Zonen entstehen, wo der Überzug zu schnell wächst.

Mit Rücksicht auf die Umgebung und den Arbeitschutz verursachen die reichliche Gas- und Dampfentwicklung die grössten Schwierigkeiten. Die entwickelten Gase und Dämpfe sind giftig und verursachen Berufskrankheiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zu schaffen, wodurch die Nachteile der bekannten Verfahren zum grössten Teil vermieden werden können. Die Lösung der Aufgabe geschieht nach der Erfindung durch ein Verfahren der eingangs angegebenen Gattung, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Überziehungsprozess in einem Raum stattfindet, der unter Unterdruck steht.

Weitgehende Versuche haben gezeigt, dass das erfindungs-gemässe Verfahren, das grundsätzlich eine elektrolytische Überziehung bei Unterdruck ist, eine Menge von unerwarte -ten Vorteilen gibt. Die Qualität der Überzugsschicht wird beträchtlich verbessert und die normalerweise entwickelten Nebeldämpfe werden schon bei einem Druck von nur 0,85 ata von dem in einem Kreislauf strömenden Elektrolyt aufgenommen. Da die Nebeldampfmenge auch von dem verwendeten Elektrolyt und von der Stromdichte abhängig ist, empfiehlt es sich, einen grösseren Unterdruck zu verwenden, das heisst einen Druck, der kleiner ist als 0,8 ata.

Besonders vorteilhaft ist es, dass nur der eigentliche Prozessraum unter Unterdruck steht, und dass die Elektrolytflüssigkeit durch diesen Raum fliesst. Dabei kann das Kreislaufsystem ausgenützt werden um eine geeignete Kühlung oder Erwärmung zu bewirken. Es ist auch möglich eine Vorrichtung zu verwenden, wo kein Flüssigkeitsumlauf stattfindet, und wo der Aufbewahrungsraum der Elektrolytflüssigkeit gleichzeitig als Prozessraum dient.

Es ist ferner möglich und in gewissen Fällen besonders vorteilhaft, das Verfahren und die verwendeten Vorrichtungen so zu vereinfachen, dass der Prozessraum dadurch gebildet wird, dass ein oben geschlossenes und unten offenes Fass in der Elektrolytflüssigkeit eines Elektrolytbehälters unter den Flüssigkeitsspiegel eingetaucht gehalten wird, und dass das Innere des genannten Fasses mit einer Unterdruckquelle verbunden wird, so dass das Fass bis zu einer gewünschten Höhe durch den darin gebildeten Unterdruck mit Elektrolytflüssigkeit gefüllt wird. Durch dieses Verfahren kann eine herkömmliche Behandlungsanlage sehr leicht für die Durchführung des erfin-dungsgemässen Verfahrens umgeändert werden. Der Elektrolytbehälter kann gleichzeitig als Vorratsbehälter dienen, so dass nur ein Behälter erforderlich ist.

Wie sich ergeben hat, ist es nicht notwendig, dass der grösste Unterdruck in dem eigentlichen Prozessraum ausgebildet wird. Die Hauptsache ist, dass der Elektrolyt durch einen Raum fliesst, wo der Druck ausreichend niedrig ist. Hierdurch wird die Entwicklung von Nebeldampf und schädlichen Gasen vermieden, was schon an sich sehr vorteilhaft ist. Die Wirkung des Unterdrucks auf den elektrochemischen Prozess nimmt selbstverständlich mit kleiner werdendem Unterdruck ab, aber da eine herkömmliche Qualität in den meisten Fällen völlig ausreichend ist bei Überziehungsarbeiten, kann das erfin-dungsgemässe Verfahren auch wie oben beschrieben verwendet werden. Dabei kann man sich die auf die Umgebung auswirkenden Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens im vollen Umfang mit einfachen Vorrichtungen und wenig Aufwand zunutze machen.

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Gute Ergebnisse können schon erzielt werden, wenn der Höhenunterschied zwischen dem freien Flüssigkeitsspiegel im Elektrolytbehälter und dem höchsten Punkt des unter Unterdruck stehenden Kreislaufes etwa 1,5 m ist. Der höchste Punkt des Kreislaufes kann ausserhalb des Prozessraumes liegen. Es ist vorteilhaft, am oberen Ende des Prozessraumes ein Luftkissen zu bilden, so dass Kabeldurchführungen für die Stromzufuhr so verlegt werden können, dass sie nicht direkt in Berührung mit der Elektrolytflüssigkeit kommen. Dadurch wird es einfacher die Dichtungsprobleme der Kabeldurchführungen zu beherrschen.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignete Vorrichtung ist nach den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gekennzeichnet. Die Schleusenanordnung kann von einer an sich bekannten Bauart sein, z. B. grundsätzlich so aufgebaut sein, wie die in Rohrmelkanlagen verwendeten Schleusenanordnungen. Die Elektrolytflüssigkeit kann mit Hilfe des Unterdrucks direkt vom Vorratsbehälter in die Unterdruckkammer gesaugt werden. Die Flüssigkeit kann auch gepumpt werden.

Beim elektrolytischen Uberziehen steigt die Temperatur der Elektrolytflüssigkeit, so dass gewöhnlich eine Kühlung der Flüssigkeit erforderlich ist. In einer erfindungsgemässen Vorrichtung kann die Kühlung z. B. so durchgeführt werden, dass zwischen der Unterdruckkammer und der Schleusenanordnung ein Wärmeaustauscher eingeschaltet wird, durch den die Elektrolytflüssigkeit strömt. Möglicherweise muss auch der Vorratsbehälter gekühlt werden oder in bestimmten Fällen gewärmt werden. Um die gewünschte Temperatur zu erhalten kann der Vorratsbehälter mit Temperaturregulierungsvorrichtungen versehen werden. Diese Vorrichtungen werden vorzugsweise an demselben Kühlflüssigkeitssystem angeschlossen wie der Wärmeaustauscher des Elektrolytkreislaufes.

Eine erfindungsgemässe Vorrichtung kann auch mit mehreren, vorzugsweise verschieden grossen Unterdruckkammern versehen werden für die Behandlung von Gegenständen verschiedener Grösse. Die Vorrichtung kann so aufgebaut sein, dass die verschiedenen Unterdruckkammern gleichzeitig oder alternativ verwendet werden können.

Es ist ferner möglich, die Vorrichtung so weiterzuentwik-keln, dass Spülungen der Arbeitsgegenstände in derselben Anordnung wie die eigentliche Behandlung durchgeführt werden können. Die für die Spülung erforderliche Flüssigkeit kann in einem oder mehreren Behältern aufbewahrt werden. Ein solcher Behälter kann an den Kreislauf der Elektrolytflüssigkeit angeschlossen werden, und zwar so, dass der Elektrolytbehälter dabei aus dem Kreislauf ausgeschaltet und der Spülflüssigkeitsbehälter anstelle des Elektrolytbehälters eingeschaltet wird. Die Spülflüssigkeit wird dann in derselben Weise wie die Elektrolytflüssigkeit den Kreislauf durchfliessen und die Arbeitsgegenstände werden in dem Prozessraum gespült. Die Ausschaltung des Elektrolytbehälters und die Einschaltung des Spülflüssigkeitsbehälters kann durch Umstellung von Dreiwegventilen bewirkt werden.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher und beispielsweise beschrieben. Es veranschaulichen schematisch:

- Figur 1 eine Darstellung einer ersten Ausführungform der Erfindung

- Figur 2 eine Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, und

- Figur 3 eine Darstellung einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

In Figur 1 bezeichnet 1 den Vorratsbehälter des Elektrolyts, 2 einen kleineren Prozessraum und 3 einen grösseren Prozessraum. Von dem Vorratsbehälter 1 führt ein Verbindungsrohr 4 zu dem kleineren Prozessraum 2. Durch dieses Rohr wird der

Elektrolyt von dem Vorratsbehälter 1 in den Prozessraum 2 gesaugt, und setzt seinen Kreislauf fort durch ein Rohr 5 und ein Dreiwegventil 6 zu einem Wärmeaustauscher 7, wo im Bedarfsfall eine Kühlung der umlaufenden Flüssigkeit stattfindet. Von dem Wärmeaustauscher 7 setzt die Flüssigkeit ihren Kreislauf fort zu der oberen Kammer 9 einer Schleusenvorrichtung 8. Die umlaufende Flüssigkeit steht immer unter Unter druck, weil eine Vakuumpumpe 10 an der oberen Kammer 9 der Schleusenvorrichtung angeschlossen ist. Von der oberen Kammer 9 fliesst die Flüssigkeit durch ein Rückschlagventil 11 und ein Rohr 12 zu der unteren Kammer 13 der Schleusenvorrichtung 8, wenn diese Kammer unter Unterdruck steht. Nachdem die Kammer 13 bis zu einem bestimmten Niveau gefüllt worden ist, unterbricht die Automatik der Schleusenvorrichtung die Verbindung 14 zwischen der unteren Kammer 13 und der Vakuumpumpe 10 und verbindet die untere Kammer mit der Atmosphäre. Dabei fliesst der Elektrolyt durch das Rohr 15 zurück in den Vorratsbehälter 1.

Der Elektrolyt kann auch durch das Verbindungsrohr 16 in den grösseren Prozessraum 3 gesaugt werden und von dort weiter durch das Rohr 17 und das Dreiwegventil 6 zu dem Wärmeaustauscher 7 und der Schleusenvorrichtung 8. Der gewünschte Kreislauf wird durch Einstellung des Dreiwegventils 6 gewählt. Das Ventil 6 kann auch so gebaut sein, dass das Elektrolyt gleichzeitig sowohl den kleineren als auch den grösseren Prozessraum durchströmt.

Zu der gezeigten Vorrichtung gehört ein geschlossener Kühlflüssigkeitskreis 18, der einen Expansionsbehälter 19 und einen mit einem Gebläse 20 versehenen Kühler 21 umfasst. Die Anordnung umfasst auch eine Umlaufpumpe 22 und Hilfsanordnungen wie z.B. Absperrventile 23 und Rückschlagventile 24. Die Kühlflüssigkeit fliesst durch den Wärmeaustauscher 7 und im Bedarfsfall auch um oder durch den Vorratsbehälter 1. Bisweilen, z. B. am Anfang einer Behandlung, kann die Temperatur des Elektrolyts zu niedrig sein, wobei eine Erwärmung erforderlich ist. Eine elektrische Wärmeanlage 25 besorgt die erforderliche Erwärmung.

Der Überziehungsprozess geschieht in der Behandlungskammer 2 oder 3, gewöhnlich unter Einwirkung einer äusseren Stromzufuhr. Die Stromzufuhr geschieht durch die Kabel 26 und 27. Grundsätzlich ist die Behandlung ein gewöhnlicher elektrolytischer Überziehungsprozess, aber der Prozess findet in einem Raum statt, der unter Unterdruck steht.

In der Ausführungsform gemäss Figur 2 ist der Prozess-Raum 2 von einem oben geschlossenen und unten offenen in die Flüssigkeit eines Elektrolytbehälters 1 eingetauchten Fass 33 gebildet. Da der Prozessraum 2 an einer Vakuumpumpe 10 angeschlossen ist, steigt der Wasserspiegel der Elektrolytflüssigkeit 34 im Prozessraum 2 zu einer gewünschten Höhe. Von dem Prozessraum 2 strömt der Elektrolyt weiter durch ein Rohr 5 zu einer Schleusenvorrichtung 8 und von dort durch das Rückflussrohr 15 zu dem Elektrolytbehälter 1 zurück. Die Figur zeigt auch ganz schematisch Stromzufuhrkabel 26 und 27, ihre Durchführungen 40, Elektroden 41 und ein Arbeitsstück 42. Bei den Durchführungen 40 hat sich ein Luftkissen 43 gebildet, so dass die Kabeldurchführungen nicht direkt von der Elektrolytflüssigkeit beeinflusst werden.

Die in Figur 3 gezeigte Vorrichtung entspricht im wesentlichen der Vorrichtung gemäss Fig. 1. Sie ist jedoch mit einem Spülwasserbehälter 45 ergänzt, der mit Hilfe der Dreiwegventile 46 und 47 an den Kreislauf der Elektrolytflüssigkeit angeschlossen werden kann, an Stelle des Elektrolytbehälters 1. Wenn diese Einschaltung erfolgt, strömt die Spülflüssigkeit von dem Behälter 45 durch das Rohr 48 und das Dreiwegventil 46 zum Prozessraum 2, wo das Arbeitsstück gespült wird. Der Kreislauf setzt sich fort normalerweise über das Rohr 5,

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die Schleusenvorrichtung 8, das Rückflussrohr 15, das Dreiwegventil 47 und das Rohr 49 zurück zum Spülwasserbehälter 45. Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass die überzogenen Arbeitsstücke nicht aus dem Prozessraum herausgenommen werden müssen, um gespült zu werden. In dieser Weise kann die Spülung sehr schnell und mit geringem Arbeitsaufwand durchgeführt werden.

Als ein Beispiel der Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens in einem Überziehungsprozess kann die folgende Hartverchromungsbehandlung angeführt werden. Als Elektro4

lyt wird ein s. g. selbstregelnder Elektrolyt verwendet (SRHS) und die Temperatur wird gemäss den Werbungen des Elektrolytherstellers geregelt. Bei einem Druck von 0,85 ata kann die Stromdichte bis 100 A/dm2 erhöht werden. Trotzdem erhält s man ein sehr dichte und ebene Überziehungsschicht.

Als ein Beispiel der Prozessbedingungen kann angeführt werden: Elektrolyt SRHS 110, Temperatur 60° C, Druckdifferenz 35 mmHg, Stromdichte 80 A/dm2 und Erzeugnis ein va gusseiserner Zylinder, 100x100 mm.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Chemisches oder elektrochemisches Verfahren für das Überziehen der Oberfläche eines Gegenstandes mit Metall in einem Elektrolytbad, dadurch gekennzeichnet, dass der eigentliche Überziehungsprozess in einem Raum stattfindet, der unter Unterdruck steht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass der Druck in dem genannten Raum höchstens 0,8 ata ist.

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PATENTANSRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytflüssigkeit durch den Prozessraum fliesst und die die Flüssigkeit fördernde Vorrichtung gleichzeitig die Elektrolytflüssigkeit kühlt oder erwärmt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass der Prozessraum die Form einer Glocke besitzt, die in die Elektrolytflüssigkeit in einem Elektrolytbehälter eingetaucht gehalten wird, und dass das Innere der Glocke mit einer Unterdruckquelle verbunden wird, so dass die Glocke bis zu einer bestimmten Höhe durch den darin gebildeten Unterdruck mit Elektrolytflüssigkeit gefüllt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Elektrolytbehälter gleichzeitig als Vorratsbehälter für Elektrolytflüssigkeit dient.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Höhenunterschied zwischen dem Flüssigkeitsspiegel im Elektrolytbehälter und dem höchsten Punkt der unter Unterdruck stehenden Flüssigkeit mindestens 1,5 m beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftkissen am oberen Ende des Prozessraumes gebildet wird und dass Kabeldurchführungen in dem Teil des Prozessraumes angeordnet sind, wo das Luftkissen sich befindet.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Elektrolytbehälter (1), mindestens eine Unterdruckkammer (2, 3) und eine Schleusenanordnung (8), durch die vom Elektrolytbehälter (1) zur Unterdruckkammer (2, 3) geflossene Flüssigkeit in den Elektrolytbehälter (1) zurückströmt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Unterdruckkammer (2,3) und der Schleusenanordnung (8) ein Wärmeaustauscher (7) eingebaut ist, durch welchen die Temperatur der umlaufenden Elektrolytflüssigkeit auf einem gewünschten Wert gehalten werden kann.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolytbehälter (1) mit einer Temperaturreguliervorrichtung (18 bis 25) versehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauscher (7) mit einem Kühlsystem (20,21) verbunden ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch wenigstens zwei verschieden grosse Unterdruckkammern (2, 3), in welchen wechselweise oder gleichzeitig verschieden grosse Gegenstände behandelt werden können.

13. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Spülflüssigkeitsbehälter (45), die am Elektrolytkreislauf (2, 5, 8,15) so anschliessbar sind, dass der Elektrolytbehälter (1) aus dem Kreislauf ausgeschaltet und an dessen Stelle ein oder mehrere Spülflüssigkeitsbehälter (45) eingeschaltet werden, so dass Spülflüssigkeit im genannten Kreislauf (2, 5, 8,15) strömt.