CN103649379A - 电解槽中的分布板 - Google Patents

Abstract

一种利用另一金属来连续地电镀多个细长金属元件（21、21′、21″）的装置（20），包括电解液的电解槽（22），其中，细长金属元件（21、21′、21″）在该电解槽中行进。电解槽（22）包括定位在细长金属元件（21、21′、21″）下面的收集空间（24），并且电解槽还包括位于收集空间（24）与细长金属元件（21、21′、21″）之间的分布板（26）。装置（20）还包括用于使电解槽（22）中的电解液从收集空间（24）通过分布板（26）循环的泵（25）。收集空间（24）使电解液流动产生第一流动损失。分布板（26）具有用于允许电解液流过的多个开口，并且这些开口使电解液流动产生第二流动损失。每个第二流动损失都比第一流动损失大至少五倍。

Description

电解槽中的分布板

技术领域

本发明涉及一种利用另一金属来连续地电镀多个细长金属元件的装置。 

背景技术

现有技术中公知并且使用以另一金属来连续地电镀多个细长金属元件的装置。 

例如，本申请人的EP-A1-0297178公开了一种用于电镀多个钢线的装置。钢线起到阴极的作用，并且可溶阳极提供了将要镀到钢线上的金属。 

作为另一实例，US-A-5478457公开了一种用于线形物件的连续电解电镀的装置。线沿之字形行进经过一系列的阳极和阴极。在阴极和线之间存在滑动接触。阳极可具有供线穿过的槽形凹口。在阳极的底部制造出孔，以允许电解液流动。 

GB-A-2067223和US-A1-2002/0011419公开了用于在单个平面基板上电镀薄膜的电沉积装置。 

本领域中的总趋势是将待电镀的细长金属元件的数量从二十个增大到三十六、四十、甚至更多。该大规模的批量生产能够减少每单位细长元件的投资和维护成本。 

然而，存在有与增加金属元件的数量有关的缺点。实际上，真正的挑战是在所有细长元件上获得同等且均匀的镀层。同等的镀层是指所有细长元件具有相同平均厚度的镀层或者相同重量的另一金属。均匀镀层是指在细长元件外周上的镀层中不存在厚度变化。 

该问题是复杂的，并且复杂性随细长元件数量的增加而增加。各种因素都将起到一定作用。 

一种因素是阳极类型：可溶解的或者惰性的阳极。形状和尺寸可 起到一定作用。如果是可溶解的，则阳极的数量也起到一定作用。 

一种因素是电解液的种类和电解液的浓度。 

一种因素是电解液在槽中的流动：均匀的、分层的、有或没有湍流，…。 

一种因素是电流密度。 

一种因素是用于循环电解液的泵的位置。实际上，泵在装置一侧的位置不是对称的，并且预期会负面地影响细长元件上最终的镀层重量。靠近泵行进的细长元件比最远离泵行进的细长元件经受更多的电解液流。 

因为细长元件起到阴极作用，所以细长元件上的电压水平（更好是没有差异）会影响细长元件上的最终镀层重量。 

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点。 

本发明的另一目的是减小多个细长金属元件上镀层重量的差异。 

本发明的又一目的是避免迁移用于循环电解液的泵。 

根据本发明，提供了一种利用另一金属来连续地电镀多个细长金属元件的装置。该装置包括多个待电镀的细长金属元件。细长金属元件起到阴极的作用。该装置还包括电解液的电解槽，细长金属元件被沉浸在其中，并且沿直线路径彼此相邻且平行地行进。所述电解槽包括定位在细长金属元件下面用于接收电解液的收集空间。电解槽还包括阳极和位于收集空间与细长金属元件之间的分布板。分布板具有允许电解液流过的多个开口。该装置具有泵，用于沿从收集空间通过分布板至细长金属元件的方向循环电解槽中的电解液。 

收集空间引起电解液流动的第一流动损失。分布板具有允许电解液流过的多个开口。分布板中的开口引起电解液流动的第二流动损失。流经分布板的每个第二流动损失比收集空间中的第一流动损失大至少五倍、优选大十倍、最优选大百倍。 

确定流动损失的程度和数量的一种方法是通过横截面来控制电解液的速度或者速率。实际上，根据达西定律，流动损失与液体平均速 度的平方值成正比。根据该定律，流动损失与介质的液力学直径成反比。在泵高度有一定值的情况下，对于较小横截面来说的液体速度比对于较大横截面来说的液体速度高。 

收集空间具有用于允许电解液流动的第一横截面，并且分布板具有允许电解液从收集空间流向细长元件的多个开口。 

分布板中的开口具有第二横截面，第二横截面比第一横截面至少小三倍，且优选至少小十倍，并且最优选是小更多倍。 

将参见附图特别是参见图2和图3来进一步解释本发明的工作方式。 

细长金属元件可以是钢线、钢丝帘线、钢线股、钢带或者钢丝绳。 

镀到细长金属元件上的另一金属可以是锌、锡、镍、铜或者它们的合金。也不排除贵金属，例如金、银、铂。 

细长金属元件起到阴极的作用，电荷通过带负电的驱动或导向辊或者轮被传输至细长金属元件。 

相互平行并且将同时被镀覆的细长金属元件的数量可以从二十至四十变化，乃至更多。 

分布板不同于阳极。 

分布板优选是平板，并且没有为每个单独的细长元件提供槽状结构。 

由于分布板的作用，不必重新安置泵，例如，在电解槽下面稍微居中。电解槽下面的居中位置将使得泵的修理和维护更麻烦。 

附图说明

图1是根据现有技术的装置的剖视图。 

图2是根据本发明的电镀装置的剖视图。 

图3是用另一种方式来说明分布板功能的电路图。 

具体实施方式

图1示出了根据现有技术的用于对钢线12进行电镀的装置10的工作方式。 

在电解槽14中，钢线12相对于彼此平行且成直线地行进。可溶 解的或不可溶解的阳极16安装在钢线12下方。钢线起到阴极的作用。离子离开阳极16，并且穿过电解液朝带负电的钢线12行进。 

收集空间17设置在阳极16下面。循环泵18使电解液从收集空间17经阳极16或通过阳极16朝钢线12和电解槽14的表面循环。一定量的电解液在上游和下游侧处从槽14中溢出并且被回收（未显示）。 

由于循环泵18位于装置的一侧，因此靠近泵18的钢线12′附近的电解液的流动完全不同于离泵18最远的钢线12″附近的电解液的流动。本发明人已经注意到，上述差异会负面地影响钢线12上镀层的均匀性和均等性。在发现此问题之后，面临的挑战是使每条钢线12、12′、12″周围的电解液流动尽可能均匀。 

图2示出了根据本发明的电镀装置20。 

在电解槽22中，钢线21相互平行地行进。可溶解的或不可溶解的阳极23安装在钢线21下方。钢线21起到阴极的作用。离子离开阳极23，并且穿过电解液朝带负电的钢线21行进。 

收集空间24设置在阳极23下面。循环泵25使电解液从收集空间24经阳极23上或通过阳极23朝钢线21和电解槽22的表面循环。一定量的电解液在上游和下游侧从槽22中溢出并且被回收（未显示）。 

与现有技术的装置10的主要区别是：在收集空间24与阳极23之间存在不同于阳极23的分布板26。该分布板26具有多个对电解液流过提供高阻力的小开口。电解液流过分布板开口的流动损失与电解液在收集空间24中的流动损失相比很高，使得可以忽略电解液在收集空间24中的损失。 

图3中还解释了该工作方式的主要原理。图3示出了电路图30，具有多个串联的电阻器32。电阻器32代表电解液在收集空间24中的流动损失。电阻器32全都具有低电阻Rc。在整个一系列电阻器32上，具有带电阻器34的支路。电阻器34代表电解液在分布板26的各个开口中的流动损失，并且具有高电阻Rh，其比Rc高很多，例如百倍以上，千倍以上。 

从电路图30的左侧至左上点36′的总电阻与从电路图30的左侧至 右上点36″的总电阻是差不多相同的。原因是：电阻Rc的值与电阻Rh的值相比将被忽略。 

返回到图2，电解液到达最靠近泵25的钢线21′与到达装置中间的钢线21“的路线相同”，并且与到达离泵25最远的钢线21″“的路线相同”。原因是：电解液流经收集空间24的流动损失与流过分布板26的开口的流动损失相比将被忽略。 

如已经提到的，通过具有较大的横截面来实现收集空间24中的低损失。具有光滑的内表面也有助于减少损失。从泵至收集空间24的平滑过渡可以防止湍流以及减少流动损失量。 

与现有技术相比，电解液从泵流至细长元件的总损失由于存在分布板而更高。因此，需要更高的泵高度。 

分布板26可以由在化学性质上耐受电解液中所用化学物质的任何材料制造。 

分布板可具有从1mm到30mm，例如，从2mm到20mm变化的厚度。 

可以使用任何类型的开口（正方形、矩形、圆形、六边形…）。如果是圆形的，则分布板中的开口可具有在3mm到20mm之间变化的直径。 

本发明适用于可溶解的及不溶解的阳极以及各种类型的金属和电解液。与分布板26相比，阳极是由导电的材料制成的，例如不锈钢。 

实例 

把分布板应用于四十根钢线的镀铜装置。电解液可以是柠檬酸铜、胺铜、酒石酸铜、硫酸铜、焦磷酸铜、氟硼酸铜或者氰化铜。 

阳极是由放置在支承板上的可溶解铜阳极形成的。 

阴极电流密度在1到20A/dm²之间变化。钢线的速度可在10m/min到150m/min之间变化。 

试验结果 

各钢线之间镀层重量的变化定义为 

（最大镀层重量-最小镀层重量）

平均镀层重量 

该变化一般减少1%。 

附图标记列表 

10 根据现有技术的电镀装置 

12,12′,12″ 钢线 

14 电解槽 

16 阳极 

17 收集空间 

18 循环泵 

20 根据本发明的电镀装置 

21,21′,21″ 钢线 

22 电解槽 

23 阳极 

24 收集空间 

25 循环泵 

26 分布板 

30 电路图 

32 收集空间的电阻Rc 

34 分布板的孔的电阻Rh 

36′ 左上点 

36″ 右上点 

Claims (8)

1.一种利用另一金属来连续地电镀多个细长金属元件的装置，

所述装置包括：

多个待电镀的细长金属元件，所述多个细长金属元件起到阴极的作用；

电解液的电解槽，所述细长金属元件沉浸在该电解槽中并且沿直线路径行进；所述电解槽包括定位在所述细长金属元件下面的收集空间；所述电解槽包括阳极；所述电解槽还包括位于所述收集空间与所述细长金属元件之间的分布板；所述分布板包括用于允许电解液流过的多个开口；

泵，其用于使所述电解槽中的所述电解液从所述收集空间通过所述分布板循环。

2.根据权利要求1所述的装置，

所述收集空间使所述电解液的流动产生第一流动损失；

所述分布板中的所述开口使所述电解液的流动产生第二流动损失，

每个所述第二流动损失都比所述第一流动损失大至少五倍。

3.根据权利要求2所述的装置，

其中，所述收集空间具有用于允许所述电解液流动的第一平均横截面，

其中，所述分布板的所述开口具有第二横截面，所述第二横截面比所述第一横截面小至少三倍。

4.根据权利要求1、权利要求2或权利要求3所述的装置，

其中，所述细长金属元件是钢线或者钢丝帘线，并且其中，所述另一金属选自于由以下组成的组：锌、锡、镍、铜或者它们的合金。

5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，

其中，所述分布板不同于所述阳极。

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，

其中，所述分布板是扁平板。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，

其中，具有超过四十根相互平行的细长金属元件。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，

其中，所述泵位于所述多个细长元件的一侧。

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