CN1283850C - 从金属有机的含烷基铝的电解液中电沉积铝或铝合金的装置 - Google Patents

从金属有机的含烷基铝的电解液中电沉积铝或铝合金的装置 Download PDF

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Abstract

一种从金属有机的含烷基铝络合物的电解液中将铝或铝合金电沉积到待镀层的材料上的装置，该装置包括一个具有支承块和输送支柱的支架框、至少一个电镀滚筒、至少一个用于电镀滚筒的驱动单元和一个或多个用于电镀滚筒的支架臂，其特征在于，所述驱动单元(3)设置在一个封闭的、气密的外壳里面，所述电镀滚筒(13)具有一个打孔的内管(15)，该内管沿着电镀滚筒纵轴设置并侧面敞开，其中侧面开孔直接设置在电解液容器中电解液供给的对面，所述电镀滚筒(13)由一种材料制成，该材料不仅在含水的而且在金属有机的电解液中耐受直到110℃的温度。

Description

从金属有机的含烷基铝的电解液中电沉积铝或铝合金的装置
技术领域
本发明涉及一种用于从金属有机的含烷基铝的电解液中电沉积铝或铝合金的装置，该装置包括一个具有支承块和输送支柱的支架框、至少一个电镀滚筒、至少一个用于电镀滚筒的驱动单元和一个或多个用于电镀滚筒的支架臂。
背景技术
小部件和松散部件在含水熔液中的电镀例如镀镍或镀锌，通常通过旋转的打孔的由聚乙烯或聚丙烯制成的滚筒实现。这个滚筒通过电机驱动，该电机设置在一个支撑机架的一个塑料外壳里面。传递到待镀层的物体的电流大多通过柔性的铜绞线实现，铜绞线设置在滚筒侧面并且为了防止所不期望的金属生长通过一种软的PVC软管包围。
由于非常低的铝电位水平，从含水熔液中的不可能实现铝或铝合金的电沉积。因此必需由不含水的有机系统实现电沉积。为此特别使用含烷基铝的电解液。在此使用常见的有机溶剂。因此细晶体光滑的铝和铝合金层的沉积主要由无水烷基铝有机电解液系统实现，其中烷基铝络合物在芳香族碳氢化合物如甲苯中溶解。
但是，在有机电解液系统中不能使用在含水电镀中所使用的电镀滚筒。这一点与所使用的有机溶剂有关并且在90至100℃的工作温度下进行电镀。对于这个温度和在相应的有机溶剂中通常用于含水系统的滚筒是不能承受的。它们被损坏或溶解并且因此可能使电解液不清洁。此外存在滚筒强烈变形的危险，因此不再能够保证机械强度。
但是由现有技术也已知用于松散物体的电镀装置，它们用于有机介质、尤其是用于铝镀层。但是这一点在目前的实践中不能实现。
在EP 0 042 503 A1中所描述的现有技术也属于此。在该文献中描述了一个用于从有机电解液中电沉积铝的装置。这个发明有针对性地用于，实现一个装置，其中为了装载和卸载不再需要从电镀池中取出电镀滚筒。这个现有技术表述，为了充满电镀滚筒对于待镀层的部件使用一个通过一个阀门导引到电镀池内部的输送装置，该输送装置通过电镀滚筒的一个可封闭的开孔终结。滚筒的敞开与封闭可以从外部实现，并且为了排空滚筒规定一个可以通过惰性气体或惰性液体加载的排出容器，该容器设置在电镀池底部并且通过它与一个可截止的管状连接体连接。
对于这种现有技术涉及到一个非常费事的电镀滚筒结构，该结构目前在实践中不能被使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，实现一种用于从有机电解液系统中电沉积铝的装置，在该装置中这样改进电镀滚筒，使得它能够耐受所使用的介质和变化的温度，在可燃烧介质中具有一个可靠的驱动并且尽管如此也能够实现高质量的铝或其合金镀层。
这个技术问题通过一个装置得以解决，其中所述驱动单元3设置在一个封闭的、气密的外壳里面，所述电镀滚筒13具有一个打孔的内管15，该内管沿着电镀滚筒纵轴设置并侧面敞开，其中侧面开孔直接设置在电解液容器中电解液供给的对面，所述电镀滚筒13由一种材料制成，它不仅在含水的而且在金属有机的电解液中耐受直到110℃的温度。
通过将驱动单元封闭在一个气密外壳中，明显更可靠地在可燃烧液体中构成滚筒的驱动。封闭壳体最好由不锈钢制成，滚筒的驱动轴通过一个带有最好由聚四氟乙烯制成的密封件的气密的轴套穿过外壳壁。
为了保护驱动电机并作为附加地防止可燃烧有机溶剂的进入，所述外壳封闭体通过惰性气体如氮气或氩气灌注并具有最好0.1至0.3bar的正压。此外，外壳配有一个注入阀和一个具有止回阀的超压排放阀。
在每个加载/卸载过程中，在该位置上通过填充阀门将惰性气体以一个压力馈入驱动单元的外壳，该压力位于高于排出阀调整值约0.1至0.2bar。在此在驱动单元外壳里面的惰性气体氛围在各镀层过程后冲洗并且使外壳里面的正压在各循环后重新调整。冲洗时间和惰性气体冲洗量通过设备控制确定。
由现有技术已知的电镀滚筒的另一问题是滚筒材料的成份。常见的滚筒材料如聚乙烯和聚丙烯在用于镀铝层的有机熔液中的寿命是不稳定的。
这个问题通过采用适当的塑料得以解决，这种塑料在有机溶剂中不溶解并且可以通过玻璃纤维强化。在优选的方式中，所述电镀滚筒由至少是玻璃纤维强化的聚苯硫醚(Polyphenylensulfid)制成，聚苯硫醚具有至少40％的玻璃纤维组分。这一点保证所述电镀滚筒的化学成份在电解液中的使用温度高达110℃时也是耐磨损的。
在优选的实施例中驱动齿轮也由这种材料制成。附加的优点是，这种材料也可以耐稀酸和电镀液，因此待电镀的部件可以在含水系统、如酸和/或碱液，无需灌注在这同一个滚筒中地进行预处理和后处理。
配有打孔内管的电镀滚筒配置使得电解液循环得到改善。对于有机电解液的电镀金属沉积，电解液循环具有特别重要的作用，因为受到金属有机络合物在电解液不充分循环时有限溶解度的限制，可能非常迅速地在产品的液体分界层中产生金属离子贫乏。这一点导致在金属离子镀层时的质量损失，尤其是导致待镀层材料的燃烧，导致粗糙和不平整的层面并且甚至可能导致电解液分解。这个问题尤其在铝合金沉积时产生，但是对于纯铝沉积也可以观察到。为了防止这个问题，按照本发明的装置在滚筒中配有一个打孔的内管，该内管沿着电镀滚筒的纵轴设置并具有朝向电解液容器的容器壁的侧面开孔。在将按照本发明的装置沉入电解液池时这个内管的侧面开孔直接位于容器壁上电解液输入管道的对面。由此实现，在高速镀层期间直接将新鲜的电解液通过内管泵到镀层材料，因此可靠地建立良好地交换并不可能产生上述的缺陷。此外在一个优选的实施例中可以在这个内管中设置一个附加的辅助阳极，由此还可以提高局部地金属离子浓度并提高镀层速度。
在现有技术中，一般滚筒的支架臂大多是橡胶的并由此不能耐受有机电解液浴。这一点对于常见的用于电解液电流的导电带PVC包层也是这样，因此在使用这种装置时，应考虑金属在母线汇流排上的生长。按照本发明这个问题由此得以解决，所述支架臂由钢制空心体制成，并具有聚苯硫醚芯体。在由绝缘材料制成的芯体中设置用于电解电流的母线汇流排。只有在滚筒内部在支架臂的轴承里，在产品中母线汇流排与接触芯之间的连接才产生。通过这种形式的结构，省去了对母线汇流排所不期望的金属生长进行附加防止的必要性。支架臂本身不位于电位上并且附加地在外面通过一镀覆塑料层予以保护，以优选的方式，该塑料层由PVDF(聚偏氟乙烯)或以乙烯和氯三氟乙烯为基的热塑性四氟化碳制成。
附图说明
下面的附图1要详细描述本发明。符号1表示具有支承块的支架框，它包括本装置的各个部件、电镀滚筒、驱动单元和支架臂。在支架框上设置输送支柱4，它们用于将本装置在各电解槽或冲洗槽中沉降或升起。
在支架框里设置封闭的驱动电机3，该电机电绝缘地悬挂并具有气密的轴套5。在轴的端部上设置一个驱动齿轮6，它以优选的方式由聚苯硫醚制成。通过这个驱动齿轮驱动电镀滚筒13，该电镀滚筒优选由玻璃纤维强化聚苯硫醚制成。该电镀滚筒13通过支架臂11与支架框1连接。该支架臂11以优选的方式由不锈钢制成，是空心的并且外面覆有含氟聚合物。绝缘材料位于支架臂11的空腔里面，在绝缘材料里面设置用于电解电流的母线汇流排9、10。符号12表示电镀滚筒的轴承座。该电镀滚筒具有打孔的侧壁14以及打孔的内管15，内管是侧面敞开的。一个内部辅助阳极17最好可以穿过这个内管进入滚筒，以便在覆层材料上达到更高的电解浓度。符号18表示设置在滚筒里面的取样触点，它们最好由铜制成。
此外，柔性的电流传递触点16位于电镀滚筒的内部。
符号9表示用于镀层材料的电导线。这个电导线在滚筒固定体内部是绝缘的。符号7表示驱动单元外壳惰性气体排气，它具有止回阀。
通过按照本发明的装置能够实现高质量的铝或铝合金镀层。也能够实现镁或镁合金镀层，其中使用含镁烷基的电解液。在此按照本发明的装置是长时间耐用的并且也可以用于含水的系统，例如用于冲洗过程。
                        附图标记清单
1    支承块
2    母线汇流排
3    封闭的驱动电机，电绝缘地悬挂
4    输送支柱
5    气密的轴套
6    驱动齿轮
7    具有止回阀的电机外壳惰性气体排气
8    惰性气体冲洗阀
9    用于镀层材料的电导线，在滚筒固定体内部绝缘
10   在固定体内部的绝缘材料
11   由不锈钢制成的滚筒固定体，外面覆有PVDF/Halar
12   滚筒的轴承座
13   由玻璃纤维强化PPS制成的滚筒
14   打孔的侧壁
15   打孔的内管
16   柔性的电流传递触点
17   内部的辅助阳极
18   取样触点

Claims (9)

1.一种从金属有机的含烷基铝络合物的电解液中将铝和/或铝合金电沉积到待镀层的材料上的装置，该装置包括一个具有支承块和输送支柱的支架框、至少一个电镀滚筒、至少一个用于电镀滚筒的驱动单元和一个或多个用于电镀滚筒的支架臂，其特征在于，所述驱动单元(3)设置在一个封闭的、气密的外壳里面，所述电镀滚筒(13)具有一个打孔的内管(15)，该内管沿着电镀滚筒纵轴设置并侧面敞开，使得在将本装置用于电解液容器中时，侧面开孔直接设置在电解液容器中电解液供给的对面，所述电镀滚筒(13)由用玻璃纤维强化的并且在有机溶剂中不溶解的塑料制成。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电镀滚筒(13)由含有至少40重量％的玻璃纤维强化的聚苯硫醚制成。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述驱动单元(3)配有一个用于惰性气体的自动冲洗和压力保持装置。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述内管(15)里面设置一个辅助阳极(17)。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动单元(3)具有一个驱动轴，它通过一个由聚四氟乙烯制成的气密轴套(5)穿过驱动单元(3)的外壳壁。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支架臂(11)是钢材制成的空心体并配有一个由聚苯硫醚制成的体芯(10)。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述支架臂在外侧面上覆有一塑料层。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述塑料层由聚偏氟乙烯制成。
9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，在由聚苯硫醚制成的体芯中设置用于电解电流的母线汇流排。
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