CN1422985A - 电解设备 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种电解设备,该设备即使在以高电流密度进行电解的同时以高输送速度输送该铝带的情况下,也能够防止在用于平版印刷板的铝基体上形成表面缺陷例如白带。该电解设备用于对沿着一个方向输送的金属带进行电解。该设备包括多个顺序布置的电解槽,其中在酸性电解液中通过施加交变电流来对金属带进行电解。在相对于金属带的输送方向设在最下游位置的电解槽中,以比在相对于输送方向设置在上游位置的电解槽中更低的电流密度进行电解。
Description
技术领域
本发明涉及一种电解设备，尤其涉及一种用于在以高输送速度输送金属带的同时在高密度电流下电解金属带且不会在其表面上形成任何缺陷的电解设备。
背景技术
平版印刷板通常是由包括以下步骤的工艺来生产的：
a)使铝带的一面或两面粗糙化，从而形成在一面或两面上具有粗糙表面的铝基体；
b)对该铝基体进行阳极化处理；然后
c)将含有光敏、热敏或可光化聚合的树脂的溶液涂覆在铝基体的粗糙表面上，以形成成像层。
铝带通常是通过包括以下步骤的工艺来进行粗糙化处理的：
a)机械粗糙化；使用具有聚酰胺刚毛的圆筒形旋转刷或者使用具有研磨面的研磨辊来机械地刮擦该铝带的一面或两面；
b)化学粗糙化：在碱溶液中浸蚀该带材的刮擦表面；然后
c)电解粗糙化：通过使用该带材作为电极来电解该带材的浸蚀表面。
通过在酸性电解液中将交变电流例如正弦波电流、梯形波电流或矩形波电流施加在铝带上来进行电解粗糙化处理。因此，在电解槽的入口处将正负电压交替地施加在带材上。
在施加正电压的同时，在带材表面上发生阴极反应。另一方面，当施加负电压时，发生阳极反应。当发生阴极反应时，形成氧化物层。相反，当发生阳极反应时，氧化物层溶解进酸性电解液中，从而在带材表面上形成蜂窝状凹坑。
但是，当在更高电流密度下电解铝带的同时以更高的输送速度输送时，在所获得的基体表面上有时会形成许多不同的表面缺，陷例如密度不同的白带、颤痕(沿着基体宽度方向延伸的条带状缺陷)以及沿着宽度方向延伸的条纹(有时会形成在所获得的铝基体表面上)。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于提供一种电解设备，该设备即使在以高电流密度进行电解的同时以高输送速度输送铝带的情况下，也能够防止表面缺陷例如白带形成在所获得的铝基体上。
用于实现上述目的的本发明第一方面涉及用于电解沿着一个方向输送的金属带材的电解设备，该设备包括多个顺序布置(或串联布置)的电解槽，其中，通过施加交变电流来在酸性电解液中电解金属带；在相对于输送方向位于最下游位置的电解槽中以比相对于输送方向位于所述最下游电解槽的上游位置的电解槽中更低的电流密度进行电解。
本发明人已经发现，当使用具有多个电解槽的电解设备进行电解时，当在最下游的电解槽上施加电流密度更高的交变电流时更容易形成表面缺陷。
在第一方面的电解设备中，金属带在设置于上游位置的电解槽中以高的电流密度被电解，同时金属带在位于下游位置的电解槽中以较低的电流密度被电解。因此，可以将更高电流密度的交变电流施加在整个电解设备上，同时以更高的输送速度输送金属带，并且有效地对金属带进行电解而不会形成任何表面缺陷。
这里，“电流密度”表示施加在电解槽上的交变电流的平均电流密度。
该第一方面的电解设备包括用于电解粗糙化处理铝带的设备，但是并不限于此。
在本发明的设备中进行的电解包括铝带的电解粗糙化，但并不限于此。
上述铝带是用在本发明中的金属带的一个示例。该金属带并不限于铝，金属带的示例可以包括由其它金属形成的带材。
用于实现上述目的的第二方面涉及如第一方面所述的设备，其中金属带为铝带。
当在高电流密度下电解铝带的同时以高输送速度输送时，在铝带的表面上容易出现密度不同的白带、颤痕以及其它种类的表面缺陷。但是，如由第二方面所提供的一样，通过采用本发明的用于对铝带进行电解粗糙化处理的电解设备，可以很容易避免这个问题。因此，通过使用本发明的的设备，可以以更高的生产率生产出用于平版印刷板的铝基体，且不会形成任何表面缺陷。
用于实现上述目的的第三方面涉及如第二方面所述的电解设备，其中酸性电解液的主要酸性组分包含选自硫酸、硝酸、盐酸、磷酸和磺酸中的至少一种酸。
该第三方面提供了用于本发明的设备中的酸性电解液的具体实施例。酸性电解液的实施例不仅包括包含有选自硫酸、硝酸、盐酸、磷酸和磺酸中的有机或无机强酸中的一种的溶液，而且还包括包含上述强酸中的两种或多种的溶液。除了上述有机或无机强酸之外，该酸性电解液还可以包含构成金属带材的金属的离子，例如铝离子。
用于实现上述目的的第四方面涉及如第二方面所述的设备，其中交变电流是正弦波电流、梯形波电流或矩形波电流。
梯形波电流或矩形波电流可以包含一些波动。另外，可以使直流电流重叠在上述交变电流上。
用于实现上述目的的第五方面涉及如第二方面所述的电解设备，其中电解槽是垂直电解槽、水平电解槽或径向电解槽。
用于实现上述目的的第六方面涉及如第五方面所述的设备，它具有至少两个电解槽，并且在上游电解槽处的电流密度与在下游电解槽处的电流密度的比率为1.2∶1至2∶1。
通过将在上游电解槽和下游电解槽处的电流密度设定成使这两个电流密度处于上述比率中，从而在以高电流密度对铝带进行处理的同时以高输送速度进行输送的情况下可以进一步有效地防止表面缺陷的形成。
用于实现上述目的的第七方面涉及如第五方面所述的电解设备，其中在下游电解槽处的电流密度为15-30A/dm2。
如果将在下游电解槽处的电流密度设定在上述范围内的话，则可以有效地防止表面缺陷的形成。
用于实现上述目的的第八方面涉及如第五方面所述的电解设备，其中该设备具有三个或多个电解槽。
通过使用当前方面的设备，可以以更高的电流密度并且以更高的输送速度生产出没有任何表面缺陷的铝基体。
在位于从最下游位置到第二最下游位置的电解槽中，可以将电流密度设定为等于MCA，而可以将处于最下游的电解槽中的密度设定为比MCA更低的MCB。
另一方面，当将电流密度为MC1的交变电流施加在一个电解槽上并且将电流密度为MC2的交变电流施加在与之相邻并且位于其下游的电解槽上时，可以将电流密度MC2设定为比电流密度MC1低。
用于实现上述目的的第九方面涉及如第八方面所述的电解设备，其中：在一电解槽中的电流密度为MC1；在与所述电解槽相邻并且位于其下游的电解槽中的电流密度为MC2；并且电流密度MC2低于电流密度MC1。
通过如上所述设定在第八方面的设备中的电流密度，从而可以在更高的输送速度下输送铝带，并且可以以更高的电流密度生产出无表面缺陷的铝基体。
用于实现上述目的的第十方面涉及如第五方面所述的电解设备，其中这些电解槽中的至少一个具有在引入铝带的入口部分处的软起动部分，并且该软起动部分如此设置，以使电流密度随着铝带更进一步输送进入电解槽而增加。
在上述电解槽中，电流密度在入口部分处最低，并且铝带输送进入电解槽越深，则电流密度变得越大。因此，高电流密度在电解槽的入口处不是突然施加在铝带上的，从而可以有效地防止产生由于高电流突然施加在铝带上而引起的表面缺陷。
用于实现上述目的的第十一方面涉及第十方面的电解设备，其中在位于入口部分处的所述软起动部分处的电流密度为10A/dm2或更小。
用于实现上述目的的第十二方面涉及如第十方面所述的电解设备，其中在位于入口部分处的软起动部分处的电流密度在1-5A/dm2的范围内。
通过在位于入口部分处的软起动部分处将电流密度设定在上述范围内，从而可以有效地防止所述表面缺陷的产生。
用于实现上述目的的第十三方面涉及如第十方面所述的电解设备，其中所述软起动部分形成具有根据以下等式计算出的长度L：
MC×LS/L＝50-300
其中LS为铝带输送穿过电解槽的输送速度，而MC为电解槽中的电流密度。
通过根据上述等式确定出软起动部分的长度，从而根据铝带的输送速度和电解槽的电流密度来优化该软起动部分的长度。因此，对于软起动部分而言最有效的是具有长度L。
用于实现上述目的的第十四方面涉及如第十方面所述的电解设备，其中软起动部分是形成在电解槽的电极的入口部分处的一渐近部分(asymptotic portion)，并且在该部分处电极在所输送的铝带上施加交变电流；所述渐近部分如此形成，以沿着输送方向靠近在其上输送铝带的输送表面。
电极和输送表面之间的距离越大，则施加于在输送表面上输送的铝带上的电流变得越低。因此，通过在电解槽的入口部分处设置渐近部分，从而可以使电流密度从一低值连续地增加到预定数值。
输送表面是在其上输送铝带的假想面。
用于实现上述目的的第十五方面涉及第十方面的电解设备，其中所述电极是分段式电极，它包括一组彼此绝缘的小电极；并且所述软起动部分是通过将减流器连接在位于电解槽的入口部分处的小电极上来形成的。
在根据当前方面的上述设备中，减流器插入在电源和位于入口处的小电极之间，并且可以减小施加在小电极上的交变电流的强度。因此，减流器可以降低施加在小电极上的电流密度。
当具有更高电阻或阻抗的减流器与小电极连接时，在小电极处的电流密度更低。另一方面，当将电阻或阻抗更低的减流器连接在小电极上时，在小电极处的电流密度更高。
因此，软起动部分也可以通过将电阻或阻抗更高的一个或多个减流器连接在位于在电解槽中的电极的入口部分处的小电极上并且将电阻或阻抗更低的一个或多个减流器连接在位于电极内侧部分处的小电极上来形成。
因此，通过将减流器连接在小电极上，从而可以形成软起动部分。因此可以通过连接具有不同电阻或阻抗的减流器来调节施加在电极上的电流强度。
用于实现上述目的的第十六方面涉及如第十五方面所述的电解设备，其中所述减流器选自一组电阻器和电感线圈。
附图说明
图1为根据本发明第一实施例的电解设备的纵向剖视图；
图2为根据本发明第二实施例的电解设备的纵向剖视图。
具体实施方式
1.第一实施例
现在将对根据本发明第一实施例的用于进行电解粗糙化处理的设备100进行说明，该设备具有两个电解槽。
图1显示出用于进行电解粗糙化处理的设备100的结构。
如图1中所示，用于电解粗糙化处理的设备100具有相对于铝带W的输送方向位于上游位置处的电解槽2A以及相对于所述输送方向位于下游位置处的电解槽2B。
电解槽2A和2B中的每一个具有装有酸性电解液的主电解槽4，以及水平设置在该主电解槽4中并且围绕着其轴线顺时针转动以输送铝带W的输送辊6。
每一个主电解槽4具有基本上为圆筒形的内壁，并且在该内壁上设有形状为半圆筒形的电极8A和8B，从而电极8A和8B包围着输送辊6。
电极8A和8B是分段电极，每个电极分别包括一组小电极82A和82B，并且每个电极还分别包括有绝缘体84A和84B。绝缘体84A插入在相邻小电极82A之间，并且绝缘体84B插入在相邻小电极82B之间。
小电极82A和82B可以由石墨、金属等形成，而绝缘体84A和84B可以由聚氯乙烯树脂等制成。
绝缘体84A和84B的厚度优选为1-10mm。
在电极84A和84B中，每个小电极82A和82B与电源AC连接。小电极82A和绝缘体84A以及小电极82B和绝缘体84B分别由一个电极夹86保持，该电极夹由绝缘材料形成，以分别形成电极8A和8B。
电源AC向电极8A和8B施加交变电流。
电源AC的示例包括正弦波发生装置，该装置通过使用电感调整器和变压器来转变工业用电频率的交变电流的电流和电压，以产生正弦波；以及硅控整流器，它从由工业用电频率的交变电流整流出的直流电流中产生出梯形或矩形电流。
在每个电解槽2A和2B的顶部具有开口20，通过该开口将铝带W引入和导出电解槽2A和2B。在每个开口20处，酸性电解液供应管道10(用来将酸性电解液提供给主电解槽4)相对于输送方向a设在下游电极8A附近。可以采用硝酸溶液、盐酸溶液等作为酸性电解液。
在每个电解槽20A和20B上并且在每个开口20附近设有：上游导辊12，它们是一组用来将铝带W导入电解槽20A或电解槽20B的辊子；以及下游导辊14，用来从电解槽20A或电解槽20B中将铝带W导出。
在电解槽2A和电解槽2B中的每一个中，在主电解槽4的上侧处设有辅助电解槽16。这些辅助电解槽16做得比主电解槽4更浅，并且每一个都具有扁平状底部16A。形状为板状的辅助电极18设在每个底部16A处。
辅助电极18优选可以由耐腐蚀金属例如铂、铁氧体等形成。
辅助电极18分别与电极8B平行地连接在电源AC上。二极管22插入在电源AC和辅助电极18之间，从而电流沿着从电源AC到辅助电极18的方向流动。
软起动部分88A和88B分别形成在电极8A和8B的上游端处。
软起动部分88A和88B分别具有渐近部分88A2和88B2，并且分别具有插入部分88A4和88B4。渐近部分88A2和88B2如此成形，即它们沿着输送方向逐渐接近输送辊6的表面。插入部分88A4和88B4分别位于渐近部分88A2和88B2的下游位置处，并且在电源AC以及电感插入部分88A4和88B4之间插入有电感线圈24。
施加在电解槽2A的电极8A和8B上的交变电流的电流密度高于施加在电解槽2B的电极8A和8B上的交变电流的电流密度。优选的是，前者是后者的1.2-2倍。
施加在电解槽2B的电极8A和8B上的交变电流的电流密度优选为15-30A/dm2。
现在将对电解粗糙化处理设备100的操作进行说明。
首先将从图1中的右边导入电解槽2A中的铝带W引入辅助电解槽16。在该辅助电解槽16中，在铝带W的表面上发生阳极反应。然后，通过上游导辊12将该铝带W导入主电解槽4中。
在该主电解槽4中，输送辊6沿着输送方向a输送该铝带W。首先，铝带W通过软起动部分88B。在该软起动部分88B的上游端处，将其电流密度比电流密度MCA小得多的交变电流施加在铝带W上。在铝带W在主电解槽4中向下游输送的同时，电流密度增加。在软起动部分88B的下游端处，电流密度等于MCA。
在通过软起动部分88B之后，铝带W沿着电极8B输送，并且在面对着电极8B的铝带表面上发生阳极或阴极反应。
在沿着电极8B输送之后，铝带W通过软起动部分88A。在该软起动部分88A以及软起动部分88B处，将其电流密度比电流密度MCA小得多的交变电流施加在铝带W上。在铝带W向下游输送的同时，电流密度增加，并且在软起动部分88A的下游端处，电流密度也等于MCA。
在通过软起动部分88A之后，铝带W沿着电极8A输送，并且在面对着电极8A的铝带W表面上发生阳极或阴极反应，这导致在铝带W的整个表面上形成蜂窝状凹坑。
在经过电解粗糙化处理之后，铝带W由下游导辊14引导以便导出电解槽2A的主电解槽4。
在导出电解槽2A之后，铝带W被导入电解槽2B。
在电解槽2B处，将该铝带W引入辅助电解槽16，以便进行阳极化处理。
然后，通过上游导辊12将铝带W引入主电解槽4中。在电解槽2B的主电解槽4中，在软起动部分88A和88B的上游端处，将其电流密度比在电解槽2B中的电流密度MCB小得多的交变电流施加在铝带W上。在软起动部分88A和88B的下游端处，电流密度也等于MCB。在沿着软起动部分88A和88B下游的部分电极8A和8B输送的同时，在MCB的电流密度下对铝带W进行电解粗糙化处理。
在电解槽2B处的电流密度MCB低于在电解槽2A处的电流密度MCA。优选的是，电流密度MCB在MCA/1.2至MCA/2的范围内。
在通过电解槽2B的主电解槽4之后，通过下游导辊14将铝带W导出。
在第一实施例的电解粗糙化处理设备100中，以在位于上游位置的电解槽2A处的电流密度的1/1.2-1/2倍的电流密度在最下游的电解槽2B中对铝带W进行粗糙化处理。因此，在“背景技术”部分中提及的表面缺陷特别不容易形成。
另外，在每个电解槽2A和2B中的主电解槽4中设有软起动部分88A和88B，因此在主电解槽4的入口处将具有比施加于主电解槽4上的交变电流密度MCA或MCB更低的电流密度的交变电流施加在铝带W上。因此，当铝带以更高的输送速度输送并且以更高的电流密度进行粗糙时，不会产生任何表面缺陷例如条纹，并且在整个铝带W的粗糙面上均匀地形成有蜂窝状凹坑。
2.第二实施例
图2显示出根据本发明第二实施例具有三个电解槽的电解粗糙化处理设备102。
如图2中所示，除了在电解槽2B的下游位置中设有其结构与电解槽2B相同的电解槽2C外，电解粗糙化处理设备102具有与在第一实施例中的电解粗糙设备100相同的结构。
在电解槽2B中的电流密度MCB可以设定得低于在电解槽2A中的电流密度MCA。可以将在最下游的电解槽2C中的电流密度MCC设定成低于电流密度MCB。MCA/MCB和MCB/MCC的比率优选为1.2/1-2/1。
另一方面，可以将电流密度MCA设定成等于电流密度MCB，并且可以将电流密度MCC设定成低于电流密度MCB。MCB/MCC的比率优选为1.2-2/1。
例1-3和对照例1和2
通过使用在图1中所示的电解粗糙化处理设备100，对宽度为1000m、厚度为0.24mm的铝带W进行电解粗糙化处理。电解槽2A和2B中的电流密度如表1中所示一样设定。
通过肉眼观察在粗糙化铝带W的表面上密度不同的白带、颤痕和条纹的存在，以对在电解粗糙化处理设备100中经过电解粗糙化处理的铝带W的表面质量进行评估。结果分成以下四种：“优良”、“良好”、“中等”和“差”。在表1中显示出这些结果。
表1
| 电流密度(A/dm2) | 表面缺陷 | |||||
| MCA | MCB | MCA/MCB | 白带 | 颤痕 | 条纹 | |
| 例1 | 40 | 20 | 2.0 | 优良 | 优良 | 优良 |
| 例2 | 33 | 27 | 1.2 | 优良 | 优良 | 优良 |
| 例3 | 41 | 19 | 2.15 | 优良 | 良好 | 良好 |
| 对照例1 | 30 | 30 | 1.0 | 差 | 中等 | 中等 |
| 对照例2 | 20 | 40 | 0.5 | 良好 | 差 | 差 |
如表1所示，在例1-3中，其中电流密度MCB低于电流密度MCA，几乎没有看到任何白带、颤痕和条纹，并且所获得的铝基体具有良好的表面质量。具体地说，在本发明的例子中，其中MCA是MCB的1.2-2倍，并且电流密度MCB在15-30A/dm2的范围内，没有看到任何白带、颤痕和条纹，并且所获得的铝基体具有优良的表面质量。
相反，在对照例即对照例1和对照例2中，其中MCB等于或大于MCA，在所获得的铝基体的表面上可以清楚地或清晰地看到白带、颤动擦痕和条纹，并且该铝基体具有较差的表面质量。
Claims (16)
1.一种用于对沿着一个方向输送的金属带材进行电解的电解设备，该设备包括多个顺序布置的电解槽，其特征在于：
在酸性电解液中通过施加交变电流对所述金属带材进行电解；
在相对于输送方向位于最下游位置处的电解槽中，以比在相对于输送方向位于所述最下游电解槽上游的电解槽中更低的电流密度进行电解。
2.如权利要求1所述的电解设备，其特征在于，所述金属带材是铝带。
3.如权利要求2所述的电解设备，其特征在于，所述酸性电解液的主要酸性组分包含选自硫酸、硝酸、盐酸、磷酸和磺酸中的至少一种酸。
4.如权利要求2所述的电解设备，其特征在于，所述交变电流是正弦波电流、梯形波电流或矩形波电流。
5.如权利要求2所述的电解设备，其特征在于，所述电解槽是垂直电解槽、水平电解槽或径向电解槽。
6.如权利要求5所述的电解设备，其特征在于，它具有至少两个电解槽，其中在上游电解槽处的电流密度与在下游电解槽处的电流密度的比率为1.2∶1-2∶1。
7.如权利要求5所述的电解设备，其特征在于，在所述下游电解槽处的电流密度为15-30A/dm2。
8.如权利要求5所述的电解设备，其特征在于，所述设备具有三个或多个电解槽。
9.如权利要求8所述的电解设备，其特征在于，在一电解槽中的密度为MC1；在所述电解槽附近并且位于其下游的电解槽中的电流密度为MC2；该电流密度MC2低于电流密度MC1。
10.如权利要求5所述的电解设备，其特征在于，至少一个所述电解槽在导入铝带的入口部分处具有软起动部分，该软起动部分如此设置，从而电流密度随着铝带进一步输送进入电解槽而增加。
11.如权利要求10所述的电解设备，其特征在于，在位于入口部分处的所述软起动部分处的电流密度为10A/dm2或更小。
12.如权利要求10所述的电解设备，其特征在于，在位于入口部分处的所述软起动部分处的电流密度在1-5A/dm2的范围内。
13.如权利要求10所述的电解设备，其特征在于，所述软起动部分具有根据以下等式计算出的长度：
MC×LS/L＝50-300
其中LS为铝带输送穿过电解槽的输送速度，而MC为电解槽中的电流密度。
14.如权利要求10所述的电解设备，其特征在于，所述软起动部分为形成在电解槽的电极的入口部分处的渐近部分，并且在该部分处电极在所输送的铝带上施加交变电流；所述渐近部分如此形成，以沿着输送方向靠近在其上输送铝带的输送表面。
15.如权利要求10所述的电解设备，其特征在于：
所述电极是分段式电极，它包括一组彼此绝缘的小电极；以及
所述软起动部分通过将减流器连接在位于电解槽的入口部分处的小电极上而形成。
16.如权利要求15所述的电解设备，其特征在于，所述减流器选自电阻器和电感线圈。
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