DD295730A5

DD295730A5 - Verfahren zur elektrolytischen beschichtung einer metallischen oberflaeche und elektrolysezelle zu dessen realisierung

Info

Publication number: DD295730A5
Application number: DD90343032A
Authority: DD
Inventors: Jean-Claude Catonne; Anne-Marie Chausse; Jean-Claude Charbonnier
Original assignee: Institut De Recherches De La Siderurgie Francaise (Irsid En Abrege),Fr
Priority date: 1989-07-25
Filing date: 1990-07-24
Publication date: 1991-11-07
Also published as: CA2021242A1; JPH0375395A; BR9003582A; EP0410919A1; KR920002827A; FR2650304A1; FR2650304B1

Abstract

Elektrolytisches Verfahren zum UEberziehen einer Metalloberflaeche und Elektrolysezelle zu deren Durchfuehrung. Gegenstand der Erfindung ist eine Anodeneinheit einer Elektrolysezelle zum kontinuierlichen UEberziehen einer metallischen Oberflaeche, wie zum Beispiel eines Stahlbleches, deren Kathode aus dem zu ueberziehenden Produkt besteht und die eine Kationenaustauschermembran hat, welche einen Anodenraum und einen Kathodenraum abtrennt. Diese Anodeneinheit besteht aus einem Gehaeuse, das mindestens einen Anodenkorb umfaszt, der den elektrischen Anschlusz der Anodeneinheit gewaehrleistet. Es sind Mittel vorgesehen, damit der genannte Anodenkorb mit mindestens einem Block des oder der auf der Kathode aufzutragenden Metalle, die sich in dem Elektrolyten loesen, in staendigem Kontakt bleibt, sowie Mittel, um diese Bloecke in den Anodenkorb einfuehren zu koennen. Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls ein Verfahren zum kontinuierlichen UEberziehen eines metallischen Materials durch Elektrolyse, wobei der genannte UEberzug eine Anzahl n von Elementen enthaelt, die mit Hilfe von n Elektrolysezellen eingesetzt werden koennen, welche eine Kationenaustauschermembran haben und deren Anodeneinheiten wie die vorher beschriebenen beschaffen sein koennen. Die Erfindung ermoeglicht es, einen Beharrungszustand bei der Zusammensetzung des Anolyten wie des Katholyten einzuhalten, wobei der Abstand zwischen den Elektroden konstant gehalten wird, um eine gleichbleibende Zusammensetzung des UEberzugs fuer das Produkt zu gewaehrleisten. Des weiteren ermoeglicht sie schnelle Wechsel des aufzutragenden UEberzuges. Fig. 2{elektrolytisches Verfahren; UEberziehen; Metalloberflaeche; Elektrolysezelle; Anodeneinheit; Kathode; Beharrungszustand; Zusammensetzung; Elektroden}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf die galvanische Oberflächenbehandlung, vor allem auf elektrolytische Eisen-Zink- und Nickel-Zink-Überzüge auf Stahlblechen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die unter der Nummer 2617 509 auf den Namen des Anmelders veröffentlichte französische Gebrauchsmusterschutzeintragung beschreibt ein elektrolytisches Verfahren für Überzüge, bei dem eine Kationenaustauschermembran verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird eine anodische Elektrolytzusammensetzung (der sogenannte Anolyt) ausgewählt, die sich von dem kathodischen Elektrolyten (Katholyt) unterscheidet, und die Dichte des Kathodenstromes wird auf einen konstanten Wert eingestellt, der es ermöglicht, die Faradaysche Leistung einer jeden Kathodenreaktion konstant zu halten, wodurch die Zusammensetzung des anodischen und des kathodischen Elektrolyten sowie die des hergestellten Überzuges weitgehend konstant bleiben. In dem Fall jedoch, wo eine Vielzahl von in der Lösung vorhandenen Elementen auf der Kathode abgelagert wird, die selbst durch eine oder mehrere Lösungsanoden versorgt wird, können Erscheinungen von chemischen Verschiebungen zu Gleichgewichtsstörungen bei der Elektrolytzusammensetzung führen. Dann kann beim Betreiben der Anlage kein Beharrungszustand über einen langen Zeitraum hinweg aufrecht erhalten werden. Andererseits führt der zunehmende Verbrauch der Lösungsanoden zu einer Veränderung der geometrischen Parameter der Zelle, die ihre Funktion beeinflußt.

Ziel der Erfindung

Durch die Erfindung werden die Nachteile des Standes der Technik beseitigt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Beharrungszustand sowohl bei der Zusammensetzung des Anolyten als auch des Katholyten zu erreichen, wobei die wesentlichen geometrischen Parameter der Zelle konstant gehalten werden, damit die Zusammensetzung des Überzuges des Produktes konstant bleibt. Des weiteren sollen schnelle Wechsel des aufzutragenden Überzuges ermöglicht werden.

Gegenstand der Erfindung ist eine Anodeneinheit einer Elektrolysezelle zum kontinuierlichen Überziehen einer Metalloberfläche, wie zum Beispiel eines Stahlbleches, deren Kathode aus der zu überziehenden Metalloberfläche besteht, wobei eine derartige Zelle eine Kationenaustauschermembran hat, die einen Anodenraum und einen Kathodenraum begrenzt, eine Einheit, dadurch gekennzeichnet, daß sie den Anodenraum der Zelle bildet und aus einem Gehäuse besteht, das mindestens einen Anodenkorb umfaßt, dadurch, daß die genannte Membran mindestens zum Teil die Seitenfläche der Anodeneinheit bildet, die dazu bestimmt ist, gegenüber der zu überziehenden Oberfläche angebraucht zu werden, wobei der genannte Anodenkorb aus einem unlöslichen, elektrisch leitendem Material besteht und den elektrischen Anschluß der Anodeneinheit herstellt, wobei Mittel vorgesehen sind, daß der genannte Anodenkorb in ständigem Kontakt mit mindestens einem Block des oder der auf der Kathode aufzutragenden Metalle steht, die sich in dem Elektrolyten auflösen, und daß ebenfalls Mittel vorgesehen sind, um diese Blöcke in den Anodenkorb einführen zu können

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anodeneinheit sind dadurch gekennzeichnet,

- daß der Anodenkorb die Innenwand des genannten Gehäuses darstellt,

- daß das elektrisch leitende Element, das den elektrischen Anschluß der Anodeneinheit gewährleistet, eine im Innern des genannten Behälters lagernde Trennwand ist,

- daß Mittel, die den ständigen Kontakt des elektrisch leitenden Elementes, das den elektrischen Anschluß der Anodeneinheit sichert, gewährleisten sollen, von einem flachen Boden des genannten Behälters gebildet werden,

- daß die Mittel, die die Einführung der Blöcke des auf der Kathode aufzutragenden Metalles von einer Erhöhung am oberen Teil des genannten Behälters gebildet werden, die geöffnet werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls ein elektrolytisches Verfahren zum kontinuierlichen Überziehen eines metallischen Werkstoffes, das ausgeführt werden kann, indem Elektrolysezellen verwendet werden, deren Anodeneinheiten von der eben beschriebenen Art sind, wobei der genannte Überzug eine Anzahl η größer 1 von Elementen Mi, mit i = 1 bis η enthält, ein Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß

- η Elektrolysezellen verwendet werden, von denen jede eine Kationenaustauschermembran hat, die einen Anoden- und einen Kathodenraum begrenzt und die die Lösung eines Elementes Mi im Anodenraum möglich macht, wobei die genannten Zellen elektrisch parallelgeschaltet sind, wobei ihre Anodenräume vom Anolyten getrennt gespeist werden, ihre Kathodenräume durch den Katholyten in Reihe gespeist werden und ihre gemeinsame Kathode von dem zu überziehenden Produkt gebildet wird,

- und daß, mit dem Ziel, die Zusammensetzungen des Katholyten, des Anolyten und des auf der Oberfläche aufgetragenen Überzuges konstant zu halten, die Zusammensetzungen des Anolyten und des Katholyten sowie die Stromdichten J* auf jedem Zweig des Stromkreises so gewählt werden daß

Σ л

i = 1

= Гмі = R_Mi ist.

wobei Гмі die Faradaysche Überzugsleistung des Elementes Mi auf der Kathode ist und Rm. die Migrationsleistung des Elementes Mi durch die Kationenaustauschermembran ist.

Demzufolge haben die erfindungsgemäßen Zellen einerseits eine Lösungsanode, die die Regenerierung des Elektrolyten nach einer unter dem Namen „Anodenkorb" oder „Panode" bekannten Vorrichtung absichert, und andererseits eine Kationenaustauschermembran, die daran beteiligt ist, die Zusammensetzung des Überzugs konstant zu halten. Bei einer Anlage zur galvanischen Oberflächenbehandlung - wie sie in der bereits erwähnten Gebrauchsmusterschutzeintragung beschrieben ist-stellen sich indem Fall, wo ein Elektrolyt auf der Grundlage von SO₄""-lonen und eine Lösungsanode aus Zink oder Eisen verwendet werden, Probleme einer chemischen Verschiebung:

Die Beziehung —₊₊ in dem Elektrolyten gerät aus dem Gleichgewicht und der Funktions- pH-Wert ändert sich.

Dieses Problem kann gelöst werden, indem zwei Zellen kombiniert werden, und zwar eine mit Zinkelektroden und eine andere mit Eisenelektroden. Diese beiden Zellen werden im Stromkreis „parallel" geschaltet. Die jeweiligen Anodenräume der beiden Zellen stehen nicht miteinander in Verbindung. Im Gegensatz dazu stehen die Kathodenräume der beiden Zellen in Verbindung.

Die Erfindung betrifft des weiteren eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen elektrolytischen Verfahrens, die sich dadurch auszeichnet, daß sie die vorab beschriebenen erfindungsgemäßen Anodeneinheiten der Elektrolysezelle enthält.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird durch folgende Beschreibung, die sich auf die Zeichnungen bezieht, näher erläutert.

Fig. 1: stellt das Prinzip einer erfindungsgemäßen Anlage zur galvanischen Oberflächenbehandlung schematisch dar; Fig. 2: stellt eine Elektrolysezelle, die bei der vorhergehenden Anlage vorzugsweise verwendet wird, schematisch dar.

Figur 1 zeigt das Prinzipschaltbild einer Anlage zum Überziehen metallischer Gegenstände, wie zum Beispiel Bleche, durch galvanische Oberflächenbehandlung, welche zwei verbundene Zellen umfaßt und das Auftragen einer gemischten Schicht aus Eisen und Zink mit konstanten Proportionen auf dem zu überziehenden Gegenstand möglich macht. Die Zellen 1 und T werden in zwei Kammern untergebracht, die im Stromkreis der Anlage zur galvanischen Oberflächenbehandlung parallelgeschaltet sind. Die Gesamtstromdichte im Stromkreis wird mit J bezeichnet. Die Zelle 1 enthält eine Eisenanode 2 und wird durch einen Strom mit der Dichte J*_e gespeist. Die Zelle 1' hat eine Zinkanode 2' und wird durch einen Strom mit der Dichte Jz_n gespeist. Diese beiden Anoden werden an eine gemeinsame Klemme 11 angeschlossen, und J = J£_e + Jf_n. Die beiden

Claims

Patentansprüche:

1. Anodeneinheit einer Elektrolysezelle zum kontinuierlichen Überziehen einer metallischen Oberfläche, wie zum Beispiel eines Stahlbleches, bei der die Kathode von der zu überziehenden metallischen Oberfläche gebildet wird, einer Zelle, die eine Kationenaustauschermembran umfaßt, die einen Anodenraum und einen Kathodenraum begrenzt, Einheit, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Anodenraum (5b) der Zelle bildet und aus einem Gehäuse besteht, das mindestens einen Anodenkorb (8) enthält, und dadurch, daß die genannte Membran (4b) mindestens teilweise die Fläche der Anodeneinheit bildet, die dazu bestimmt ist, gegenüber der zu überziehenden Oberfläche (3) angebracht zu werden, wobei der genannte Anodenkorb aus einem elektrisch leitenden unlöslichen Material ist und den elektrischen Anschluß der Anodeneinheit gewährleistet, wobei Mittel vorgesehen sind, damit der genannte Anodenkorb mit mindestens einem Block (9) des oder der auf der Kathode aufzutragenden Metalle, die sich in dem Elektrolyten auflösen, in Kontakt bleibt, und wobei ebenfalls Mittel vorgesehen sind, daß diese Blöcke in den Anodenkorb eingeführt werden können.
2. Anodeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenkorb (8) die Innenwand des genannten Gehäuses darstellt.
3. Anodeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Element, das den elektrischen Anschluß der Anodeneinheit gewährleistet, eine im Innern des genannten Behälters lagernde Trennwand ist.
4. Anodeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel, die den ständigen Kontakt des elektrisch leitenden Elementes, das den elektrischen Anschluß der Anodeneinheit sichert, gewährleisten sollen, von einem flachen Boden (12) des genannten Behälters gebildet werden.
5. Anodeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die die Einführung der Blöcke (9) des auf der Kathode aufzutragenden Metalles von einer Erhöhung (13) am oberen Teil des genannten Behälters gebildet werden, die geöffnet werden kann.
6. Verfahren zum kontinuierlichen Überziehen eines metallischen Materials durch Elektrolyse, wobei der genannte Überzug eine Anzahl η größer 1 von Elementen Mi mit i = 1 bis η enthält, dadurch gekennzeichnet, daß:

η Elektrolysezellen verwendet werden, die alle eine Kationenaustauschermembran haben, die einen Anoden- und einen Kathodenraum abtrennen und die Lösung eines Elementes Mi im Anodenraum ermöglichen, wobei der Anodenraum in eine Anodeneinheit nach Anspruch 1 eingeschlossen ist, wobei die genannten Zellen elektrisch parallelgeschaltet sind, wobei ihre Anodenräume getrennt mit Elektrolyt gespeist und ihre Kathodenräume in Reihe mit Katholyt gespeist werden und wobei ihre gemeinsame Kathode aus dem zu überziehenden Produkt besteht, und daß man, mit dem Ziel, die Zusammensetzungen des Katholyten, des Anolyten und des auf die Oberfläche aufgebrachten Überzuges konstant zu halten, die Zusammensetzungen des Anolyten und des Katholyten sowie die Stromdichten Jt in jedem Zweig des Stromkreises so wählt, daß

_C _ D

— 'Mi — "»

Mi

Σ л .

i = 1

wobei гмі die Faradaysche Überzugsleistung an der Kathode des Elementes Mi und R_M| die Migrationsleistung des Elementes Mi durch die Kationenaustauschermembran ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Elektrolysezellen verwendet werden, von denen eine (1) die Lösung von Eisen oder Nickel und die andere (1') die Lösung von Zink ermöglicht, mit der Zielstellung, das Produkt mit einer Eisen-Zink- oder Nickel-Zink-Legierung zu überziehen.
8. Anlage zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodeneinheiten der Elektrolysezellen wie die in Anspruch 1 oder 2 genannten beschaffen sind.

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