DE102004036940A1 - Elektrode für eine Vorrichtung zur elektrolytischen Metallabscheidung auf ein bewegtes Gut und Verfahren hierzu - Google Patents

Abstract

Zur effizienteren elektrolytischen Metallabscheidung auf ein relativ zu einer Elektrode bewegtes Gut wird eine Elektrode beschrieben, die nebeneinander angeordnete und durch elektrisch zumindest schlecht leitende Abschnitte voneinander getrennte Teilelektroden aufweist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Elektrode und ein Verfahren zum elektrolytischen Metallabscheiden auf ein bewegtes Gut sowie eine Vorrichtung mit einer derartigen Elektrode. Eine derartige Elektrode bzw. ein derartiges Verfahren findet insbesondere bei der elektrolytischen Verzinkung von Stahlband Einsatz, bei dem das kathodisch geschaltete Band plan an mindestens einer horizontal oder vertikal angeordneten, anodisch geschalteten Kathode vorbeigeführt wird.
• Die Oberflächenveredelung von Metallen hat in den vergangenen Jahren an Bedeutung gewonnen. Insbesondere die Verzinkung von Eisenwerkstoffen hat aus Gründen des Korrosionsschutzes oder der Optik eine herausragende Bedeutung erlangt. Im Gegensatz zur schmelzflüssigen Verzinkung lassen sich elektrolytisch gleichmäßigere Zinkschichten abscheiden, was Vorteile bei der Weiterverarbeitung (z. B. der Lackierung) bietet. Neben der Stückfertigung nimmt darüber hinaus die Verzinkung von Halbzeug in Form von Bändern und Blechen eine zunehmend wichtigere Position ein.
• Insbesondere auch die neueren Entwicklungen in der Automobil- oder Elektroindustrie stellen neue Anforderungen an die Qualität und Funktion der abgeschiedenen Oberfläche. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, ist versucht worden, das sogenannte "Pulse Plating" einzusetzen. Dieses, auch Pulselektrolyse genannte Verfahren, wird in N. IbI "Zur Kenntnis der Metallabscheidung mittels Pulselektrolyse", Metalloberfläche 33 (1979) S. 51 bis 59 näher beschrieben, insbesondere bezüglich der dabei ablaufenden Prozesse. W. Paatsch "Zinkabscheidung durch Pulse Plating", Galvanotechnik 71 (1980), S. 107 bis S. 111 befasst sich mit der Applikation dieses Verfahrens auf die elektrolytische Zinkabscheidung.
• Paatsch beschreibt eine Anordnung, bei der eine Gegenelektrode, eine Bezugselektrode und eine Messelektrode in einem Bad angeordnet sind. Das zu beschichtende Stahlblech wird stationär in dieses Bad eingetaucht. Gepulst wurde mit rechteckförmigen Strompulsen.
• Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass es sich für die Behandlung eines bewegten Guts nur bedingt eignet. Da jedoch gerade die elektrolytische Metallabscheidung auf Halbzeug in Form von Bändern und Blechen, die durch das Bad bewegt werden, in der Praxis gefordert wird, wird deutlich, dass die von Paatsch vorgeschlagene Methode für das wirtschaftliche Bearbeiten der von der Industrie geforderten Produkte nicht geeignet ist.
• Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur elektrolytischen Metallabscheidund auf ein bewegtes Gut und für deren Durchführung notwendige Mittel vorzuschlagen, die eine wirtschaftliche und vor allen Dingen qualitativ hochwertige elektrolytische Metallabscheidung auf ein bewegtes Gut erlauben. Außerdem soll eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren für das elektrolytische Beizen geschaffen werden.
• Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
• Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, die für das Pulse Plating notwendige Erzeugung von Strompulsen nicht durch die elektronische Ansteuerung einer als Anode geschalteten Elektrode sondern durch die Relativbewegung des zu behandelnden Guts zu einer in mehrere Teilelektroden aufgeteilten Elektrode zu erzeugen. Jeder einzelne Bereich des an einer aus Teilelektroden bestehenden Elektrode vorbeigeführten, zu behandelnden Guts wird in seiner Bewegung entlang der Elektrode spannungsbeaufschlagten Bereichen und nicht spannungsbeaufschlagten Bereichen der er findungsgemäßen Elektrode ausgesetzt. Durch den Wechsel der spannungsbeaufschlagten und nicht spannungsbeaufschlagten Bereiche und die Bewegung des zu behandelnden Guts relativ zur Elektrode entsteht die für das Pulse Plating notwendige Abfolge von Strompulsen. Der Abstand der einzelnen Teilelektroden zueinander und die Relativgeschwindigkeit des zu behandelnden Guts zur Elektrode wird dabei so eingestellt, dass die gewünschte Frequenz der Strompulse erreicht wird. Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Elektrode stellvertretend in ihrer Verwendung als Anode näher beschrieben, wobei sie hierdurch nicht auf die Anwendung als Anode beschränkt werden soll. Sämtliche nachstehend beschriebenen Bauformen der Anode sind auch Bauformen der erfindungsgemäßen Elektrode.
• Dieser Grundgedanke der Erfindung wird mit einer Anode für eine Vorrichtung zur elektronischen Metallabscheidung auf ein relativ zur Anode bewegtes Gut realisiert, die nebeneinander angeordnete und durch elektrisch zumindest schlecht leitende Abschnitte voneinander getrennte Teilanoden aufweist.
• Teilanoden sind räumlich begrenzte Oberflächenabschnitte der erfindungsgemäßen Anode, die mit einer Spannung beaufschlagt werden können und infolge einer Spannungsdifferenz zum kathodisch geschalteteten bewegten Gut eine elektrolytische Metallabscheidung bewirken. Zur diskreten Abgrenzung der einzelnen Teilanoden werden diese durch zumindest schlecht oder besonders bevorzugt nicht leitende Oberflächenabschnitte voneinander getrennt. Durch diese Anordnung entsteht eine Abfolge von spannungsbeaufschlagten und nicht spannungsbeaufschlagten Oberflächenabschnitten der Anode.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Oberflächen der Teilanoden in einer Ebene angeordnet. Hierdurch kann eine plane Anode bereitgestellt werden, die sich besonders gut für die Behandlung von Bändern und Blechen eignet. Je nach Form des zu behandelnden Guts sind jedoch auch andere geometische Relativanordnungen der Oberflächen der Teilanoden zueinander denkbar.
• Die die Anode bildenden Teilanoden können durch eine Vielzahl von Konstruktionen erzeugt werden. Insbesondere können einzelne elektrisch leitende Streifen, insbesondere Metallstreifen, in einen metallisch nicht leitenden Grundkörper eingebettet werden. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Teilanoden jedoch Oberflächenabschnitte eines einzigen elektrisch leitenden Körpers, beispielsweise einer Metallplatte.
• Die räumliche Begrenzung der einzelnen Teilanoden kann vorzugsweise durch Aufbringen zumindest schlecht oder bevorzugt gar nicht leitender Materialien auf die Oberfläche zumindest eines elektrisch leitenden Körpers erfolgen. Diese Ausführungsform bietet den besonderen Vorteil, dass für das Bereitstellen der erfindungsgemäßen Anode auch auf herkömmliche Plattenanoden zurückgegriffen werden kann, die zur Realisierung der Erfindung in einfacher Weise an den vorgesehenen Stellen mit zumindest schlecht leitendem oder bevorzugt gar nicht leitendem Material beschichtet werden können. Als elektrisch schlecht leitendes Material wird besonders bevorzugt Kunststoff eingesetzt, beispielsweise in Form von Kunststoffstreifen. Der Einsatz von Kunststoffstreifen bietet als zusätzlichen Vorteil einen Schutz des elektrisch leitenden Körpers gegen Kontakt mit dem an der Anode vorbeigeführten, zu bearbeitenden Gut.
• Der Einsatz von Kunststoffstreifen als räumliche Begrenzung der Teilanoden erlaubt es, durch den Querschnitt der Kunststoffstreifen die Form der Strompulse zu beeinflussen. Durch dicke Kunststoffstreifen kann ein nahezu rechteckiger Verlauf der Strompulse erzeugt werden. Die Kunststoffstreifen funktionieren dann als Stromblenden.
• Besonders bevorzugt beträgt der Abstand zwischen zwei Teilanoden, also die Breite des elektrisch zumindest schlecht leitenden Abschnitts 1,6 bis 160 mm. Mit dieser Anordnung lässt sich bei den derzeit eingesetzten Transportgeschwindigkeiten der zu behandelnden Bänder oder Bleche die für eine effiziente Durchführung des Pulse Plating notwendige Frequenz gut einstellen.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Teilanoden einen regelmäßigen Abstand zueinander auf. Hierdurch kann eine gleichbleibende Frequenz der das bewegte Gut beaufschlagenden Strompulsung erreicht.
• In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist mindestens eine Teilanode mit einem größeren Abstand zu den benachbarten Teilanoden angeordnet, auch wenn die übrigen Teilanoden beispielsweise in einem regelmäßigen Abstand zueinander angeordnet sind. Durch diese Anordnung lassen sich Frequenzmuster erreichen, die insbesondere bei der Abscheidung von Metalllegierungen eine verbesserte Schichtqualität bewirken oder eine gewünschte Schichtstruktur erzeugen können.
• Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur elektrolytischen Metallabscheidung auf ein relativ zu einer Anode bewegtes Gut weist die erfindungsgemäße, vorstehend näher beschriebene Anode auf. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der bei derartigen Vorrichtungen ohnehin vorhandene Gleichstrom eingesetzt werden. Die sonst üblichen Kosten für Frequenzrichter können eingespart werden.
• In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anode innerhalb der Vorrichtung derart angeordnet, dass die Teilanoden in Bewegungsrichtung des bewegten Guts nacheinander angeordnet sind. Dadurch kann das bewegte Gut bei seiner Bewegung entlang der Anode über seine senkrecht zur Bewegungsrichtung weisende Breite gleichmäßig behandelt werden.
• In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung sind zwei Anoden einander gegenüberliegend angeordnet, so dass Bänder oder Bleche beidseits behandelt werden können.
• Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum elektrolytischen Metallabscheiden auf ein relativ zu einer Anode bewegtes Gut wird das bewegte Gut an in Bewegungsrichtung nacheinander angeordneten Teilanoden vorbeigeführt. Hierdurch wird das Gut bei seiner Bewegung relativ zur Anode mit Strompulsen beaufschlagt, wie sie für die Durchführung des Pulse Platings notwendig sind.
• Besonders bevorzugt wird das bewegte Gut derart an der Teilanode vorbeigeführt, dass jeder Punkt auf dem bewegten Gut alle 1/2 bis 1/200 s eine Teilanode passiert. Die sich hierdurch ergebende Frequenz des Pulse Platings hat sich für die Behandlung der industriell eingesetzten metallischen Bänder und Bleche als besonders wirksam gezeigt.
• Der erfindungsgemäß möglich gewordene Einsatz des Pulse Plating für die elektrolytische Metallabscheidung auf bewegte Bleche oder Bänder ermöglicht die Abscheidung dünnster, homogener Schichten, verbessert die Streufähigkeit des Eletrolyten und vermindert die Wasserstoffversprödung der abgeschiedenen Stellen. Hierdurch kann der Einsatz von Wertmetallen und kostenintensiver organischer Elektrolytzusätze minimiert werden.
• Die durch den Wechsel von spannungsbeaufschlagten und nicht spannungsbeaufschlagten Bereichen und die Bewegung des zu behandelnden Guts relativ zu einer Elektrode entstehende Abfolge von Strompulsen kann neben der vorstehende beschriebenen Anwendung bei der elektrolytischen Metallabscheidung auch beim elektrolytischen Beizen vorteilhaft eingesetzt werden. Hier ist die zuvor in ihrer anodischen Schaltung beschriebe Elektrode kathodisch geschaltet. Der Aufbau der vorstehend im Zusammenhang mit einer Anode beschriebenen Elektrode kann dabei unverändert bleiben. Besonders bevorzugt wird ein Band in einer gemeinsamen Anlage zunächst mit einer kathodisch geschalteten erfindungsgemäßen Elektrode elektrolytisch gebeizt und anschließend mit einer weiteren, anodisch geschalteten, erfindungsgemäßen Elektrode einer elektrolytischen Metallabscheidung unterzogen.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer, lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen
• 1 die erfindungsgemäße Elektrode in einer schematischen Draufsicht und
• 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur elektrolytischen Metallabscheidung in einer schematischen Seitenansicht,
• 3 eine erfindungsgemäße Elektrode in einer Seitenansicht und
• 4 eine weitere erfindungsgemäße Elektrode in einer Seitenansicht.
• Die in den Figuren dargestellte erfindungsgemäße, als Anode geschaltete Elektrode weist einen elektrisch leitenden Körper 1 und auf die Oberfläche des elektrisch leitenden Körpers aufgebrachte Kunststoffstreifen 2 auf. Dadurch wird die Anode in nebeneinander angeordnete und durch ein elektrisch nicht leitendes Material in Gestalt der Kunststoffstreifen 2 voneinander getrennte Teilanoden 4 unterteilt.
• 2 zeigt, dass zum elektrolytischen Metallabscheiden auf ein in Richtung des Pfeils A bewegtes Band 3, das zwischen zwei einander gegenüberliegend angeordneten, erfindungsgemäßen Anoden durchgeführt wird. Dabei wird das Band 3 kathodisch geschaltet.
• 3 und 4 zeigen unterschiedliche Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Elektrode. Gemäß der Darstellung der 3 sind die Kunststoffstreifen 2 flach ausgebildet. Die Kunststoffstreifen 5 der Darstellung gemäß 4 sind dick ausgeführt. Wie sich im Vergleich der in den Figuren ebenfalls aufgetragenen Graphen ergibt, kann durch eine erhöhte Dicke der Kunststoffstreifen ein schärferer Strompuls erzeugt werden.

Claims (15)

1. Elektrode für eine Vorrichtung zur elektrolytischen Metallabscheidung auf ein relativ zur Elektrode bewegtes Gut, gekennzeichnet durch Teilelektroden (4), die nebeneinander angeordnet und durch elektrisch zumindest schlecht leitende Abschnitte voneinander getrennt sind.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der Teilelektroden (4) in einer Ebene angeordnet sind.
3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilelektroden (4) Teil eines einzigen elektrisch leitenden Körpers (1) sind.
4. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche des elektrisch leitenden Körpers (1) elektrisch zumindest schlecht leitende Körper angeordnet sind, die die Oberfläche des elektrisch leitenden Körpers (1) in Teilelektroden (4) unterteilen.
5. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen zwei Teilelektroden (4) 1,6 bis 160 mm beträgt.
6. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilelektroden (4) einen regelmäßigen Abstand zueinander aufweisen.
7. Elektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Teilelektrode einen größeren Abstand zu den benachbarten Teilelektroden aufweist, als die übrigen Teilelektroden zueinander.
8. Vorrichtung zur elektrolytischen Metallabscheidung auf ein relativ zu einer Anode bewegtes Gut, gekennzeichnet durch eine als Anode geschaltete Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
9. Vorrichtung zum elektrolytischen Beizen auf ein relativ zu einer Kathode bewegtes Gut, gekennzeichnet durch eine als Kathode geschaltete Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode derart angeordnet ist, daß die Teilelektroden (4) in Bewegungsrichtung des bewegten Guts nacheinander angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Elektroden einander gegenüberliegend angeordnet sind.
12. Verfahren zum elektrolytischen Metallabscheiden auf ein relativ zu einer Anode bewegtes Gut, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegte Gut an in Bewegungsrichtung nacheinander angeordneten Teilanoden (4) vorbeigeführt wird.
13. Verfahren zum elektrolytischen Beizen auf ein relativ zu einer Kathode bewegtes Gut, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegte Gut an in Bewegungsrichtung nacheinander angeordneten Teilkathoden (4) vorbeigeführt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegte Gut derart an den Teilelektroden (4) vorbeigeführt wird, dass ein Punkt auf dem bewegten Gut alle 1/2 bis 1/200 s eine Teilelektrode (4) passiert.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gut gleichmäßig an den Teilelektroden (4) vorbeigeführt wird.