DE2226501B2

DE2226501B2 - Verfahren zur Metallbeschichtung von Teilchen in einem Fluidatbett, Anwendung des Verfahrens und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2226501B2
Application number: DE2226501A
Authority: DE
Inventors: Bruce Ian Sydenham Dewar
Original assignee: De Beers Industrial Diamond Division Pty Ltd
Current assignee: De Beers Industrial Diamond Division Pty Ltd
Priority date: 1971-06-01
Filing date: 1972-05-31
Publication date: 1981-04-23
Also published as: IE36460B1; ZA713502B; DE2226501C3; IE36460L; DE2226501A1; GB1387444A; US3779873A; BE783913A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Metallbeschichtung von Teilchen in einem Fluidatbett. Außerdem bezieht sie sich auf eine Anwendung dieses Verfahrens und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die GB-PS 12 32 582 beschreibt ein solches Verfahren, bei dem mit einem Kupferüberzug versehene Glasperlen mit einem zweiten Überzug aus Zink in einem Fluidatbett elektrolytisch beschichtet wurden. Mit diesem Verfahren durchgeführte Versuche haben aber gezeigt, daß die Teilchen im Kathodenbereich relativ lange verweilen und daher an der Kathode anhaften können, so daß sie mechanisch von der Kathode entfernt werden müssen und unvollständig im Wirbelbett beschichtet werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, dieses Verfahren so auszugestalten, daß bei Beibehaltung der Vorteile dieses vorbeschriebenen Verfahrens eine gute Ausbeute bei möglichst gleichmäßiger Beschichtung der Teilchen erzielt wird.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art gelingt dies gemäß der Erfindung dadurch, daß durch das Fluidatbett ein pulsierender Strom einer Beschichtungslösung hindurchgeleitet wird, der auch Fluidatbett pulsieren läßt.

Durch diese Maßnahmen wird die Verweilzeit der Teilchen im Bereich der Kathode verringert und damit auch eine sonst mögliche Beschichtung der Kathode mit den Teilchen verhindert oder wesentlich reduziert. Die nach diesem Verfahren hergestellten Teilchen sind daher überall gleichmäßig und dauerhaft beschichtet. Auch erübrigt sich ein sonst notwendiges und relativ häufiges mechanisches Entfernen der beschichteten Teilchen von der Kathode.

Bezüglich der Pulsierungsfrequenz wird es bevorzugt, wenn das Fluidatbett mit einer Frequenz von 1 bis 3,5 Hertz pulsiert wird. Wiederum vorzugsweise wird das Fluidatbett mit einer Frequenz von etwa 2,5 Hertz pulsiert.

Die Rauhigkeit der Beschichtung kann durch den Grad der Expansion des Fluidatbettes während dessen Strömung kontrolliert werden. Mit wachsender Expandierung erhöht sich die Glätte der Beschichtung. Es wird bevorzugt, wenn das Fluidatbett beim Pulsieren zwischen 5 und 20 Prozent expandiert wird.

Ferner wird es bevorzugt, wenn eine elektrische Spannung an die Lösung angelegt wird, mit deren Hilfe die Teilchen elektrolytisch metallisiert werden.

Eine bevorzugte Anwendung des neuartigen Verfahrens bezieht sich auf die Metallbeschichtung von Schleifteilchen oder auf die Metallbeschichtung von Diamantteilchen.

Eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Behälter für das Fluidatbett mit einem Einlaß für die galvanische Lösung mit einer pulsieren-

den Pumpe vorgesehen ist Mit Hilfe der Pumpe wird die Beschichtungslösung pulsierend durch das Fluidatbett hindurchgeleitet

Außerdem wird ei bevorzugt, wenn ein Elektrodenpaar vorgesehen ist, von dem eine Elektrode elektrisch ο mit dem Fluidatbett und die andere Elektrode elektrisch mit der Lösung, jedoch nicht mi· dem Fluidatbett, verbunden ist

Weiterhin wird es bevorzugt wenn eine poröse Membran vorgesehen ist die das Innere de» Behälters in ι u ein inneres Abteil und ein äußeres Abteil unterteilt, wobei eines der Abteile das Fluidatbett aufnimmt und in demselben Abteil eine der Elektroden in Kontakt mit dem Fluidatbett steht und die andere Elektrode in dem anderen Abteil mit der Beschichtungslösung in Kontakt steht

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet daß eine Platte mit Öffnungen für die Qeschichtungslösung vorgesehen ist die den Behälter in ein oberes und ein unteres Abteil trennt u:id auf der das Fiuidatbett ausgebildet ist.

Falls der Behälter oben offen ist, wie es bevorzugt wird, können Zusätze in die Beschichtungslösung eingegeben werden, ohne das Leitungssystem für die Beschichtungslösung an anderer Stelle öffnen zu 2^ müssen.

Eine wichtige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter einen Auslaß hat, durch den die ourch das Fluidatbett geführte Beschichtungslösung über die m Pumpe wieder zurück in den Behälter gepumpt werden kann. Die Beschichtungslösung wird hierbei somit in einem Kreislauf geführt, so daß nur wenig Beschichtungslösung verbraucht wird.

Zur Einstellung des Stroms der Beschichtungslösung is wird es bevorzugt, wenn eine einstellbare Drossel in der Pumpenleitung vorgesehen ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch eine erste Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig.2 einen schematischen Schnitt entsprechend F i g. 1 bei einer zweiten Ausführungsform.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 10 gezeigt, die zum Beschichten von Teilchenmaterial, insbesondere von Schleifmateria! verwendet wird. Die Vorrichtung JO besitzt einen am oberen Ende offenen Behälter 12 aus Glas mit einer perforierten Platte 14 nahe seinem unteren Ende und einen Auslaß 16 nahe seinem oberen Ende, durch den Flüssigkeit zu einem Vorratsbehälter 18 strömen kann. Eine peristaltische Pumpe 20 pumpt Flüssigkeit vom Behälter 18 in das untere Ende des Behälters 12 unterhalb der Platte 14. Eine zur Pumpe 20 führende, biegsame Einlaßleitung 21 weist einen Strömungsmesser 22 und eine Drossel 24 auf, die eine Klemme besitzt, mit der die biegsame Leitung 21 auf verschiedene Stärken zusammengepreßt werden kann, wodurch die Strömungsrate der Lösung eingestellt wird.

Mit der Pumpe 20 kann die Strömung pulsiert werden, fco

Auf der Platte 14 befindet sich ein Fluidatbett 26 der Teilchen. Eine Lösung zum elektrolytischen Beschichten wird mit der Pumpe 20 durch die Vorrichtung 10 geführt. Die Strömungsrate ist so gehalten, daß die durch die Platte 14 verlaufende Lösung das Fluidatbett 26 der Teilchen strömungsfähig macht. Weiterhin wird durch das Pulsieren der Pumpe 20 ein Pulsieren des Fluidatbettes verursacht

Auf der Mitte der Platte 14 liegt das untere Ende einer Elektrode 28, die als: Kathode (Kohlestift) ausgebildet ist Die Elektrode 28 besitzt eine derartige Höhe, daß ihr oberes Ende sich stets unterhalb der Oberfläche des Fluidatbettes 26 befindet. Eine zugehörige Elektrode 30, die als Anode wirkt, ist koaxial oberhalb der Elektrode 28 in Gestalt eines Metallschlauch« vorgesehen; die Elektrode 30 befindet sich etwa einen bis zwei Zentimeter oberhalb der maximalen Höhe des Fluidatbettes.

Mit der oben beschriebenen Vorrichtung wurden Diamantteilchen mit Kupfer beschichtet Es wurde eine Beschichtungslösung verwendet die aus 200 g/l Kupfersulfat, 50 g/i Schwefelsäure und 2 g/l Gelatine bestand.

Um die Diamanten elektrisch leitend zu machen, wurde chemisch eine Nickelschicht von 3 bis 5 Gewichtsprozent der unbeschichteten Diamanten aufgetragen.

Auf der Platte 14 wurden 17 g der mit Nickel beschichteten Diamanten so angeordnet, daß ein Fluidatbett gebildet wurde. Anschließend wurde die¹ Beschichtungslösung bei einer Strömungsrate zwischen 0,1 und 0,9 I/min durch das Fluidatbett geführt, so daß es strömungsfähig gemacht wurde, und durch die Pumpe 20 wurde die Strömung mit 2,5 Hertz zum Pulsieren gebracht, wobei das Fluidaibett in derselben Weise pulsierte.

Bei einem Potentialgefälle zwischen Anode und Kathode von 15 V zum Induzieren eines Stromes von 0,19 A/g Diamantteilchen wurden diese mit Kupfer beschichtet Auf diese Weise wurde eine Kupferbeschichtung von 50 Gewichtsprozent der mit Nickel beschichteten Diamanten auf die Diamantteilchen im Zeitraum von 4V2 Stunden aufgetragen. Die Kupferschicht besaß eine Dichte von 8,5 g/cm³. Diese Dichte liegt beträchtlich über der von mittels herkömmlicher Verfahren erzielten Dichte /.wischen 7,8 und 8,0 g/cm³. Die Bedeutung der höheren Dichte liegt in der Verbesserung der Bindefähigkeit der Beschichtung an die Diamanten, wodurch die Bindungseigenschatten der Diamanten in Schleifwerkzeugen wie z. B. Harz- oder Metallschleifrädern, Sägen und Pressen verbessert werden.

Darüber hinaus wurden keine Agglomerationen der Partikel beobachtet, und es wurden keine Partikel auf die Kathode aufgetragen.

Die beschriebene Vorrichtung und da:> Verfahren beziehen sich zwar auf Diamantteilchen und Kupferbeschichtungen. Gleichwohl können andere Teilchen, wie kubisches Bornitrid, Siliziumkarbid oder Keramik und andere Metalle, wie Nickel, Gold und Kobalt, zur Beschichtung dieser Teilchen verwendet werden.

In F i g. 2 ist eine abgeänderte Vorrichtung 40 gezeigt, die einen Behälter 42 aus Glas mit einer Platte 44 aufweist. Die Platte 44 ist ähnlich der Platte 14 ausgebildet und am unteren Ende des Behälters 42 angeordnet. Der Bereich oberhalb der Platte 44 ist durch eine poröse Membran 50 in ein inneres und ein äußeres Abteil 48 beziehungsweise 46 aufgeteilt, die koaxial zueinander angeordnet sind. Eine Elektrode 52 (Kohlekathode) erstreckt sich in die innere Kammer 48 und eine Elektrode 54 (Metallanode) erstreckt sich in die äußere Kammer 46. Die Diamanten sind in ein Fluidatbett 58 in der Kammer 48 auf der Platte 44 ai.seordnet Die Vorrichtung 40 weist einen Vorratsbehälter 60, eine Pumpe 62 und eine Drossel 64 sowie einen Strömungsmesser 66 auf, die mit den entsprechenden Teilen der ersten Ausführunesform übereinstimmen

können.

Die Vorrichtung 40 arbeitet in derselben Weise wie die Vorrichtung 10, sie besitzt jedoch den Vorteil, daß das zwischen Anode und Kathode geschaffene elektrische Feld einheitlicher ist, wodurch eine verbesserte Beschichtung des Teilchenmaterials durch das Metall erreicht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Metallbeschichtung von Teilchen

in einem Fluidatbett, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Fluidatbett (26, 58) ein pulsierender Strom einer Beschichtungslösung hindurchgeleitet wird, der auch das Fluidatbett pulsieren läßt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidatbett (26, 58) mit einer Frequenz von 1 —3,5 Hertz pulsiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fiuidatbett (26, 58) mit einer Frequenz von etwa 2,5 Hertz pulsiert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidatbett beim Pulsieren zwischen 5 und 20 Prozent expandiert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—4, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Spannung an die Lösung angelegt wird, mit deren Hilfe die Teilchen elektrolytisch metallisiert werden.

6. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche auf die Metallbeschichtung von Schleifteilchen.

7. Anwendung des Verfahrens nach einem der Patentansprüche 1—5 auf die Metallbeschichtung von Diamantleilchen.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens jo nach einem der Ansprüche 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Behälter (12,42) für das Fluidatbett (26,58) mit einem Einlaß für die galvanische Lösung mit einer pulsierenden Pumpe (20, 62) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektrodenpaar (28, 30; 52, 54) vorgesehen ist, "on dem eine Elektrode (28, 52) elektrisch mit dem Fluidatbett und die andere Elektrode (30,54) elektrisch mit der Lösung, jedoch nicht mit dem Fluidatbett, verbunden ist

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine poröse Membran (50) vorgesehen ist, die das Innere des Behälters (42) in ein inneres Abteil (48) und ein äußeres Abteil (46) unterteilt, wobei eines der Abteile (48) das Fluidatbett (58) aufnimmt und in demselben Abteil eine der Elektroden (52) in Kontakt mit dem Fluidatbett steht und die andere Elektrode (54) in dem anderen Abteil (46) mit der Beschichtungslösung in Kontakt steht.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8—10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte (14,44) mit öffnungen für die Beschichtungslösung vorgesehen ist, die den Behälter (12, 42) in ein oberes und ein unteres Abteil trennt und auf der das Fluidatbett (26, 58) ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 — 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (12, 42) oben offen ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8—12, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (12, 42) einen Auslaß (16) hat, durch den die durch das Fluidatbett (26, 58) geführte Beschichtungslösung über die Pumpe (20, 62) wieder zurück in den Behälter gepumpt werden kann.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8—13, dadurch gekennzeichnet, daß eine einstellbare Drossel (24,64) in der Pumpenleitung vorgesehen ist.