DE2427264C2 - Verfahren zur kontinuierlichen Elektroplattierung - Google Patents
Verfahren zur kontinuierlichen ElektroplattierungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen
elektrolytischen Aufbringen einer im wesentlichen metallischen Beschichtung auf ein Metallband, bei
welchem das Band in paralleler Ausrichtung nach einer im wesentlichen rechtwinkligen Anodenfläche der
Länge L und der Breite Wa, wobei Wa etwa gleich der Breite des Bandes ist, durch einen Elektrolyten bewegt
wird und zwischen Anode und Band eine nach Größe und Zeitdauer zum Abscheiden einer im wesentlichen
gleichmäßigen Beschichtung über eine Bandbreite ausreichende Stromdichte angelegt wird.
Die Erfindung bezieht sich somit auf ein Verfahren zur kontinuierlichen Elektroplattierung länglicher, flach
ausgewalzter Gegenstände wie von Blech und Bandmaterial und ist dabei insbesondere darauf gerichtet, ein
Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe an den Kanten derartiger Gegenstände Verdickungen der Plattierungsschicht
verhinderbar sind. Die im folgenden verwendeten Ausdrücke »Band« oder »Bandmaterial« bezeichnen
derartige flach ausgewalzte Gegenstände.
Beim kontinuierlichen Elektroplattieren von Bandmaterial werden dessen ebene Oberflächen in paralleler
Ausrichtung nach einer oder mehreren, im allgemeinen eben ausgebildeten Anoden, die sich in einem
geeigneten Plattierungs-Elektrolyten befinden, bewegt Die Anoden besitzen dabei im allgemeinen eine Breite,
die etwa gleich der Breite des zu plattierenden Bandmaterials ist. Bei der Verwendung derartiger gleich
breiter Anoden treten häufig Schwierigkeiten auf, eine gleichförmige Beschichtung oder Plattierung zu erzielen.
Eine Quelle dieser Schwierigkeiten ist mechanischer Natur und das Ergebnis einer ungünstigen Wanderungsbewegung des Bandmaterials, bei welcher das Band aus
der Mittellinie der Vorschubrichtung auswandert Derartige Auswanderungen können dazu führen, daß
eine Bandkante stärker als angestrebt beschichtet wird, während die andere Kante weniger oder gar nicht
beschichtet wird. Eine zweite Hauptquelle derartiger Probleme ist elektrochemischer Natur und ein Ergebnis
der Konzentration des Plattierungsstromes an den Kanten des Bandmaterials. Dieser sogenannte Kanteneffekt
wird durch die Neigung der Stromdichte hervorgerufen, an scharfen Punkten oder einer Vielzahl
von Punkten angezogen zu werden, was sich ganz besonders deutlich bei Plattierungssystemen darstellt
die mit nur geringer Vorschubleistung arbeiten. Die ungleichmäßige Plattierung infolge einer ungünstigen
Bandauswanderung ist in den meisten Fällen dadurch überwunden worden, daß Anoden verwendet werden,
deren Breite so ausreichend bemessen ist, daß sie auch extreme Wanderungsbewegungen auffangen können.
Zur Überwindung des elektrochemischen Problems ist eine Vielzahl von Lösungswegen vorgeschlagen worden.
Einer dieser Vorschläge sieht Anoden vor, welche einen elliptischen Querschnitt besitzen. Dieser Vorschlag
basiert auf der Tatsachs, daß die Stromdichte mit abnehmender Entfernung zwischen den Elektroden
zunimmt. Demzufolge bewirkt die elliptische Anode einen geringeren Abstand von der Anode in der Mitte
des Bandes, was die Stromdichte in diesem Bereich erhöht. Dieser Vorschlag hat sich jedoch als unzuverlässig
und mit Schwierigkeiten verbunden herausgestellt, da er nicht imstande ist, die aus der Blechwanderung
resultierenden Probleme zu lösen und da die Anode selbst schwierig herzustellen und zu montieren ist.
Eine andere Arbeitsweise zur Überwindung des sogenannten Kanteneffekts schlägt die Verwendung
einer Maske oder Abschirmung vor, welche zwischen der Anode und dem Bandmaterial an deren äußeren
Kanten angeordnet wird. Wenngleich derartige Masken durchaus imstande sind, die Stromdichte an den Kanten
zu verringern, so erfordern sie jedoch die Verwendung komplizierter mechanischer und/oder elektrischer Vorrichtungen
zur automatischen Anpassung an das auswandernde Bandmaterial. Ein in gleicher Weise
wichtiger Umstand ist ferner darin zu sehen, daß die
Masken auf Plattierungsverfahren beschränkt sind, bei welchen sich die Anode in einem gewissen Abstand vom
Bandmaterial befindet. Bei Verfahrensführungen, bei welchen der Abstand zwischen Anode und Kathode
gering ist (beispielsweise 25,4 bis 50,8 mm), können ungeglättete Kanten oder eingerissene Stellen des
Bandmaterials an der Maske festhaken und das Band stauchen oder die Maske zerstören. Ferner sind im
Bereich der Bandkanten Abweisdrähte vorgesehen
worden, um einen Tei, der Stroinlinifn abzuleiten.
Genau wie die Maskenvorrichtungen erfordern derartige Ablenkdrähte jedoch komplizierte Anschlußeinrichtungen,
um sie automatisch an die Auswanderungsbewegungen des Bandmaterials anzupassen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen,
weL-hes auf einfache und an eine Vielzahl unterschiedlicher
Plattierungsverfahren anpaßbare Weise das Verhindern der sogenannten Kanteneffekte gestattet
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daö eine <ni\ zwe: nintereinanderüegenden Abschnitten
bestehende Anode verwendet wird, wobei der erste Abschnitt eine allgemein rechtwinklige Gestalt mit der
Breite IVa und einer Länge von L/3 bis 2L/3 besitzt und
der zweite Abschnitt eine allgemeine trapezförmige Gestalt mit einer entsprechenden Länge von 2L/3 bis
L/3 besitzt, wobei sich die Breite des zweiten Abschnitts annähernd linear von einer Breite Wa auf
eine Breite Wb verjüngt, und daß die Breite Wb etwa gleich der vorbestimmten Breite der gleichförmigen
Beschichtung ist, welche mit Hilfe der rechtwinkligen
Anode erzeugt worden ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher
beschrieben. In dieser zeigt
F i g. 1 ein Beschichtungs-Gewichtsprofil eines unter Verwendung herkömmlicher rechtwinkliger Anoden
mit Chrom beschichteten Bandmaterials,
F i g. 2 eine bevorzugte Ausführungsform einer innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verwendenden
Anode,
F i g. 3 ein Beschichtungs-Gewichtsprofil eines unter Verwendung der Anodengestalt nach F i g. 2 mit Chrom
beschichteten Bandmaterials und
F i g. 4a bis 4d weitere Anodengestaltungen zur Verwendung bei der Erfindung.
Der Erfindung liegt der Leitgedanke zugrunde, daß sich mit Hilfe einer Anodengestaltung, welche die
Zeitdauer der Metallabscheidung an unterschiedlichen Stellen des Bandmaterial beeinflußt oder reguliert,
elektrolytische Beschichtungen von Bandmaterialien hervorrufen lassen, die im Hinblick auf die Gleichförmigkeit
den herkömmlichen Arbeitsweisen gewachsen oder sogar überlegen sind. Dieser Grundgedanke bildet
insofern einen Gegensatz zu der bekannten Arbeitsweise, da er eine Beeinflussung oder Regulierung der
Zeitdauer der Metallabscheidung für verschiedene Teile des Bandmaterials vorsieht, wohingegen nach dem
Stand der Technik die Stromdichte in verschiedenen Bereichen des Bandmaterial:, beeinflußt oder reguliert
wird. Als grundlegend bei der erfindungsgemäßen Anodenkonfiguration ist dabei anzusehen, daß eine
Tandemanordnung von zwei Anodenabschnitten vorgesehen ist, wobei der eine Anodenabschnitt eine im
wesentlichen rechtwinklige (oder quadratische) Gestalt besitzt, während der zweite Abschnitt eine im
allgemeinen trapezförmige Form besitzt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht
die angestrebte Konfiguration aus einer einzelnen Anode, welche die beiden erforderlichen Tandem-Abschnitte
enthält.
Bei der Bestimmung oder Ermittlung der geeigneten Anodenabmessungen ist es zunächst erforderlich, die
Breite der gleichförmigen Beschichtung zu bestimmen, welche mit Hilfe einer herkömmlichen rechtwinkligen
Anodenausbildung erzieli werden kann. Diese als Wa bezeichnete Breite entspricht etwa der Breite des zu
plattierenden Bandir.a'crials, Vorzugsweise wird die
Breite Wa so gewählt sein, daß sie imstande ist, sich an Änderungen in der Vorschublinie oder -ridmmg des
Bandmaterials anzupassen. Die Anoüs besitzt cir.e
herkömmliche Länge und ist durch die Vorschubgeschwindigkeit, die Stromdichte, die Anzahl von in Serie
ecäwiiaiidten Anoden usw. festgelegt, wobei es sich bei
den vorstehend genannten Größen um die hei einem speziellen Plattierungsverfahren verwendeten Betriebs-
größen handelt. Die Bestimmung der geeigneten Anodenlängc L ist dem Fachmann bekannt. Es wird
sodann ein Beschichtungsprofii aufgestellt, welches die Änderung der Beschichtungsmetalidicke über die
gesamte Breite des Bandmaterials darstellt. Nach
graphischer Herstellung dieses Profils werden die Punkte bestimmt, an weichen sich die Dicke der
Beschichtung abrupt vergrößert, d. h. die Punkte, bei denen sich der Kurvenverlauf in seiner Steigung
verändert Der Abstand zwischen diesen Punkten wird als die Breite der gleichförmigen Beschichtung bezeichnet.
Bei Anwendung der bevorzugten Ausführungsform in Form einer einzelnen Anode wird &;ie Linie der
Länge Wb, die etwa der genannten Creite der gleichförmigen Beschichtung entspricht, bestimmt und
nach der Mitte der oberen oder der unteren Anodenkante ausgerichtet, so daß die obere oder untere
Anodenkanie und die Linie der Länge Wb gegenseitig zentriert sind. Sodann werden Linien von einem Punkt
(dem Mittelpunkt der Längen) längs der Seiten der
Anode bis hin zu den Endpunkten der zuvor
festgelegten oder gezeichneten Linie Wb gezogen. Der über diese Linien hinwegstehende Teil der Anode wird
sodann weggeschnitten.
Die obengenannte Ausführungsform der Erfindung
J5 wurde auf den Entwurf einer Anode für das Elektroplattieren
eines Stahlbandes mit einer hauptsächlich aus Chrom bestehenden Beschichtung angewendet, wobei
im Hinblick auf die Elektroplattierung ein Verfahren angewendet wurde, welches dem in der US-PS 36 42 587
beschriebenen Verfahren ähnelt. Auf den Inhalt der genannten amerikanischen Patentschrift sei hier nachdrücklich
verwiesen. Stahl-Bandmaterial mit einer Breite von 90,17 cm wurde durch ein Chrom-Plattierungsband
mit einer Geschwindigkeit von etwa 450 m/min hindurchgeführt Zu Beginn des Plattierungsvorganges
wurde über die gesamte Bandbreite mit rechtwinkligen Anoden von 96,52 cm Breite und
57,15 cm Länge gearbeitet, um das Beschichtungs-Gewichtsprofil nach Fig. 1 zu bestimmen. Eine mit dem
Auge vorgenommene näherungsweise Betrachtung der Steigungs-Umkehrpunkte des Profils zeigt, daß etwa
58,4 cm des Mittelabschnittes eine etwa gleichmäßige Beschichtung aufweisen, woraus sich die Länge Wb als
zu etwa 58,4 cm ergibt. Wie F i g. 2a zu entnehmen,
wurde dit Sirecke Wb aufgetragen und nach der Mitte
der Bodenkante der Anode ausgerichtet, worauf eine Linie von den Endpunkten der Strecke Wb zu jedem der
Mittelpunkte der Anodenseitenlinien gezogen wurde. (Diese Punkte lagen 28,57 cm von der Unterkante der
Anode entfernt.) Die Anode wurde dann längs dieser Linie zerschnitten, um so die in F i g. 2b gezeigte Gestalt
zu erhalten. Diese letztgenannte Anodengestalt (Fig. 2b) wurde dann bei der Fortsetzung des
Elektroplattierungsvorganges verwendet, wobei im
6' übrigen die gleichen Betriebsbedingungen herrschten,
die beim Arbeiten mit der herkömmlich gestallten Anode verwendet worden waren. Das Beschichtungs-Gewichtsprofil
des derart hergestellten Erzeugnisses ist
in Fig. 3 dargestellt. Das beschichtete Bandmaterial zeigte ein gleichmäßiges und glänzendes Aussehen. Das
Erreichen eines derartig gleichmäßigen Aussehens ist insbesondere bei der Herstellung der obengenannten
mit Chrom plattierten Gegenstände schwierig, da derartige Beschichtungen in der Regel aus einer sehr
dünnen Chrom-Metallschicht und einer dariiberliegenden Chromoxid-Schicht mil einer Dicke in der
Größenordnung von t mg/0,0929 m2 (etwa 0,015 um)
aufgebaut sind. Ist irgendein Teil (beispielsweise an den Kanten) der Oxidschicht beträchtlich dicker als etwa
2,0 mg/0.092t» m2, so zeigt dieser Teil eine bräunliche
Verfärbung, was dazu führt, daß das verfärbte Material für einen Großteil seiner Verwendungsgebiete nicht
mehr brauchbar ist. Ist andererseits die Oxidschicht an den Kanten dünn genug, um das angestrebte glänzende
Aussehen zu gewährleisten, so können sowohl die metallische Unterschicht als auch die darüberliegende
Oxidschicht im mittleren Abschnitt des Bandmaterials zu dünn sein, um die angestrebte Korrosionsbeständigkeit
und das Haftvermögen für Lacke u.dgl. zu gewährleisten.
Im Hinblick auf die Einfachheit ihrer Dimensionierung
stellt die vorstehend beschriebene Anode das bevorzugteste Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.
Es versteht sich jedoch, daß Abwandlungen in der Gestaltung zu entsprechenden Beeinflussungen der
ausgebildeten Plattierungsschicht führen. Das wesentliche Merkmal aller derartiger Abwandlungen muß darin
gesehen werden, daß sie für die elektrochemische Abscheidung an den Kantenbereichen des Bandmaterials,
welches eine urerwünscht große Dicke der Beschichtungsschicht zeigt, eine verringerte Zeitdauer
hervorrufen. Die Fig. 4a bis 4d zeigen Beispiele für
modifizierte Anodengestaltungen, welche innerhalb des Erfindungsgedankens liegen.
F i g. 4a zeigt, daß es nicht erforderlich ist, daß der rechtwinklige Abschnitt und der trapezförmige Abschnitt
die gleiche Lange besitzen. So kann die Länge des rechtwinkligen Abschnittes zwischen einer Länge
von etwa LJl bis 2/./J schwanken. In einem solchen
Fall entspricht die Länge des trapezförmigen Abschnittes der genannten Länge des rechtwinkligen Abschnittes
und schwankt dementsprechend von etwa 2Δ/3 bis L/3. F i g. 4b zeigt eine weitere Modif'kation, bei
welcher die gesamte benötigte Länge Ldurch getrennte
Anodenabschnitte aufgebracht wird, welche im Hinblick auf die Band-Vorschubgeschwindigkeit hintereinanderliegend
angeordnet sind.
Diese Figur läßt auch erkennen, daß der allgemein trapezförmig ausgebildete Anodenabschnitt auch oberhalb
des rechtwinkligen Abschnittes angeordnet sein kann. F i g. 4c zeigt, daß die Seiten der Abschnitte
durchaus etwas von der strengen Linearität abweichen können, während die F i g. 4d erkennen läßt, daß der
trapezförmige Abschnitt selbst (oder auch der rechtwinklige Abschnitt) in mehr als einen Unterabschnitt
zerfallen kann. Außerdem ist leicht zu erkennen, daß die kürzere Anodenkante Wb nicht notwendigerweise mit
der vorbestimmten Breite der gleichförmigen Plattierung übereinstimmen muß
Auf diese Weise können unerwünschte sogenannte Kante.ieffekte im wesentlichen vermieden werden,
sofern Wb näherungsweise gleich der Breite dieser gleichförmigen Plattierung ist. Es wird jedoch bevorzugt,
daß Wb um nicht mehr als 10% von dieser Breite gleichförmiger Plattierung abweicht.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zum kontinuierlichen elektrolytischen Aufbringen einer im wesentlichen metallischen
Beschichtung auf ein Metallband, bei welchem das Band in paralleler Ausrichtung nach einer im
wesentlichen rechtwinkligen Anodenfläche der Länge L und der Breite Wa, wobei Wa etwa gleich
der Breite des Bandes ist, durch einen Elektrolyten bewegt wird und zwischen Anode und Band eine
nach Größe und Zeitdauer zum Abscheiden einer im wesentlichen gleichmäßigen Beschichtung über eine
Bandbreite ausreichende Stromdichte angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus
zwei hintereinanderliegenden Abschnitten bestehende Anode verwendet wird, wobei der erste
Abschnitt eine allgemein rechtwinklige Gestalt mit der Breite Wa und einer Länge von L/3 bis 2L/3
besitzt und der zweite Abschnitt eine allgemein trapezförmige Gestalt mit einer entsprechenden
Länge vcn 2L/3 bis L/3 besitzt, wobei sich die
Breite des zweiten Abschnitts annähernd linear von einer Breite Wa auf eine Breite Wb verjüngt, und
daß die Breite Wb etwa gleich der vorbestimmten Breite der gleichförmigen Beschichtung ist, welche
mit Hilfe der rechtwinkligen Anode erzeugt worden ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anodenanordnung aus einer
einzigen Anode verwendet wird, bei der ein Ende des ersten Abschnittes mit der Breite Wa mit dem
Ende des zweiten Abschnittes von der Breite Wa zusammenfällt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Wa abmessui gsmäßig ausreichend
gewählt ist, um Schwankungen der Band-Vorschubrichtung aufzufangen und daß Wb durch die Länge
der vorbestimmten Breite gleichförmiger Beschichten multipliziert mit einem Faktor von 0,9 bis 1,1
bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Bandmaterials
zwischen den im wesentlichen parallelen Fläciren zweier derartiger Anodenanordnungen entlang
bewegt wird, während das Beschichtungsmetall auf beide Bandoberflächen elektrolytisch aufgebracht
wird.
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |