DE2510092A1

DE2510092A1 - Verfahren und vorrichtung zur elektroplattierung

Info

Publication number: DE2510092A1
Application number: DE19752510092
Authority: DE
Inventors: Takahiko Inuzuka; Motochika Ishibashi; Tetsuo Maegawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1974-03-13
Filing date: 1975-03-07
Publication date: 1975-09-25
Also published as: DE2510092B2; JPS5159729A; US3933601A

Description

ME-216 (F-I313)

MITSUBISHI DEITKI KABUSHIKI KAISHA, Tokyo , Japan

Verfahren und Vorrichtung zur Elektroplattierung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ultraschall-Elektroplattierung von langen Werkstücken, z.B. von Walzen, v.^ro"bei mit Ejektion des Elektrolyten und Blasenbildung im Elektrolyten gearbeitet wird.

Es ist bekannt, die Elektroplattierung mit rotierendem Substrat durchzuführen, so dai3 eine gleichförmige Abscheidung und eine glatte Oberfläche im Falle eines dicken Überzugs erreicht wird. Dieses Verfahren wird z. B. zur Elektroplattierung von Walzen angewandt. Bei der Rotation des Substrats wird jedoch die elektrolytische Lösung rund um das Substrat in einer wellenförmigen Bewegung in gleicher Richtung wie das Substrat gedreht, so daP eine ungleichförmige Abscheidung stattfindet. Dabei bildet sich auf der Oberfläche des Substrats ein Wellenmuster aus. Es ist daher erforderlich, das Produkt einer Polier- oder Abriebbehandlung zu unterziehen.

Ee ist somit Aufgabe der vorliegenden Ξ-rfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Elektroplattierung von Werkstücken, ζ. B. von Walzen, zu schaffen, welches bei hoher Elelztroplattier-Geschwindigkeit bei verschiedensten Metallen zu einem hoher. Glanz und einer gleichmäßigen glatten Oberfläche führt, ohne da5 eine rolier- oder Abriebbehandlung erforderlich ist.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Elektroplattierungsverfahren gelöst, bei dem ein rotierendes Substrat in eine Elektrolytlösung eintaucht und bei dem eine Behandlung mit Ultraschallwellen vorgenommen wird, wobei eine Bläschen enthaltende Elektrolytlösung in einer Richtung ejiziert oder eingedüst wird, welche der Rotationsrichtung des Substrats entgegengesetzt ist, so daß eine Fluktuation der Elektroabscheidung aufgrund einer Wellenbewegung der Elektrolytlösung aufgrund der Drehung des Substrats verhindert wird und wobei die Zeitdauer für die Elektroplattierung erheblich verkürzt wird. Auf diese Weise wird die Ausbildung eines Oberflächenmusters aufgrund einer stehenden Welle der Ultraschallquelle vermieden. Es entsteht ein Überzug mit einer ausgezeichneten Härte und einer großen Abriebfestigkeit und einer großen Haftfestigkeit und mit einer dichten glänzenden Struktur.

Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens umfaßt einen Bläschenerzeuger zur Einführung von Bläschen in die Elektrolytlösung und einen Ejektor zum ejizieren oder eindüsen der Bläschen enthaltenden Elektrolytlösung,und zwar in einer Richtung, welche der Rotationsrichtung des Substrats entgegengesetzt ist. Vorzugsweise ist die Ejektionsrichtung der Elektrolytlösung veränderbar, so daß man eine optimale Strömung der ejizierten Elektrolytlösung relativ zum Substrat je nach der Größe des Substrats einstellen kann. Vorzugsweise ist die Zufuhrrate der ejizierten Elektrolytlösung einstellbar, so daß die optimale Strömungsmenge der Elektrolytlösung zur Erzielung einer gleichförmigen Verteilung eingestellt v/erden kann, und zwar ^e nach GröSe und Rotationsgeschv/indigkeit des Substrats.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

?ig. 1 eine Draufsicht der erfindungsgemäSen Zlektroplattiervorrichtur.r;

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Fig. 2 eine teilweise im Schnitt gezeigte Frontansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 1 und Fig. 4 eine schematische Darstellung der Positionen der Ejektionsrohre.

Die Figuren 1 Ms 3 zeigen eine Hochgeschwindigkeits-Elektroplattiervorrichtung, "bei der Ultraschallwellen angewandt werden können und welche sich dazu eignet, lange Walzen mit einem dicken Überzug zu versehen.

In den Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine elektrolytische Zelle, welche mit einer Elektrolytlösung 2 gefüllt ist. An der Innenseite der elektrolytischen Zelle 1 sind Anoden 3 und Ultraschallgeneratoren 4 alternierend angeordnet. DaB Bezugszeichen 5 bezeichnet ein Substrat, z. B. eine lange Walze, welche auf einer Halterung 6 befestigt ist. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Antriebsvorrichtung zur Drehung des SubBtrats 5 gemäß der Pfeillinie A in Fig. 3, und zwar über eine Kupplung 8. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet ein Filter zum Filtrieren der im Kreislauf gemäß der voll ausgezogenen Pfeillinie geführten Elektrolytlösung. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet einen Bläschenerzeuger in einer Rohrleitung für die im Filter 9 filtrierte Elektrolytlösung. In dem Bläschenerzeuger werden dem Filtrat Bläschen beigemischt, Das Bezugszeichen 11 bezeichnet ein Nadelventil des Bläschenerzeugers, welcher die Zufuhrgeschwindigkeit der luft und die Bläsehengröße regelt. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet ein Ejektionsrohr für das zurückgeführte Filtrat, und zwar unterhalb dem Substrat 5. Das Ejektionsrohr dient der Ejektion oder Eindüsung der Elektrolytlösung, in welche die im Bläschenerzeuger 10 gebildeten Bläschen eingeschlossen sind. Die Elektrolytlösung wird dabei in Richtung auf das Substrat eingeführt, und zwar in entgegengesetzter Richtung zur Drehrichtung des Substrates 5. In dem Ejektionsrohr 12 sind gemäß Fig. 12 schlitzförmige Ejektionsdurchgänge 13 ausgebildet.

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Das Bezugszeichen 14 bezeichnet eine Einrichtung zur Winkelverstellung, so daß der Ejektionswinkel des Ejektionsrohrs 12 gemäß Fig. 4 eingestellt werden kann. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet ein Ventil zur Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit, und zwar vor dem Einlaß des Filters 9. Dieses Ventil dient zur Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit der aus dem Ejektionsrohr 12 austretenden Elektrolytlösung.

In der beschriebenen Apparatur wird die Elektrolytzelle mit Ultraschallwellen-Behandlung betrieben, so daß der Ionenkonzentrationsgradient und die Polarisation rund um die Anode und das Substrat durch die Ultraschallschwingungen und durch den Rühreffekt der Kavitation herabgesetzt werden, so daß die maximal zulässige Stromdichte erheblich heraufgesetzt werden kann. Es werden Elektroplattierungsüberzüge mit ausgezeichneten Eigenschaften erzielt und der elektrische Strom wird sehr gut ausgenützt und die Gleichförmigkeit des Überzugs wird verbessert. Ferner wird die Porosität des Überzugs herabgesetzt. Man erhält einen Überzug aus dichten kristallinen Teilchen und man erzielt eine große Elektroplattierungs-Geschwindigkeit.

Die Elektrolytlösung wird im Filter 9 filtriert und dann im Bläschenerzeuger 10 mit Bläschen versetzt. Die Bläschen enthaltende Elektrolytlösung wird durch das Ejektionsrohr 12 gemäß der Pfeillinie B der Figuren 2 und 3 ejiziert, so daß eine gleichförmige Ejektionsströmung gebildet wird. In diesem Falle sind gemäß Fig. 3 die Bläschen gleichförmig in der elektrolytischen Lösung verteilt, so daß die Bläschen 16 in Form eines Vorhangs aufsteigen. Die Bläschen 16 bewirken eine erzwungene irreguläre Reflexion der vom Ultraschallgenerator 4 erzeugten Ultraschallwelle, so daß die Bildung einer stehenden Welle durch die Ultraschallwelle verhindert wird. Auf diese Weise erhält man eine Elektroplattierung mit ausgezeichneter Härte, großem Glanz und glatter Oberfläche, welche kein Streifenmuster und kein Punktmuster aufgrund einer stationären Welle aufweist. Gemäß Fig. 3 wird die Elektrolyt-

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lösung, welche Bläschen enthält, gleichförmig aus dem Ejektionsrohr 12 in Richtung auf das Substrat 5 hin ejiziert, und zwar in Richtung der Pfeillinie B. Die Ejektionsrichtung ist der Rotationsrichtung des Substrats 5 entgegengesetzt (entgegen der Richtung der Pfeillinie A). Hierdurch wird eine wellenförmige Bewegung der Elektrolytlösung rund um das Substrat relativ zur Rotationsrichtung des Substrats verhindert, so daß Fluktuationen der Elektroabscheidung aufgrund einer solchen Wellenbewegung der Elektrolytlösung vermieden werden. Mit Hilfe der Winkeleinstellvorrichtung 14 kann der Winkel der Ejektionsströmung des Ejektionsrohrs 12 gemäß Pig. 4 eingestellt werden. Somit" kann die optimale Ejektionsposition für das jeweilige Substrat durch Einstellung des Winkels der Ejektionsströmung je nach den Abmessungen des Substrats 5 eingestellt werden.

Die Strömungsgeschwindigkeit der Elektrolytlösung durch das Ejektionsrohr 12 kann mittels des Ventils 15 gesteuert werden. Ferner kann die Rotationsgeschwindigkeit des Substrats 5 eingestellt werden. Somit kann die Elektrolytlösung mit der für das jeweilige Substrat optimalen Strömungsgeschwindigkeit ejiziert werden, so daß jegliche Wellenbewegung der Elektrolytlösung rund um das Substrat vermieden wird.

Die ejizierte Elektrolytlösung wird durch ein Filter geführt und dann der elektrolytischen Zelle wieder zugeführt. In der Filteranlage wird die Elektrolytlösung auch mit den Bläschen versetzt. Somit kann erfindungsgemäß der Vorgang der Filtrierung des Elektrolyten, der Vorgang der Bläschenbildung und der Vorgang der Ejektion kombiniert werden. Die Bläschen können der Elektrolytlösung in der Rückführleitung zugeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Bläschen direkt einzuführen, indem man Luft aus einer Luftdüse in die sich in der elektrolytischen Zelle befindlichen Elektrolytlösung einführt, und zwar vorzugsweise in die Ejektionsströmung der Elektrolytlösung.

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Zur Bildung von Bläschen kann man sowohl Luft als auch ein anderes Inertgas verwenden. Die Ejektionsrichtung der Elektrolytlösung verläuft gegen die Rotation des Substrats und insbesondere genau entgegengesetzt dieser Rotation.

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Claims

- 7 -PATENTANSPRÜCHE

1J Verfahren zur Elektroplattierung eines rotierenden Substrats unter Anwendung von Ultraschall, dadurch gekennzeichnet, daß man die Elektrolytlösung entgegen der Rotationsrichtung des Substrats ejiziert und in die Elektrolytlösung Bläschen einführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ejektionsrichtung der Elektrolytlösung zur Erzielung einer optimalen Strömung eingestellt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit der ejizierten Elektrolytlösung zur Erzielung einer optimalen Strömung eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolytlösung im Kreislauf geführt wird und daß die Bläschen in die zurückgeführte Elektrolytlösung eingeführt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 "bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bläschen vor oder hinter der Filtrierstufe in die Elektrolytlösung eingeführt werden.
6. · Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einer elektrolytischen Lösung in einer Elektrolytzelle, mit einer Antriebseinrichtung für die Drehung des Substrats und mit einer Einrichtung zur Erzeugung von Ultraschallwellen, gekennzeichnet durch einen Bläschenerzeuger (10) zur Einführung von Bläschen in die Elektrolytlösung und durch einen Ejektor (12) zur Ejektion der Elektrolytlösung (2) in Richtung auf das Substrat (5) und entgegen der Rotationsrichtung des Substrats (5).

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7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Ventil (15) zur Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit der aus dem Ejektor (12) ejizierten Elektrolytlösung. ·
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (14) zur Einstellung des Ejektionswinkels der Elektrolytlösung relativ zum Substrat.
9. Vorrichtung nach einem der Anspräche 6 bis 8, gekennzeichnet durch einen rohrförmigen Ejektor (12) mit dem Substrat (5) zugewandten Ejektionsdurchgängen (13).
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige E j ekt ions einrichtung (12) in der Elektrolytlösung unterhalb des Substrats (5) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, gekennzeichnet durch ein Filter (9) zum Filtrieren der rückgeführten Elektrolytlösung.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil zur Steuerung der Strömungsgeschv/indigkeit des Elektrolyten am Einlaß des Filters (9) angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ejektor (12) schlitzförmige Ejektionsdurchgänge (13) aufweist.

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