DE2619987A1 - Elektrochemisches behandlungsverfahren und vorrichtung zu seiner durchfuehrung - Google Patents

Description

Elektrochemisches Behandlungsverfahren und Vorrichtung zu seiner Durchführung

Die Erfindung betrifft ein chemisches oder elektrochemisches Behandlungsverfahren und bezieht sich insbesondere auf das Ueberziehcn der Oberfläche eines Gegenstandes mit Netall in einem Elektrolytbad. Gegenstand der Erfindung ist auch eine zur Durchführung des erfindungs'gemässen Verfahrens geeignete Vorrichtung.

Bekannte elektrolytische Ueberziehungsverfahren haben verhültningsmössig viele sowohl technische als auf die Umgebung einwirkende Nachteile. Von den technischen Nachteilen sind die unebene Dicke der Ueberziehung, ihr langsamer Zuwachs, ihre schlechte Dichtigkeit und schlechte Anheftung die wichtigsten. Die grössten Schwierigkeiten erbietet der ungleichmässige Zuwachs der Ueberziehung, weil leicht nicht gewünschte Zuwachsstellen auftreten, wo die Ueberziehung gar zu schnell wächst.

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Mit Rücksicht auf die Umgebung und den Arbeitsschutz verursachen die reichliche Gas- und Dampfentwicklung die grössten Schwierigkeiten. Die entwickelten Gasen und Dämpfe sind giftig und verursachen Berufskrankheiten .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zu schaffen, wodurch die Nachteile der bekannten Verfahren zum grössten Teil vermied™ werden können. Die Lösung der Aufgabe geschieht nach der Erfindung durch ein Verfahren der eingangs angegebenen Gattung, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Ueberziehungsprozess in einem Raum stattfindet, der unter Unterdruck steht.

Weitgehende Versuche haben gezeigt, dass das erfindungsgemässo Verfahren, das grundsätzlich eine elektrolytische Ueberziehung bei Unterdruck ist, eine Menge von unerwarteten Vorteilen gibt. Die Qualität der Ueberziehungsschicht wird beträchtlich verbessert und die normalerweise entwickelten Nebeldämpfe werden schon bei einem Druck von nur 0,85 ata von dem in einem Kreislauf strömenden Elektrolyt aufgenommen. Da die Nebeldampfmenge auch von dem verwendeten Elektrolyt und von der Stromdichte abhängig ist, empfiehlt es sich einen grcsseren Unterdruck zu verwenden, das heisst einen Druck der kleiner ist als 0,8 ata.

Besonders vorteilhaft ist es, dass nur der eigentliche Prozessraum unter Unterdruck steht, und dass die Elektrolytflüssigkeit durch diesen Raum fliesst. Dabei kann das Kreislaufsystem ausgenützt werden um eine geignete Kühlung oder Erwärmung zu bewirken. Es ist auch möglich eine Vorrichtung zu verwenden, wo ein Flüssigkeitsumlauf nicht stattfindet, und wo

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der Aufbewarungsraum der Elektrolytflüssigkeit gleichzeitig als Prozessraum dient.

Es ist ferner möglich und in gewissen Fällen besonders vorteilhaft das Verfahren und die verwendeten Vorrichtungen so zu vereinfachen, dass der Prozessraum dadurch gebildet wird, dass ein oben geschlossenes und unten offenes Fass in der Elektrolytflüssigkeit eines Elektrolytbehälters unter der Flüssigkeitsspiegel eingetaucht gehalten wird, und dass der Innere des genannten Fasses mit einer Unterdrucksquelle verbunden wird, so dass das Fass bis zu einer gewünschten Höhe durch dem darin gebildeten Unterdruck mit Elektrolytflüssigkeit gefüllt wird. Durch dieses Verfahren kann eine herkömmliche Behandlungsanlage sehr leicht für die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens umgeändert werden. Der Elektrolytbehälter kann gleichzeitig als Verratsbehälter dienen, so dass nur ein Behälter erforderlich ist.

Wie sich ergeben hat, ist es nicht notwendig, dass der grösste Unterdruck in dem eigentlichen Prozessraum ausgebildet wird. Die Hauptsache ist, dass der Elektrolyt durch einem Raum fliesst, wo der Druck ausreichend niedrig ist. Hierdurch wird die Entwicklung von Nebeldampf und schädlichen Gasen vermieden, was schon an sich sehr vorteilhaft ist. Die Entwirkung des Unterdrucks auf dem elektrochemischen Prozess wird selbstverständlich kleiner wie kleiner der Unterdruck ist, aber da eine herkömmliche Qualität in den meisten Fällen völlig ausreichend ist bei Ueberziehungsarbeiten, kann das erfindungsgemässe Verfahren auch wie oben beschrieben verwendet werden. Dabei kann man sich die auf die Umgebung einwirkenden Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens im vollen Umfang mit einfachen Vorrichtungen und wenigem Aufwand zu Nutzen machen.

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Gute Ergebnisse könne erzielt werden schon wenn der Höhenunterschied zwischen dem freien Flüssigkeitsspiegel im Elektrolytbehälter und dem höchsten Punkt des unter Unterdruck stehenden Kreislaufes etwa 1,5 m ist. Der höchste Punkt des Kreislaufes kann ausserhalb des Prozessraumes belegen sein. Es ist vorteilhaft am oberen Ende des Prozessraumes ein Luftkissen zu bilden, so dass erforderliche Kabeldurchführungen für den Stromzufuhr so verlegt werden können, dass sie nicht direkt in Berührung mit der Elektrolytflüsigkeit kommen. Dadurch wird es einfacher die Dichtungsprobleme der Kabeldurchführungen zu beherrschen.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignete Vorrichtung umfasst einen Auf bewaru'ngsbehälter für Elektrolytflüssigkeit, eine Unterdruckkammer und eine Schläüsevorrichtung, durch welche die Flüssigkeit von der Unterdruckkammer zurück in den Aufbewarungsbehälter geleitet werden kann. Die Schläüsevorrichtung kann einer an sich bekannten Bauart sein, z.B. grundsätzlich so aufgebaut wie die in Rohrmelkanlagen verwendeten Schläusevorrichtungen. Die Elektrolytflüssigkeit kann von dem Verratsbehälter in die Unterdruckkammer direkt mit Hilfe des Unterdrucks gesaugt werden, aber die Flüssigkeit kann auch gepumpt werden.

Bei einer elektrolytischen Ueberziehung steigt die Temperatur der Elektrolytflüssigkeit, so dass gewöhnlicherweise eine Kühlung der Flüssigkeit erforderlich ist. In einer erfindungsgemässen Vorrichtung kann die Kühlung z.B. so durchgeführt werden, dass zwischen der Unterdruckkammer und der Schläuseanordnung ein Wärmeaustauscher eingeschaltet ist, durch dem die Elektrolytflüssigkeit strömt. Möglicherweise muss auch der Verratsbehälter gekühlt werden oder in

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bestimmten Fällen gewärmt werden. Um die gewünschte Temperatur zu erhalten kann der Verratsbehälter mit geeigneten Temperaturregulierungsvorrichtunpen versehen werden. Diese Vorrichtungen werden vorzugsweise zu demselben Kühlflüssigkeitssystem angeschlossen als der Wärmeaustauscher des Elektrolytkreislaufes.

Eine erfindungsgemässe Vorrichtung kann auch mit mehreren, vorzugsweise verschieden grossen Unterdruckskammern versehen werden für die Behandlung von Gegenständen verschiedener Grosse. Die Vorrichtung kann so aufgebaut sein, dass die verschiedenen Unterdruckkammer gleichzeitig oder alternativ verwendet werden können.

Es ist ferner möglich die Vorrichtung so weiterzuentwickeln, dass Spülungen des Arbeitsgegenstände in derselben Anordnung als die eigentliche Behandlung durchgeführt werden können. Die für die Spülung erforderliche Flüssigkeit kann in einem oder mehreren Behältern aufbewahrt werden. Ein solcher Behälter kann zu dem Kreislauf der Elektrolytflüssigkeit angeschlossen werden, und zwar so, dass der Elektrolytbehälter dabei von dem Kreislauf ausgeschaltet und der Spühlflüssigkeitsbehälter an Stelle des Elektrolytbehälters eingeschaltet wird. Die Spihlflüssigkeit wird dann in derselben Weise als die Elektrolytflüssigkeit den Kreislauf durchfliessen und die Arbeitsgegenstände werden in dem Prozessraum gespühlt. Die Ausschaltung des Elektrolytbehälters und die Einschaltung des Spühlflüssigkeitsbehälters kann durch Umstellung in geeigneter Weise angeordneten Dreiwegventilen bewirkt werden.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher und beispielsweise beschrieben. Es veranschaulichen Schematisch

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- Figur 1 eine Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung

- Figur 2 eine Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, und

- Figur 3 eine Darstellung einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

In Figur 1 bezeichnet 1 den Verratsbehälter des Elektrolyts, 2 einen kleineren Prozessraum und einen grösseren Prozessraum. Von dem Verratsbehälter 1 führt ein Verbindungsrohr 4 zu dem kleineren Prozessraum 2. Durch dieses Rohr wird der Elektrolyt von dem Verratsbehälter 1 in den Prozessraum 2 gesaugt, und setzt seinen Kreislauf fort durch ein Rohr 5 und ein Dreiwegventil B zu einem Wärmeaustauscher 7, wo im Bedarfsfall eine Kühlung der umlaufenden Flüssigkeit stattfindet. Von dem Wärmeaustauscher 7 setzt die Flüssigkeit ihren Kreislauf fort zu der oberen Kammer 9 einer Schläusevorrichtung 8. Die umlaufende Flüssigkeit steht immer noch Unterdruck weil eine Vakuumpumpe 10 an der oberen Kammer 9 der Schläusevorrichtung angeschlossen ist. Von der oberen Kammer 9 fliesst die Flüssigkeit durch ein Rückschlagventil 11 und ein Rohr 12 zu der unteren Kammer 13 der Schläusevorrichtung 8, wenn diese Kammer unter Unterdruck steht. Nachdem die Kammer 13 zu einem bestimmten Niveau gefüllt worden ist unterbricht die Automatik der Schläusevorrichtung die Verbindung 14 zwischen der unteren Kammer 13 und der Vakuumpumpe 10 und verbindet die untere Kammer mit der Atmosphäre. Dabei fliesst der Elektrolyt durch das Rohr 15 zurück in den Verratsbehälter

Der Elektrolyt kann auch durch das Verbindungsrohr 16 in den grösseren Prozessraum 3 gesaugt werden und von dort weiter durch das Rohr 17 und das Dreiwegventil 6 zu dem Wärmeaustauscher 7 und der

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Schläusevorrichtung 0. Der gewünschte Kreislauf wird durch Einstellung des Dreiwegventils B gewählt. Das Ventil G kann auch so gebaut sein, dass das Elektrolyt gleichzeitig sowohl den kleineren als den grösseren Prozessraum durchströmt.

Zu der gezeigten Vorrichtung gehört ein geschlossener Kühlflüssigkeitskreis 18, der eine Expansionsbehälter 19 und einen mit einem Gebläse 20 versehenen Kühler 21 umfasst. Die Anordnung umfasst auch eine Umlaufpumpe 22 und erforderliche Hilfsanordnungen wie z.B. Absperrventile 23 und Rückschlagventile 24. Die Kühlflüssigkeit fliesst durch den Wärmeaustauscher 7 und im Bedarfsfall auch um oder durch den Verratsbehälter 1. Bisweilen, z.B. am Anfang einer Behandlung, kann die Temperatur des Elektrolyts zu niedrig sein, wobei eine Erwärmung erforderlich ist. Eine elektrische Wärmeanlage 25 besorgt die erforderliche Erwärmung.

Der Ueberziehungsprozess geschieht in der Behandlungskammer 2 oder 3, gewchnlicherweise unter Einwirkung einer äusseren Stromzufuhr. Die Stromzufuhr geschieht durch die Kabel 2G und 27. Grundsätzlich ist die Behandlung ein gewöhnlicher elektrolytischer Ueberziehungsprozess, aber der Prozess findet in einem Raum statt, der unter Unterdruck steht.

In der Ausführungsform gemäss Figur 2 ist der Prozess-Raum 2 von einem oben geschlossenen und unten offenen in die Flüssigkeit eines Elektrolytbehälters 1 eingetauchten Fass 33 gebildet. Da der Prozessraum 2 an einer Vakuumpumpe 10 angeschlossen ist, steigt der Wasserspiegel der Elektrolytflüssigkeit 34 im Prozessraum 2 zu einer gewünschten Höhe. Von dem Prozessraum 2 strömt der Elektrolyt weiter durch ein Rohr 5 zu einer Schläusevorrichtung 8 und von dort zurück durch das Rückflussrohr 15 zu dem Elektrolytbehälter 1. Die

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Figur zeigt auch ganz schematisch Stromzufuhrkabeln 26 und 27, ihre Durchführungen 40, Elektroden 41 und ein Arbeitsstück 42. Bei den Durchführungen 40 hat sich ein Luftkissen 43 gebildet, so dass die Kabeldurchführungen nicht direkt von der Elektrolytflüssigkeit beeinflusst werden.

Die in Figur 3 gezeigte Vorrichtung entspricht im wesentlichen der Vorrichtung gemäss Fig. 1. Sie ist jedoch mit einer Spühlwasserbehälter 45 ergänzt, die mit Hilfe der Dreiwegventile 46 und 47 zu dem Kreislauf der Elektrolytflüssigkeit angeschlossen werden kann, an Stelle des Elektrolytbehälters 1. Wenn diese Einschaltung geschient, strömt die Spühlflüssigkeit von dem Behälter 45 durch das Rohr 48 und das Dreiwegventil 46 zum Prozessraum 2 wo das Arbeitsstück gespühlt wird. Der Kreislauf setzt fort in normaler Weise durch das Rohr 5, die vorrichtung Q, das Rückflussrohr 15, das Dreiwegventil 47 und das Rohr 49 zurück zum Spühlwasserbehälter 45. Diese Ausführungsform der Erfindung gibt den Vorteil, dass die überzogenen Arbeitsstücke nicht von dem Prozessraum herausgenommen werden müssen um gespühlt zu werden. In dieser Weise kann die Spühlung sehr schnell und mit geringem Arbeitsaufwand durchgeführt werden.

Als ein Beispiel der Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens in einem Ueberziehungsprozess kann die folgende Hartverkromungsbehandlung angeführt werden. Als Elektrolyt wird ein s.g. selbstregelnder Elektrolyt verwendet (SRHS] und die Temperatur wird gemäss den Weisungen des Elektrolytherstellers geregelt. Bei einem Druck von 0,65 ata kann die Stromdichte bis 100 A/dm erhöht werden. Trotzdem erhält man eine sehr dichte und ebene Ueberziehungsschicht.

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Als ein Beispiel der Prozessbedingungen kann angeführt werden: Elektrolyt SRHS 110, Temperatur 60°C, Druckdifferenz 35 mmHg, Stromdichte BO A/dm und Erzeugnis ein gusseiserne Zylinder, 100x100 mm.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung und in den nachfolgenden. Patentansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen unter einander für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   Ii Chemisches oder elektrochemisches Verfahren für die Lieberziehung der Oberfläche eines Gegenstandes mit fletall in einem Elektrolytbad, dadurch gekennzeichnet, dass der eigentliche Ueberziehungsprozess in einem Raum stattfindet, der unter Unterdruck steht.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in dem genannten Raum höchstens 0,85 ata, vorzugsweise höchtens 0,6 ata ist.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytflüssigkeit durch den Prozessraum fliesst, wobei die Kreislaufvorrichtung gleichzeitig für Kühlung oder Erwärmung der Elektrolytflüssigkeit ausgenützt wird.

   4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessraum dadurch gebildet wird, dass ein oben geschlossenes und unten offenes Fass in der Elektrolytflüssigkeit eines Elektrolytbehälters unter dem Flüssigkeitspiegel eingetaucht gehalten wird, und dass der Innere des genannten Fasses mit einer Unterdrucksquelle verbunden wird, so dass das Fass bis zu einer gewünschten Hohe durch dem darin gebildeten Unterdruck mit Elektrolytflüssigkeit gefüllt wird.

   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Elektrolytbehälter gleichzeitig als VerratsbehMlter für Elektrolytflüssigkeit dient. .

   B. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Höhenunterschied zwischen dem freien Flüssigkeitsspiegel im Elektrolytbehälter und

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   dem höchsten Punkt des unter Unterdruck stehenden Kreislaufes etwa 1,5 m oder grosser ist.

   7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftkissen am oberen Ende des Prozessraumes gebildet wird und dass erforderliche Kabeldurchführungen in dem Teil des den Prozessraum bildenden Fasses angeordnet sind, wo das Luftkissen sich befindet.

   Q.Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der obenstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Elektrolytbehälter (1) eine Unterdruckkammer {2,3) und eine Schläusevorrichtung (B) umfasst, die die von dem Elektrolytbehälter (1) zu der Unterdruckkammer (2,3) ge-strömte Flüssigkeit zurück zu-dem Elektrolytbehälter (1) strömen lässt.

   9. Vorrichtung nach Anspruch B, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Unterdruckskammer (2,3) und die Schläusevorrichtung (B) ein Wärmeaustauscher (7) angeordnet ist, womit die Temperatur der umlaufenden Elektrolytflüssigkeit zu einem gewünschtem Wert reguliert werden kann.

   10. Vorrichtung nach Anspruch B oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolytbehälter (1) mit einer Temperaturregulierungsvorrichtung (1Θ-25) versehen ist.

   11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche B-IO, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Wärmeaustauscher (7) od. dgl. an demselben Kühlsystem (20.-21) angeschlossen sind.

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   12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8-11, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens zwei verschieden grosse Unterdrucks kammer (2,3) umfasst, in denen Wechselweise oder gleichzeitig verschieden grosse Gegenstände behandelt werden könen.

   13. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 8-12, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen oder mehrere Spüttüflüssigkeitsbehälter (45) umfasst die an dem Elektrolytkreislauf (2,5,8,15) der Vorrichtung anschliessbar sind, so dass der Elektrolytbehälter (1) dabei von dem Kreislauf ausgeschaltet wird und ein oder mehrere Spühlglüssigkeitsbehälter (45) an Stelle des Elektrolytbehälters eingeschaltet werden, wobei die Spütiflüssigkeit in dem genannten Kreislauf (2,5,8,15) strömt.

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