DE2844708C2

DE2844708C2 - Verfahren zur kontinuierlichen Galvanisierung eines Bandes aus porösem, nichtleitendem Material

Info

Publication number: DE2844708C2
Application number: DE19782844708
Authority: DE
Inventors: Eiji Itami Hyogo Kamijo; Kazuhito Osaka Murakami; Katsuto Itami Hyogo Tani
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1978-10-13
Filing date: 1978-10-13
Publication date: 1982-06-24
Also published as: DE2844708A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen Galvanisierung eines Bandes aus porösem, nichtleitendem Material, wobei das Band zunächst elektrisch leitfähig gemacht und danach in mehreren, elektrolytischen Bädern mit außerhalb der Bäder angeordneten. Strom führenden Vorschubwalzen galvanisiert wird.

Bei der Herstellung eines galvanischen Überzuges auf einem porösen Band ist ein gleichmäßiger Niederschlag in seinen Puren erforderlich. Die Schwierigkeit der Erreichung dieses gleichmäßigen Niederschlags entsteht dadurch, daß sich die Stron. Jichte in Richtung der Dicke des Bandes ändert, d. h. von der Oberfläche des Bander- zu seiner inneren Schicht. Je größer der spezifische Widerstand der elektrisch leitenden Schicht auf der Oberfläche des porösen Bandes ist, um so größer ist der Spannungsabfall an dessen innerer Schicht.

Somit ist die Stromdichte an der Oberflächenschicht größer als an der inneren Schicht. Daher v/erden freigegebene Metallionen hauptsächlich auf der Oberflächenschicht niedergeschlagen, während sie an der inneren Schicht knapp sind. Diese Erscheinung tritt nicht nur aufgrund des spezifischen Widerstands der elektrisch leitenden Schicht auf, sondern auch aufgrund der Widerstandsdifferenz des Elektrolyten, resultierend aus dem Abstand zwischen der Kathode und der Anode und aufgrund der Polarisierung an der Grenzfläche zwischen der Kathode und dem Elektrolyt.

Wenn das Stromdichteverhältnis an der Oberflächenschicht zur Stromdichte an der inneren Schicht zu groß ist. werden der Unterschied in der Galvanisierungsdicke zwischen der Oberflächenschicht und der inneren Schicht und die Dichteveränderung in Richtung der Produktdicke übermäßig groß.

Auch wenn der spezifische Widerstand der elektrisch leitenden Schicht zu groß wäre, würde der Spannungsabfall am gerade galvanisierten Band übermäßig groß und die Badspannung würde extrem ansteigen. Dies macht eine Steuerung der Stromdichte erforderlich. Somit karin zum Galvanisieren von elektrisch nicht leitenden, porösen Bändern nur ein Zehntel bis ein Hundertstel der normalerweise zum Galvanisieren gewöhnlicher Platten oder Drähte verwendeten Stromdichte verwendet werden.

Im allgemeinen werden zur komtinuierlichen Galvanisierung einer Kathode in Bandform Vorschubrollen außerhalb des Bades für die Lieferung von Strom verwendet. Ein derartiges, herkömmliches Verfahren ist geeignet für Metallbänder mit einem sehr geringen, spezifischen Widerstand. Wenn es aber zur Galvanisierung eines porösen Bandes verwendet würde, welches einen spezifischen Widerstand mit dem 10³ bis 10⁵fachen desjenigen derartiger Metallbänder hat, würde das

ίο Gerüst des porösen Bandes einen Widerstand darstellen, welcher einen hohen Spannungsabfall verursacht und eine große Veränderung der Stromdichte in waagrechter Richtung erzeugt. Bei derartigen Produkten ist damit die Produktionskapazität sehr niedrig, da die verwendete Stromdichte begrenzt ist

Als Stand der Technik, von dem die vorliegende Erfindung ausgeht, ist bereits ein Verfahren zur kontinuierlichen Galvanisierung eines Bandes aus porösem, nichtleitendem Material bekannt (DE-OS 16 96 090). Hierbei werden zwei Stufen verwendet, wobei in der ersten Stufe das Band zunächst elektrisch leitfähig gemacht wird und danach in der zweiten Stufe in mehreren, elektrolytischen Bädern mit außerhalb der Bäder angeordneten Strom führenden Vorschubwalzen

2'> galvanisiert wird. Nachteilig ist hierbei der hohe spezifische Widerstand beim Galvanisieren, was zu einer geringen Produktionskapazität führt Der Vorschub des poröse i Bandes ist hierbei r.achteiligerweise relativ gering.

Weiterhin ist ein Verfahren bekannt, bei welchem drei Verfahrensschritie erforderlich sind: Nichtelektrischer Auftrag, Wärmeeinwirkung, Elektrolysebad (GB-PS 10 13 674). Nichte;! ist hierbei der hohe bauliche Aufwand Außerdem kann das zu behandelnde Band Risse bekommen infolge der sehr »tarken Wölbung um die einzelnen Walzen bei der Durchführung der Verfahrensschnue. Daher ist dieses Verfahren nur für Gewebe anwendbar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es. ausgehend

ίο von dem eingangs genannten Ve^rfahren. eine Erhöhung der VorschubgeschWind^eit uno der ArbeiHstrom dichte zu erzielen

Diese Aufgabe wrd erfir,dor.^^cg?ir.aß dadurch gelost, daß zusätzlich \<it dem F.inlai.' des Bande-, in die elektrolytischen Kader das Band in en^er B< nihnjng mit mindestens cinei ι c<r ·.'ek'r.i.vt'SL'hes Bad getauchten sich bewegender« ir.minel oder Bjndkatnode durch dieses BaJ bewegt wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daü durch einen weiteren galvanischen Verfall rensschritt die Herabsetzung des spezifischen Widerstatides des leitend gema'hten Bandes durchgeführt wird. Damit erhöht sich auf einfache Weise erheblich der Vorschub, d. h d:e Produktionskapazität und die Arbeitsstromdichte. Erfindungsgemäß läßt sich dadurch vorteilhafterweise ein sogenanntes Schaum-Metall mit 98% Porosität herstellen

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können vor dem Einlauf des Bandes in die elektronischen Bäder beide Seiten des Bandes abv/echselnd in enge Berührung mit mehreren, sich in elektrolytischen Bädern bewegenden Kathoden gebracht werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Aüsführungsbeispieleri näher beschrieben. In der Zeichnung zeig)

Fig. 1 eine schemaliische Gesamtansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens;

Fig,2 eine Teilansicht des erfindungsgemäßen Verfahrens;

F i g. 3 und 4 weitere Ausführungsmögiichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens;

F i g. 5 eine vergrößerte Teilansicht eines porösen Bandes mit räumlichem, unregelmäßigem Netzaufbau eines durch das erfindungsgemäße Verfahren herge- ^ Stellten porösen Metalls.

Nach F i g. 1 wird eine in ein elektrolytisches Bad 2 eingetauchte Vorschubtrommel 1 von einer nicht näher dargestellten Antriebsvorrichtung mit konstanter Drehzahl gedreht Elektrischer Strom wird durch einen an einer Trommelwelle 4 befestigten Schleifring 5 so zugeführt, daß eine gegebene Spannung zwischen der Vorschubtrommel 1 und einer Anode 6 angelegt ist Ein poröses Band 3, dessen Gerüstoberfläche elektrisch leitend gemacht wurde, steht in enger Berührung mit dem Außenumfang der Vorschubtrommel 1 im Bad 2. Somit läuft während dus Galvanisieren das poröse Band mit derselben Geschwindigkeit wie die Vorschubtromrnel 2.

Das im Bad 2 behandelte poröse Band 10 wird in Galvanisierungsbädern 11,12 und 13 weiter galvanisiert, so daß eine poröse Metallbahn 14 erzeugt wird. Das poröse Band 10 wird zuerst im Bad 11 galvanisiert und durch zwei Vorschubrollen 15,15' und 16,16' gegenüber Anoden 19,19' auf einem negativen Potential gehalten. Das Potential am porösen Band 10 erhöht sich bei Zunahme des Abstandes jedes Paars von Vorschubrollen 15,15' bzw. 16,16'. bis es an einer mittleren Stelle 22 ein Maximum erreicht

Das Potential hängt dort ab von der verwendeten Stromdichte und der Länge des zu galvanisierenden Bandes zwischen den Vorschubrollen 15,15' und 16,16'. Es ist somit möglich, die Potentialzunahme an der mittleren Stelle 22 dadurch unter der zulässigen Grenze zu halten, daß der Abstand zwischen den Paaren von Vorschubrollen auf einem bestimmten Wert gemäß der verwendeten Stromdichte eingestellt wird. Dies gilt für das zweite und dritte Bad 12 bzw. 13, für die der Abstand zwischen den Vorschubrollen 16, 16' und 17, 17' bzw. derjenige zwischen den Vorschubrollen 17, 17' und 18, 18' in Fr ge kommt. Nach Fig. 1 kann der Abstand zwischen den Vorschubrolien auch erhöht werden, da der spe/Jische Widerstand des Bandes abnimmt, wenn es sich vom Bad 11 zum Bad 12 und danach zum Bad 13 bewep; 4^

Fs hesteht auch die Möglichkeit, statt dreier Bäder mehr ak drei Bäder vorzusehen.

In Fig. 2 ist der zweite Verfahrensschritt näher dargestellt. Hierbei ist ersichtlich, wie das poröse Band 3, dessen Gerüstoberfläche elektrisch leitend gemacht wurde, in enger Berüirung mit dem Außenumfang der Vorschubtrommel 1 im Bad 2 steht.

Bei diesem Verfahren, bei dem elektrischer Strom dem zu galvanisierenden Band von der auf einem gleichmäßigen Potential gehaltenen Vorschubtrommel 1 aus zugeführt wird, ist der Abstand von der Vorschubtrommel 1 auf der Oberfläche des porösen Bandes am geringsten, wobei der maximale Abstand etwa gleich der Dicke des Bandes ist. Somit ist die durch den elektrischen Widerstand des Bandes bedingte eo Potentialzunahme nahezu vernachlässigbar. Dies ermöglicht die Verwendung einer Stromdichte von wenigen A/dm*, selbst wenn das Band einen verhältnismäßig hohen Widerstand hat, etwa wie ein mit einer elektrisch leitenden Kohlenstoffarbe beschichtetes Band.

Fig.3 zeigt eine Ausführungsform bei der eins Bandkathode 7 in da.« ilektrolytische Bad 2 eingetaucht qnd durch eine nicht näner dargestellte Antriebsvorrichtung mit konstanter Geschwindigkeit auf einer Bahn vorwäi ts bewegt wird, welche durch eine Vielzahl von Führuiigsrollen 9 festgelegt ist. Die Bandkathode 7 kann entweder endlos oder in Form eines vor- und zurückbewegten Streifens vorliegen.

Elektrischer Strom wird von den zwei Zufuhrklemmen 8, 8' zur Bandkathode 7 geliefert zur Anlage ein^r gegebenen Spannung zwischen der Kathode und der Anode 6. Ein poröses Band 3, dessen Gerüstoberfläche für elektrische Leitfähigkeit behandelt ist, wird im Bad auf einem gegebenen Potential gehalten, da es in enger Berührung mit der Bandkathode 7 steht. Das Band 3 wird während des Galvanisierens mit derselben Geschwindigkeit wie die Bandkathode 7 vorwärtsbewegt Die Bandkathode 7 ist vorzugsweise durch Führungsrollen 9 im Bad geführt und läuft mit derselben Krümmung, um so eine enge Berührung zwischen der Kathode und dem porösem Band zu gewährleisten.

Es können Druckrollen verwendet werden, welche das poröse Band 3 gegen die Bandkathode 7 drücken. Die Verwendung einer derartigei. Kathode ermöglicht die Erzielung desselben Ergebnisses als wenn die Kathode in Form einer Trommel gemäß F i g. 1 oder 2 verwendet wird, wobei sich jedoch verringert·? Anlagekosten ergeben.

Bei den Ausführungsformen nach Fig. 2 und 3 können sich die Gal/anisierungsbedingungen mit den Seiten des Bandes ändern. An der der Anode 6 zugewandten Außenseite des Bandes werden die Metalüonen durch Niederschlag verbraucht, während an der Innenseite des Bandes angrenzend an die Kathodenrolle ein Mangel an Ionen auftritt. Je kleiner der Porendurchmesser der porösen Bahn ist. um so stärker ist diese Tendenz. Zur Vermeidung hierzu kann eine Anordnung gemäß Fig. 4 verwendet werden, bei welcher zwei mit dem Bad 2 in Fig. 1 identische Bader verwendet werden zur Behandlung beider Seiten des Bandes abwechselnd unter im wesentlichen denselben Bedingungen. Bei dieser Anordnung wird mehr Metall auf der Seite 3ßdes Bandes im Bad 2/4. und auf der Seite ΊΑ im anderen Bad 25abgelagert. Jede beliebige gerade Anzahl von Bädern kann anstelle von zwei Bädern verwendet werden. Dies gewährleistet einen gleichmäßigen Niederschlag von Metall auf beiden Seiten des Bandes.

Erfindungsgemäß unterzieht sich das poröse Band 3. dessen Gerüstoberfläche als erstem Verfahrensschritt für elektrische Leitfähigkeit behandelt wird, im zweiten Schritt einem Galvanisieren, bei dem es vorwärts bewegt wird in enger Berührung mit der sich drehenden Vorschubtrommel 1 gemäß Fi g. 1 und 2 oder mit einer sich kontinuierlich bewegenden Bandkathode g^rnäß Fig. 3. um einen Niederschlag von 0.1 bis zu einigen wenigen μιπ Dicke zu erhalten. Dies bedeutet, daß das poröse Band nun eine zweite elektrisch leitende Schicht aufweist, wobei der spezifische Widerstand beträchtlich verringert ist. Dies ermöglicht die Verwendung einer verhältnismäßig hohen Stromdichte (10 A/dm² oder mehr), selbst vn Vorschubwalzen außerhalb des Bades im zweiten und in den nachfolgenden Galvanisierungsschritten, Wodurch ein Niederschlag bis zur gewünschten Dicke erhalten wird. Beim ersten Galvanisieren, beispielsweise gemäß Fig.2, bei dem das Band von einer Seite her galvanisiert wird, ist eine Galvanisierungsdicke' von C₁) bis zu einigen μπι ausreichend, da die Aufgabe dieses ersten Galvanisierungsschrittes darin besteht, den spezifischen Widerstand des zu galvanisie-

renden Bandes zu verringern. Da die Niederschlagsmenge hauptsächlich durch die nachfolgenden Galvanisierungen gemäß Fig. 1 in den Bädern II, 12 und 13 bestimmt wird, wird ein gewisser Unterschied in der Niederschlagsmenge zwischen den Seiten des Bandes beim ersten Galvanisierungsschritt vernachlässigbaf. Dort, wo ein solcher geringfügiger Unterschied unerwünscht ist, kann der erste Galvanisierungsschritt in zwei Schritte unterteilt werden, zur Behandlung des Bandes in zwei Bädern gemäß F i g. 4.

Da dem porösem Band beim ersten Galvanisierungsschritt eine nur geringe Galvanisierungsdicke gegeben wird, behält es seine ursprüngliche Biegsamkeit bei. Es kann somit aufgrund des Biegens beim ersten Galvanisieren keine Risse bekommen.

Bei diesem Verfahren nimmt die Stufe 2, nämlich der erste Galvanisierungsschritt, nur eine verhältnismäßig kurze Zeit in Anspruch aufgrund der geringen Galvanisierungsdicke. Die Bandvorschubgeschwindigkeit, weiche haupisächiich durch die benötigte Niederschlagsmenge in den nachfolgenden Galvanisierungsschritten bestimmt wird, beträgt 10 bis 50 cm/min. Diese Geschwindigkeit entspricht normalerweise einer Stromdichte von 10 A/dm² oder mehr.

Bei den nachfolgenden Gälvanisierungsschritlen sollte das zu galvanisierende Band in Intervallen mit einem für seinen spezifischen Widerstand geeigneten Galvanisicrungsstrom beliefert werden. Beim Verfahren nach der Erfindung hat das zu galvanisierende Band den maximalen, spezifischen Widerstand, wenn es ein Gerüst aufweist, das mit einer elektrisch leitenden Schicht überzogen ist. Sein spezifischer Widerstand nimmt allmählich ab. wenn auf seiner Oberfläche Metall abgelagert wird. Somit sollte bei einer vorhergehenden Galvanisierungsstufe der Abstand zwischen den Zufuhrklemmen klein sein, um den Spannungsabfall über der größtzulässigen Grenze zu halten, die normalerweise 10% der Spannung zwischen der Anode und der Kathode beträgt, jedoch von der Länge der Anlage, der gewünschten Produklionsgeschwindigkeit und so weiter abhängt. Da der spezifische Widerstand bei fortschreitender Galvanisierung abnimmt, kann der Abstand zwischen den Zufuhrklemmen bei einer , späteren Galvanisierungsstufe allmählich erhöht werden.

Nach Fig.3 besieht auch die Möglichkeit, eine gerade Anzahl von Galvanisierungsbädern zu verwenden zur Gewährleistung eines gleichmäßigen Nieder-

i.. Schlages auf beiden Seiten des Bandes analog F i g. 4.

Beim Verfahren nach der Erfindung kann die Produktionskapazität erhöht werden durch Erhöhung des Durchmessers der Vorschubrolle 1 für den ersten Galvanisierungsschritt und der Anzahl von Bädern im zweiten und in den nachfolgenden Oalvariisierungsschritten. was eine Erhöhung der Bandvorschubgeschwindigkeit ermöglicht. Jegliche Zunahme der Anlagenbreite erhöht ebenfalls die Produktion je Zeiteinheit. Das Verfahren nach der Erfindung ist wirksam, unabhängig ύύνυϊί, uu ucr poröse Köfpcf eben oder räumlich ist. Das Verfahren ist aber besonders wirksam für räumliche, poröse Körper. Dieser poröse Körper kann einen räumlichen, netzförmigen, ungewebten oder wagenförmigen Aufbau besitzen, wie sich Fig. 5 entnehmen läßt, welche eine vergrößerte Teilansicht eines räumlichen, unregelmäßigen, porösen Körpers aus netzförmigem Metalls mit einem Gerüst 25 und Poren 26 darstellt.

Es .«steht auch die Möglichkeit, daß poröse Körper mit in ihren Poren eingeschlossenen Luftblasen galvanisiert werden. Solche Luftblasen würden einen zufriedenstellenden Niederschlag beeinträchtigen. Bevor das derartig ausgebildete Band in den Elektrolyt eindringt, sollte vorzugsweise reines Wasser oder ein Elektrolyt auf das poröse Band gesprüht werden, um die Luftblasen aus den Poren hinauszutreiben. Die Hinzufügung eines oberflächenaktiven Mittels zum Elektrolyt ist ebenfalls denkbar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Galvanisierung eines Bandes aus porösem nichtleitendem Material, wobei das Band zunächst elektrisch leitfähig gemacht und danach in mehreren, elektrolytischen Bädern mit außerhalb der Bäder angeordneten, stromführenden Vorschubwalzen galvanisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich vor dem Einlauf des Bandes (10) in die elektrolytischen Bäder(ll, 12,13) das Band in enger Berührung mit mindestens einer in ein elektrolytisches Bad (2) getauchten, sich bewegenden Trommel- oder Bandkathode (1; 7) durch dieses Bad bewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einlauf des Bandes (10) in die elektrolytischen Bäder (11, 12, 13) beide Seiten (3A, 3B) des Bandes abwechselnd in enge Berührung mit mehreren, sich elektrolytischen Bädern (2A, 2B) bewegenden Kathoden gebracht wird.