DE3231855A1

DE3231855A1 - Vorrichtung zum galvanischen abscheiden von aluminium

Info

Publication number: DE3231855A1
Application number: DE19823231855
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dr.rer.nat. Dipl.-Chem. 8552 Höchstadt Birkle; Johann 8521 Spardorf Gehring; Klaus 8500 Nürnberg Stöger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-08-26
Filing date: 1982-08-26
Publication date: 1984-03-01
Also published as: NL8302891A; DE3231855C2; US4435265A

Description

Vorrichtung zum galvanischen Abscheiden von Aluminium.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum galvanischen Abscheiden von Aluminium aus aprotischen, sauerstoff- und wasserfreien, aluminiumorganischen Elektrolyten, mit einer nach außen durch eine Abschlußhaube abgeschlossenen und mit einem Schutzgas beaufschlagbaren Galvanisierwanne, einer innerhalb der Galvanisierwanne angeordneten bewegbaren Kontaktier- und Haltevorrichtung für Warenträger, welche über eine an die Abschlußhaube angeschlossene, eine Flüssigkeitsschleuse enthaltende Chargierschleuse mit Hilfe von Transportmitteln in die Galvanisierwanne hineinbeförderbar und an die Kontaktier- und Haltevorrichtung übergebbar sind und die vorzugsweise über eine ebenfalls an die Abschlußhaube angeschlossene, eine Flüssigkeitsschleuse enthaltende Dechargierschleuse mit Hilfe von weiteren Transportmitteln von der Kontaktierund Haltevorrichtung abnehmbar und aus der Galvanisierwanne herausbeförderbar sind, wobei die Galvanisierwanne vorzugsweise in mehrere gleichartige, im Querschnitt rechteckförmige Einzelzellen unterteilt ist, die hintereinander derart angeordnet sind, daß'die Warenträger von einem allen Einzelzellen zugeordneten Transportmittel einsetz- und entnehmbar sind, und daß die Chargier- und Dechargierschleuse in Reihe mit den Einzelzellen angeordnet sind.

In der älteren DE-OS 31 33 162 ist eine Vorrichtung dieser Art näher beschrieben. Bei dieser und ähnlichen Anlagen wird vorzugsweise ein Elektrolyt verwendet, der im wesentlichen aus Al-Triäthyl, einem aromatischen Kohlenwasserstoff und aus einem Alkalifluorid besteht.

Hs 1 Plr/13.8.1982

32318bb

- Z - VPA 82 P 1 7 H DE

Ein Großteil des Al-Triäthyl ist in Form eines Komplexes abgebunden. Ein solcher Elektrolyt reagiert nun sowohl mit Wasser als auch mit Luft letztlich unter Bildung von Feststoffen. Um eine möglichst hohe Abscheiderate zu erhalten, wird mit einer Elektrolyttemperatur von annähernd 100⁰C gearbeitet. Dies hat zur Folge, daß sich aufgrund der Partialdampfdrücke der Einzelkomponenten des Elektrolytsystems beträchtliche Mengen an Lösungsmittel aber unter Umständen auch Al-Alkyl in der mit Inertgas gefüllten Abschlußhaube befinden. Vor allem während des Dechargierens der Warenträger aus dem Elektrolytbad innerhalb der Aluminierzelle verdampfen größere Mengen an Lösungsmittel rasch vom "elektrolytfeuchten" Warenträger ab, so daß sogar der an sich feste Al-Komplex in fein verteilter Form mitgerissen wird. In dem im wesentlichen sauerstoff- und wasserfreien Inertgasraum unter der Abschlußhaube entsteht dadurch, aber auch infolge der Reaktion des ' Al-Alkyls mit den geringen prinzipiell im Gasraum gegenwärigen Mengen an Luft und Feuchtigkeit ein feinteiliger Rauch. Aus galvanotechnischen Gründen muß diese Rauchbildung jedoch vermieden werden, da sie sich auf Haftung und Porigkeit des Al-Überzuges negativ auswirken kann.

Bei Vorrichtungen der vorstehenden Art ergibt sich noch ein weiteres Problem, weil sich in der Flüssigkeitsschleuse der Chargier- und Dechargierschleuse als Sperrflüssigkeit eine Flüssigkeit befindet - meistens ebenfalls das Lösungsmittel - die bei Raumtemperatur einen geringeren Dampfdruck hat als das Toluol im ca. 10Q⁰C warmen AIuminierbad, so daß Stofftransportvorgänge nicht auszuschließen sind.

Insbesondere bei Bädern mit größerer Badoberfläche läßt sich somit nicht verhindern, daß Lösungsmittel- und Al-Akyldämpfe in die Flüssigkeitsschleusen gelangen. Diese Transportvorgänge müssen jedoch wegen der Gefahr des Abdampfens des Lösungsmittels aus dem Elektrolyten, vor

allem aber wegen irreversibler chemischer Reaktionen in der Flüssigkeitsschleuse - Schlammbildung in der Eijigangsschleuse durch Ausfallen von unlöslichen Al-Verbindungen und damit Fehlerquelle für eine schlechte Abscheidungsqualität - verhindert werden.

Die vorstehend geschilderten Probleme werden bei der älteren Vorrichtung dadurch zu lösen versucht, indem man in der Innenseite der Abschlußhaube Kühlwendeln anbringt. Die kondensierten Al-Elektrolytdämpfe werden dabei anschließend über Rinnen wieder in das Galvanisierbad zurückgeleitet. Mit dieser Maßnahme wird zwar der Transport des Elektrolyt-Toluols und des Al-Alkyls in die Flüssigkeitsschleusen verhindert, aber die Rauchbildung kann auf diese Weise nicht eliminiert werden.

Ferner ist aufgrund von nicht zu beherrschenden Temperaturgradienten zwischen der Sperrflüssigkeit und dem Galvanisierbad einerseits und der zwangsweise gekühlten Abschlußhaube andererseits ein mehr oder weniger erheblicher Stofftransport über einen längeren Zeitraum nicht auszuschließen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, daß eine "Verschmutzung" der Flüssigkeitsschleusen und des Gasraumes über dem Elektrolyten mit Al-Alkyl mit Sicherheit verhindert wird und des weiteren ein unkontrollierbares Verdampfen größerer Mengen an Lösungsmitteln aus dem Al-Elektrolyt vermieden wird. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß über dem Trog jeder Einzelzelle eine aufeinanderfolgende schachtförmige Sprüh- und Kondensierzone vorgesehen ist, über der ferner eine schlitzförmige Abdeckung für den Durchgang der Warenträger angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Kondensierzone durch ein System von Kühlwendeln gebildet. In dieser Kombination wird einmal der Elektrolyt vom Warenträger

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abgespült, zum anderen das Lösungsmittel des Elektrolyten und geringe Mengen Al-Alkyldampf kondensiert, so daß es in dem darüberliegenden Gasraum zu keiner störenden Rauchbildung kommt.
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Zum Absprühen kann das bei der Kondensation gewonnene Lösungsmittelkondensat verwendet werden. Auch sonst läßt sich das Sprühmittel leicht aus dem Elektrolyten gewinnen.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Gesamtansicht der Vorrichtung zum galvanisehen Abscheiden von Aluminium im Schnitt,

Figur 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung mit einem Schnitt nach der Linie II-II der Figur 1 und

Figur 3 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Figur bei entfernter Abschlußhaube.

Die in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Vorrichtung weist eine"Galvanisierwanne 1 auf, die bei dem gewählten Ausführungsbeispiel der Übersicht halber nur aus zwei Einzelzellen 2 und 3 besteht, die im Querschnitt rechteckförmig ausgebildet sind. Die beiden Einzelzellen 2 und 3 liegen in Reihe hintereinander und können wahlweise über eine Chargierschleuse 4 mit Warenträgern 5 beschickt werden. Die Chargierschleuse ist als Flüssigkeitsschleuse ausgebildet, die durch einen Behälter 6 gebildet wird, in dem sich eine mit dem Aluminium-Elektrolyt verträgliche Flüssigkeit 7, beispielsweise Toluol, befindet. In diese Flüssigkeit taucht ein Einfuhrschacht 8, der am oberen Ende verschlossen ist. In dem Schacht befindet sich ein Inertgas, welches dazu beiträgt, daß über diesen Schacht nur noch geringe Menge'n an Luftsauerstoff und Feuchtig-

Ir

- tf - VPA 82 P 1 7 1 h DE

keit der Atmosphäre bis zur Flüssigkeit gelangen. Der Behälter 5 ist am oberen Ende mit einem Deckel 9 dicht verschlossen. Durch diesen Deckel erstreckt sich der Einfuhrschacht 8. Ferner ist mit diesem Deckel eine Abschlußhaube 10 fest und absolut dicht verbunden, welche sich über einen Teil der Chargierschleuse 4 und über die beiden Zellen 2 und 3 erstreckt. Der Deckel 9 weist ferner eine Entnahmeöffnung 11 auf, durch die die Warengestelle nach dem Durchgang durch die Chargierschleuse 4 entnommen werden können. Wie durch Pfeile angedeutet ist, werden die Warenträger 5 über den Einfuhrschacht 8 in den Behälter 6 der Chargierschleuse 4 eingeführt, mit Hilfe eines an den Seitenwänden des Behälters 6 angebrachten Schienen 12 bewegbaren Transportwagens 13 vom unteren Ende des Einfuhr-Schachtes 8 unter die Entnahmeöffnung 11 gefahren, wie Figur 1 zeigt. Mit Hilfe eines Transportwagens 14 werden die Warenträger 5 vom Transportwagen 13 entnommen, durch die Entnahmeöffnung 11 geführt und soweit angehoben, daß sie in die entsprechende Einzelzelle 2 oder 3 zur GaI-vanisierung abgelegt werden können. Nach der Galvanisierung werden die Warenträger 5 mit Hilfe des Transportwagens 14 aus der entsprechenden Einzelzelle 2 oder 3 entnommen und über eine Dechargierschleuse 15 wiederum herausgeführt, wie durch Pfeile angedeutet ist.

Der Transportwagen 14 läuft auf Schienen 141, die an beiden Seiten der Abschlußhaube 10 angebracht sind.

Die Dechargierschleuse 15 besteht wie die Chargierschleuse 4 aus einem Behälter 16, in dem sich eine entsprechende mit dem Elektrolyten verträgliche Flüssigkeit 17, zum Beispiel Toluol, befindet. Ein Ausfuhrschacht 18 geht durch eine entsprechende Öffnung eines den Behälter 16 abdeckenden Deckels 19, wobei die unteren Enden des Ausfuhrschachtes 18 unter den Flüssigkeitsspiegel eintauchen.

Der Behälter 16 steht über eine Öffnung 20 mit der Abschlußhaube 10 in Verbindung, durch die die Warenträger 5 mit der aluminierten Ware auf einen Transportwagen 21 in

in der Dechargierschleuse abgegeben werden können, der zu diesem Zweck unter die Öffnung 20 gefahren wird. Der Transportwagen 21 läuft auf seitlich des Behälters 16 angebrachten Schienen 22. Der Ausfuhrschacht 18 ist wie der Einfuhrschacht 8 am oberen Ende so verschlossen, daß keine Luftfeuchtigkeit und kein Luftsauerstoff eindringen kann.

Eine Anlage dieser Art bildet Gegenstand der älteren Anmeldung P 31 33 162.9. Wie bereits eingangs erwähnt, reagieren Aluminierelektrolyte mit Wasser und Luft unter Bildung von Feststoffen. Ferner hat sich gezeigt, daß für eine wirtschaftliche Abscheidung des Aluminiums eine GaI-vanisier-Temperatur von etwa 100⁰C verwendet werden muß, um eine entsprechend hohe Abscheidungsrate zu erreichen. Dies hat zur Folge, daß sich aufgrund der Partialdampfdrücke der Einzelkomponenten eine beträchtliche Menge an Lösungsmittel, sowie etwas Al-Alkyl unter der Abschlußhaube 10 ansammeln kann. Aber auch beim Herausnehmen der Warenträger können große Mengen an Lösungsmittel rasch verdampfen, so daß sogar der an sich feste Al-Komplex in feinverteilter Form mitgerissen werden kann, welcher dann einen feinteiligen Rauch bildet. Außerdem reagiert das im Gasraum hinein verdampfende Al-Alkyl mit Spuren von Luftsauerstoff und Feuchtigkeit unter Rauchbildung ab. Um dies mit Sicherheit zu verhindern, werden gemäß der Erfindung die aus den Einzelzellen 2 und 3 nach dem Galvanisiervorgang entnommenen Warenträger 5 durch eine Sprühzone 23 geführt, wobei sie mit Hilfe von Sprührohren 24 abgesprüht werden. Um die Warenträger 5 auf beiden Seiten absprühen zu können, sind die Sprührohre 24 paarweise angeordnet. Zum Aufsprühen wird zweckmäßigerweise ein Lösungsmittelkondensat verwendet, das aus dem Aluminierelektrolyten relativ leicht gewinnbar ist. Damit wird der eventuell noch anhaftende Aluminierelektrolyt abgewaschen.

An die Sprühzone 23 schließt sich eine Kondensierzone 25

an, in der sowohl das Lösungsmittel als auch das Al-Alkyl kondensiert werden. Diese Kondensierzone wird aus übereinanderliegenden Kühlwendeln 26 gebildet, die von einem Kondensationsblech 27 umgeben sind. Die Kühlwendeln 26 und das Kondensationsblech 27 sind gegenüber der Sprühzone 23 so angeordnet, daß eine Art Kondensatrinne 28 entsteht, die das von den Kühlwendeln 26 abtropfende Kondensat auffängt und der Wiederverwendung, zum Beispiel zum Absprühen der Ware und der Warenträger, zugeführt werden kann. Im Bereich der zwischen den Einzelzellen 2 und 3 liegenden Kühlwendeln 26 ist eine mittlere Kondensatrinne 29 vorgesehen, die in die Kondensatrinne 28 mündet, wie Figur 2 zeigt. Die Kondensierzone 25 ist durch ein Abdeckblech 30 abgedeckt und weist nur zwei für den Durchgang der Warenträger geeignete Öffnungen 31 und 32 auf.

Durch dieses System, das aus Sprühzone 23 und Kondensierzone 25 und dem schlitzförmig ausgebildeten Abdeckblech 30 besteht, wird mit Sicherheit vermieden, daß sich unter der Abschlußhaube 10 Rauch bilden kann und daß die Flüssigkeitsschleusen der Chargier- und Dechargxerschleuse 4 und 15 verunreinigt werden.

Wie insbesondere aus Figur 1 zu ersehen ist, wird das Kühlmittel über einen Einlaufstutzen 33 zugeführt und über einem Auslaufstutzen 34 wiederum abgeführt. Die Kühlmittelzufuhr kann in einem geschlossenen Kreislauf erfolgen, wobei zur Kühlung des Kühlmittels eine entsprechende Kühlvorrichtung vorgesehen sein muß. 30

Wie insbesondere der Figur 2 näher zu entnehmen ist, sind die einzelnen Warenträger 5 an einer Transportstange 35 befestigt. Diese liegt mit entsprechenden Nasen auf winkelförmigen Trägern 36 auf, die aus gut leitendem Material bestehen, da über sie die Warenträger in an sich bekannter Weise mit dem negativen Pol der Spannungsquelle kontaktiert werden. Die winkelförmigen Träger 36 sind am

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Ende von Kolbenstangen 37 befestigt, die über Führungszylinder 38 in Pfeilrichtung 39 bwegbar sind, um die an der Transportstange 35 hängenden Warenträger 5 in den mit Aluminierelektrolyt 40 gefüllten Einzelzellen 2 und 3 zu bewegen. Wie Figur 1 zeigt, sind bei dem gewählten Ausführungsbeispiel die Tröge der Einzelzellen 2 und 3 über eine Brücke 41 miteinander verbunden, so daß sich in den Trögen der Einzelzellen 2 und 3 dasselbe Elektrolyt-Niveau ergibt. 10 An den Trogwänden der Einzelzellen 2 und 3 sind in üblicher Weise Anodenbleche 42 und 43 befestigt, die in an sich bekannter Weise kontaktiert werden.

7 Patentansprüche 3 Figuren

Bezugszeichenliste

- VPA

82 ρ ι ₇ ,

1 Galvanisierwanne

2 Einzelzelle 3 Einzelzelle

4 Chargierschleuse

5 Warenträger

6 Behälter

7 Flüssigkeit (Toluol) 8 Einfuhrschacht 9 Deckel

10 Abschlußhaube

11 Entnahmeöffnung

12 Schienen

13 Transportwagen

14 Transportwagen 141 Schienen

15 Dechargierschleuse

16 Behälter

17 Flüssigkeit

18 Ausfuhrschacht

19 Deckel

20 Öffnung

21 Transportwagen 22 Schienen

23 Sprühzone

24 Sprührohre

25 Kondensierzone

26 Kühlwendel

27 Kondensationsblech

28 Kondensatrinnen

29 Kondensatrinne

30 Abdeckblech

31 Öffnungen 32 Öffnungen

33 Einlaufstutzen

34 Auslaufstutzen

- VPA

35 Transportstange

36 Träger

37 Kolbenstange

38 Führungszylinder

39 Pfeilrichtung

40 Aluminierelektrolyt

41 Brücke

42 Anodenbleche

43 Anodenbleche

ό IJ

82 ρ 1 7 H DE

Claims

VPA 82 P 17 1 4DE

Patentansprüche

1/. Vorrichtung zum galvanischen Abscheiden von Aluminium aus aprotischen, sauerstoff- und wasserfreien, aluminiumorganischen Elektrolyten, mit einer nach außen durch eine Abschlußhaube abgeschlossenen und mit einem Schutzgas beaufschlagbaren Galvanisierwanne, einer innerhalb der Galvanisierwanne angeordneten bewegbaren Kontaktier- und Haltevorrichtung für Warenträger, welche über eine an die Abschlußhaube angeschlossene, eine Flüssigkeitsschleuse enthaltende Chargierschleuse mit Hilfe von Transportmitteln in die Galvanisierwanne hineinbeförderbar und an die Kontaktier- und Haltevorrichtung übergebbar sind und die vorzugsweise über eine ebenfalls an die Abschlußhaube angeschlossene, eine Flüssigkeitsschleuse enthaltende Dechargierschleuse mit Hilfe von weiteren Transportmitteln von der Kontaktier- und Haltevorrichtung abnehmbar und aus der Galvanisierwanne herausbeförderbar sind, wobei die Galvanisierwanne vorzugsweise in mehrere gleichartige, im Querschnit rechteckförmige Einzelzellen unterteilt ist, die hintereinander derart angeordnet sind, daß die Warenträger von einem allen Einzelzellen zugeordneten Transportmittel einsetz- und entnehmbar sind, und daß die Chargier- und Dechargierschleuse in Reihe mit den Einzelzellen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet , daß über dem Trog jeder Einzelzelle (2, 3) eine aufeinanderfolgende schachtförmige Sprüh- und Kondensierzone (23, 25) vorgesehen ist, über der vorzugsweise ein schlitzförmiges Abdeckblech (30) für den Durchgang der Warenträger (5) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kondensierzone (25) durch ein System von Kühlwendeln (26) gebildet ist. 35
3- Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß über dem Elektrolyt-

- y6 - VPA 82 P 1 7 H Οί

niveau jeder Einzelzelle (2, 3) eine Sprühzone (23) mit Sprührohren (24) zum Absprühen der aluminierten Ware und der Warenträger (5) beim Herausheben der Warenträger (5) aus dem Bad vorgesehen ist.
5
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß über dem Badniveau in Längsrichtung der Einzelzellen (2, 3) verlaufende Sprührohre (24) vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet / daß die Sprühflüssigkeit aus dem Aluminierelektrolyten (40), insbesondere aus dem Kondensat, gewonnen wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß unterhalb der Kühlwendeln (26) Kondensatrinnen (28, 29) angeordnet sind, die das Kondensat der Sprüheinrichtung zuführen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Kondensatrinnen (28, 29) gekühlt sind.