DE3246690A1

DE3246690A1 - Verfahren und vorrichtung fuer die elektrolytische behandlung von metallbahnen

Info

Publication number: DE3246690A1
Application number: DE19823246690
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Kakei; Tsuneyasu Matsuhisa; Teruo Mori; Hiroshi Shirai; Masaru Shizuoka Watanabe
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1981-12-18
Filing date: 1982-12-16
Publication date: 1983-06-30
Also published as: JPS58107498A; GB2130243A; JPS6230275B2; US4502933A; GB2130243B; DE3246690C2

Description

Verfahren und Vorrichtung für die elektro-' Iy ti sehe .Behandlung von Metallbahnen

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die elektrolytische Behandlung von Metallbahnen„ Eine

solche elektrolytische Behandlung von Metallbahnen kann für verschiedene Zwecke eingesetzt werden, wie beispielsweise für das Aufbringen eines galvanischen Überzuges, für die elektrolytische Ablagerung, für das Eloxieren bzw, das anodische Oxydieren, für die Körnung bzw. Granu-

¹^ lierung sowie für Reinigungszwecke»

Bei der elektrolyt!sehen Behandlung von Metallbahnen für die Massenproduktion wird eine hohe Produktivität angestrebt» Deshalb wird im allgemeinen die elektrolytische Behandlung von Metallbahnen bei ziemlich hohen Stromdichten durchgeführt. Die elektrolytische Behandlung bei diesen hohen Stromdichten begünstigt jedoch die Erzeugung von Blasen, die wiederum der Oberfläche der Metallbahn ein ungleichmäßiges Aussehen geben. Oft erscheinen ungleichmäßige Farbschattierungen auf der Oberfläche der Metallbahn, woraus man erkennen kann, daß die elektrolysierte Oberfläche nicht gleichmäßig ist. Darüberhinaus ist für die elektrolytische Behandlung bei so hohen Stromdichten die Anlegung von höheren Spannungen erforderlich, wodurch wiederum der Energieverbrauch ansteigt. Es war deshalb bisher sehr schwierig, die angestrebte hohe Produktivität bei so hohen Stromdichten aufrechtzuerhalten.

Das oben angesprochene Problem bereitet dann besondere Schwierigkeiten, wenn breite Metallbahnen auf beiden Seiten elektrolytisch behandelt werden sollen. Es wird deshalb

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seit längerer Zeit nach Wegen gesucht, das Auftreten von Blasen zu verhindern und damit die oben erwähnten Nachteile zu vermeiden.
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Blasen werden zwangsläufig dann erzeugt, wenn ein Metall einer elektrolyt!sehen Behandlung unterworfen wird. Die Haftung oder Adsorption dieser Blasen an der Oberfläche des Metalls und die Verweilzeit oder langsame Bewegung dieser Blasen verursacht die oben erwähnte ungleichmäßige elektrolytische Behandlung der Metalloberfläche. Der Elektrolyt muß deshalb stark und effektiv in Bewegung gehalten bzw.gerührt werden, um die ungünstigen Auswirkungen der Blasen so gering wie möglich zu halten.

Bisher wurde diese Bewegung des Elektrolyten erreicht, indem der Elektrolyt im Umlauf ungewälzt wurde. Figur 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine herkömmliche Elektrolyseeinrichtung für die kontinuierliche Eloxierung einer Aluminiumbahn. Wie man in Fig. 1 erkennt, wird eine Aluminiumbahn 1 durch Rollen 4 in eine erste Elektrolysevorrichtung 2 geführt, die mit einem Elektrolyten 3 gefüllt ist; durch diesen Elektrolyten 3 fließt ein elektrischer Strom. Die Aluminiumbahn 1 wird in den Elektrolyten 3 eingetaucht gehalten. Mehrere Anodenplatten 5, die mit einer positiven Elektrode einer Energiequelle verbunden sind, sind so angeordnet, daß sie der Aluminiumbahn 1 gegenüberliegen. Deshalb wirkt die Aluminiumbahn 1 während der Elektrolyse in der ersten Elektrolysevorrichtung 2 als Katode. Die Aluminiumbahn 1 wird dann einer zweiten Elektrolysevorrichtung 6 zugeführt. Die zweite Elektrolysevorrichtung 6 und die erste Elektrolysevorrichtung 2 sind durch Trennplatten 7 voneinander getrennt. Die zweite Elektrolysevorrichtung 6 ist mit einem Elektrolyten 8 gefüllt. Mehrere Katodenplatten 9 und 9/ , die mit der negativen Elektrode der Energiequelle verbunden sind, sind so angeordnet,

daß sie der Aluminiumbahn 1 gegenüberliegen„ Damit dient also in der zweiten Elektrolysevorrichtung β die Aluminiumbahn 1 als Anode»
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Die Elektrolyse führt zu einer Oxydation der Oberfläche äer Aluminiumbahn 1, wodurch auf dieser Oberfläche ein Oxid-Film erzeugt wird» Während des oben beschriebenen Arfoeitsgangs xverden die Elektrolyten 3 und 8 über Saugrohre 10 aus dem Bad abgezogen und dann den Elektrolysevorrichtungen 2 und 6 jeweils über Zuführrohre 11 wieder zugeführt ο Die umwälzung der Elektrolyten erfolgt durch Pumpen Pj, die in den Abflußrohren 10 vorgesehen sind» Auf diese Weise werden also die Elektrolyten 3 und 8 umgewälzt und dabei in Bewegung gehalten*

Die Rührfunktion dieser Umwälzung der Elektrolyten ist jedoch begrenzt und reichtnicht aus, um die bei der Elektrolyse · erzeugten Blasen von der Oberfläche der Aluminiumbahn 1 zu entfernen= Außerdem neigen die Blasen dazu_f langer auf der unteren Oberfläche der Aluminiumbahn 1 zu verweilen als auf ihrer oberen Oberfläche. Außerdem hat der Elektrolyt unter der Aluminiumbahn 1, anders als der Elektrolyt, der die obere Oberfläche der Aluminiumbahn 1 bedeckt, keine freie Oberfläche, so daß dieser Elektrolyt weniger wirksam umgerührt wird als der Elektrolyt über der Bahn 1, deren obere Oberfläche frei ist» Dementsprechend besteht die Gefahr, daß auf der unteren Oberfläche der Aluminiumbahn 1 ein ungleichmäßiger, eloxierter Film abgelagert wird, also im Vergleich mit dem Film, der sich auf der oberen Oberfläche befindet, ein qualitativ minderwertiger eloxierter Film auf der unteren Oberfläche erzeugt wird.

In einem Versuch, den oben erwähnten Nachteil zu vermeiden, wurde die ümwälzgeschwindigkeit des Elektrolyten erhöht. Als Alternative hierzu ist die Aluminiumbahn in ver-

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tikaler Richtung durch die Elektr'olyseanlage transportiert worden.

Für die Erhöhung der ümwälzgeschwindigkeit des Elektrolyten wird jedoch eine Pumpe mit größerer Kapazität benötigt, wodurch sich wiederum eine Erhöhung des Energieverbrauchs, zusätzliche Rohrleitungen, sowie zusätzlicher Raum für die Unterbringung der Pumpe ergeben. Außerdem führt die so erzielte Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten manchmal zur Erzeugung von zusätzlichen Blasen, und zwar aufgrund von Kavitation sowie von Luft, die durch den von der Auslaßöffnung des Zuführrohrs nach unten zu der Elektrolysevorrichtung tropfenden Elektrolyten mitgerissen wird; in diesen Fällen wird es praktisch unmöglich, das Auftreten von Blasen in der gewünschten Weise zu vermeiden. Und schließlich wird der Elektrolyt nur in der Nähe des Bereiches unter der Auslaßöffnung des Zuführrohrs stark bewegt, wodurch sich ebenfalls eine Einschränkung der Wirkung dieses Verfahrens ergibt.

Mit der oben erwähnten, zweiten Alternative sollen die ungünstigen Wirkungen der Blasen vermieden werden, indem die Aluminiumplatte vertikal durch das Bad transportiert wird. In der Praxis ist jedoch dieses Verfahren für die Massenproduktion ungeeignet, weil technische Probleme bei der Zuführung der elektrischen Energie zu der Metallbahn sowie bei der Wartung der Anlage auftreten, die bei diesem alternativen Verfahren erforderlich ist.

Ein drittes Verfahren wird in der japanischen Patentveröffentlichung No. 21840/80 beschrieben? dabei werden elektrisch isolierende Trennplatte^,auf jeder Seite der Aluminiumbahn angeordnet, so daß die Trennplatten parallel zueinander sind und sich über die Länge der Aluminiumbahn in dem Bad erstrecken; dabei verlaufen die Trennplatten

auch in einer Richtung^ die im wesentlichen senkrecht zu den Oberflächen der Äluminiumbahn ist» Dadurch definieren die Trennplatten also einen Kanal* so daß die durch die Umwälzung des Elektrolyten hervorgerufene Rührbewegung noch effektiver in dem Bereich des Bades in der Nähe der Aluminiumbahn konzentriert werden kann» Dieses Verfahren. soll die Auswirkung der Rührbewegurig möglichst groß machen, die durch die Umwälzung des Elektrolyten verursacht wird, in dem der Bereich der Umwälzung schmaler gemacht und begrenzt wirdο Das Ergebnis ist jedoch im wesentlichen das Gleiche wie bei dem oben erwähnten ersten Vorschlag, nämlich der Verwendung eines größeren Pumpsystems _f so daß die gerade beschriebene Trennplattenmethode im wesentlichen die gleichen Nachteile hat_f wie sie oben für das erste Verfahren angegeben wurden.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die gleichmäßige Behandlung der oberen und unteren Oberfläche einer Metallbahn zu schaffen, die zwischen zwei in einem Elektrolyten eingetauchten Elektrolyseplatten hindurchtransportiert wird, wobei die oben erläuterten Nachteile vermieden werden.

Dies wird erfindungsgemäß durch die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 bzwο 9 angegebenen Merkmale erreicht.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß in einem den Elektrolyten enthaltenden Bad wenigstens ein isolierendes Element so angeordnet ist, daß sich das isolierende Element längs der Breite der Metallbahn erstreckt und im Abstand von einer Seite der Metallbahn angeordnet ist. Dementsprechend unterbricht das isolierende Element die Strömung des Elektrolyten, wenn dieser im Umlauf durch das Bad geführt wird, so daß die

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Bewegungsgeschwindigkeit des Elektrolyten in der Nähe der Oberfläche der Metallbahn erhöht wird. Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind mehrere isolierende Elemente so angeordnet/ daß sie sich von der oberen und unteren Oberfläche des Bades erstrecken, wodurch die Rühr- bzw. Bewegungsgeschwindigkeit an beiden Oberflächen der Me-* tallbahn erhöht wird=

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schemätischen Zeichnungen näher erläutert« Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch eine herkömmliche Vorrichtung für die Eloxierung einer Aluminiumbahn, und

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Vorrichtung für die Eloxierung bzw. Anodisierung einer Aluminiumbahn nach der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung für die Eloxierung bzw. Anodisierung einer Aluminiumbahn. Um die Darstellung zu vereinfachen, werden gleiche Bezugszeichen für die Elemente verwendet, die den in Fig. 1 angegebenen entsprechen. Wie man in Fig. 2 erkennt, sind die erste Elektrolysevorrichtung 2 und die zweite Elektrolysevorrichtung 6 jeweils mit elektrisch isolierenden Elementen 12 und 12' bzw. 13 und 13' versehen. Diese elektrisch isolierenden Elemente erstrecken sich in Richtung der Breite der Aluminiumbahn 1 und dienen dazu, die Umwälzung der Elektrolyten 3 und 8 in den Elektrolysevorrichtung 2 bzw. 6 zu unterbrechen. Die elektrisch isolierenden Elemente 12, 12', 13, 13' ragen von der oberen Oberfläche der Elektrolysevorrichtung 2, 6 nach unten bzw. von der unteren Fläche der Elektrolysevorrichtungen 2,6

nach oben und enden kurz vor Erreichen eines Bereiches, an dem die Anoden- und Katoden-Platten 5, 5','"9*- 9' angeordnet sind, so daß die Elektrolyten in der Nähe der Oberflächen der Aluminiumbahn stark bewegt und damit umgerührt werden. Dementsprechend wird die Haftung und das Verweilen der Blasen, die bei der Elektrolyse entstehen_f an der Oberfläche der Äluminiumbahn verhindert _t so daß sich gleichmäßig eloxierte Oberflächen auf der Aluitiiniumbahn ergeben»

Bei der Ausführungsform nach Fig_o 2 sind die elektrisch isolierenden Elemente bei beiden Elektrolysevorrichtungen über und unter der Aluminiumplatte angeordnet. Das Ziel der Erfindung wird jedoch auch durch eine Ausführungsform mit elektrisch isolierenden Platten erreicht, die in diesen Elektrolysevorrxchtungen entweder über oder unter„der Aluminiumbahn angeordnet sind,, Die elektrisch -isolierenden Elemente sind nach einer bevorzugten Ausführungsform so vorgesehen, daß sie einen Teil des Raums zwischen, den Elektrodenplatten 9 und 9' bedecken= D=h„„ daß die elektrisch isolierenden Elemente in einem Abstand von wenigstens 5 mm von der Oberfläche der Äluminiumbahn angeordnet werden sollten. Selbstverständlich können die elektrisch isolierenden Elemente auch an anderen Stellen, als sie in Fig. dargestellt sind, vorgesehen werden. Die elektrisch isolierenden Elemente können auch effektiv zwischen den Kanten der Aluminiumbahn angeordnet werden. Die elektrisch isolierenden Elemente sollten aus Materialien hergestellt sind, die durch die Elektrolyse nicht beschädigt werden; gute Ergebnisse wurden mit Kunststoffmaterialien, wie beispielsweise Polyvinylchlorid oder glasfaserverstärkten Kunststoffen sowie keramischen Werkstoffen erhalten. Zur Vereinfachung der Handhabung sollten die elektrisch isolierenden Elemente als Platte oder Block ausgebildet sein-Bei Bedarf können jedoch auch andere Formen für die elektrisch isolierenden Elemente verwendet werden»

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Das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung bietet nicht nur bei der elektrolytischen Behandlung beider Seiten der Metallbahn Vorteile, wie es in Fig. 2 dargestellt sind, sondern auch bei elektrolytischen Behandlung einer Seite der Metallbahn.

Die vorliegende Erfindung ist besonders für die elektrolytische Behandlung breiter Metallbahnen und hier speziell für die elektrolytische Behandlung von Metallbahnen mit einer Breite von mehr als 300 mm, bevorzugt 700 mm, geeignet.

Obwohl in der obigen Beschreibung die Eloxierung einer Aluminiumbahn erwähnt wurde, ist das Grundprinzip der Erfindung nicht auf dieses Elektrolyseverfahren beschränkt, sondern die Erfindung kann in gleicher Weise auch bei der elektrolytischen Behandlung von Bahnen aus anderen Metallen eingesetzt werden.
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Claims

Patentansprüche

\12 Verfahren für die elektrolytische Behandlung von Metallbahnen c dadurch gekennnzeich.net, daß die Metallbahn kontinuierlich an wenigstens einer Elektrodenplatte vorbe!transportiert wird, wobei die Elektrodenplatte und die Metallbahn in einer ersten, einen ersten Elektrolyten enthaltenden Elektrolysevorrichtung eingetaucht sinds daß der erste Elektrolyt im Umlauf durch die erste Elektrolysevorrichtung umgewälzt wird, und daß wenigstens ein isolierendes Element in der ersten Elektrolysevorrichtung in Richtung der Breite der Metallbahn so angeordnet wird, daß es sich im Abstand von wenigstens einer Seite der Metallbahn befindet, um die Strömung des

in der ersten Elektrolysevorrichtung umlaufenden Elektrolyten zu unterbrechen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbahn zwischen zwei Elektrodenplatten hindurchtransportiert wird, die in den ersten Elektrolyten eingetaucht sind.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites isolierendes Element in Richtung der Breite der Metallbahn so in der ersten Elektrolysevorrichtung angeordnet ist, daß es sich im Abstand von der gegenüberliegenden Seite der Metallbahn befindetr um die Strömung des umlaufenden Elektrolyten weiter zu unterbrechen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende der isolierenden Elemente die obere Oberfläche der Bodenplatte der ersten Elektrolysevorrichtung berührt und sich von dieser Stelle in einer Richtung erstreckt, die im wesentlichen senkrecht zu den Seiten der Metallbahn verläuft, und daß die gegenüberliegenden Enden der isolierenden Elemente näher bei den Seiten der Metallbahn angeordnet werden als die beiden Elektrodenplatten.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich das isolierende Element zwischen den gegenüberliegenden Seitenkanten der Metallbahn er- ·.

streckt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Element aus einer Gruppe von Materialien ausgewählt wird, zu denen Kunststoff-Materialien und keramische Werkstoffe gehören.
7 ο Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet„daß die Metallbahn zwischen zwei zweiten Elektrodenplatten hindurchtransportiert wird, die in einen zweiten, in einer zweiten Elektrolysevorrichtung enthaltenen Elektrolyten eingetaucht sind, wobei die zweite Elektrolysevorrichtung mit der ersten Elektrolysevorrichtung über Trennplatten verbunden ist, daß der zweite Elektrolyt durch die zweite Elektrolysevorrichtung umgewälzt wird, und daß zusätzliche Paare von isolierenden Elementen in der zweiten Elektrolysevorrichtung in Richtung der Breite der Metallbahn so angeordnet werden, daß sie sich im Abstand von den gegenüberliegenden Seiten der Metallbahn, befinden, wobei die zusätzlichen Paare von isolierenden Elementen die obere Oberfläche oder die untere Oberfläche der zweiten Elektrolysevorrichtung berühren und sich von diesen Stellen in einer Richtung erstrecken? die im wesentlichen senkrecht zur Metallbahn verläuft.
8ο Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenplatten in der ersten Elektrolysevorrichtung eine Polarität haben? die entgegengesetzt zu der Polarität der Elektrodenplatten in dem zweiten Bad ist«,
9. Vorrichtung für die elektrolytische Behandlung einer Metallbahn, gekennzeichnet durch eine erste, mit einem ersten Elektrolyten (3) gefüllte Elektrolysevorrichtung (2), durch wenigstens eine Elektrodenplatte (5, 5'), die stationär in den ersten Elektrolyten (3) eingetaucht ist, durch eine Einrichtung zum Transportieren der Metallbahn (1) an der Elektrodenplatte (5, 5") vorbei durch die erste Elektrolysevorrichtung (2), durch eine Einrichtung (10, 11, P) zum Umwälzen des Elektrolyten (3) in der ersten Elektrolysevorrichtung (2), und durch wenigstens ein isolierendes Element (12, 12"), das in der ersten Elektrolysevorrichtung (2) in Richtung der Breite der Metallbahn

BAD ORIGINAL

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(1) so angeordnet ist_f daß es sich im Abstand von wenigstens einer Seite der Metallbahn (1) befindet, um die Strömung des in der ersten Elektrolysevorrichtung (2) umgewälzten Elektrolyten (3) zu unterbrechen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbahn (1) zwischen zwei Elektrodenplatten (5, 5') hindurchtransportiert wird, die in den ersten Elektrolyten (3) eingetaucht sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet,daß ein zweites isolierendes Element (12, 12') in dem ersten Bad in Richtung der Breite der Metallbahn (1) so angeordnet ist, daß es sich im Abstand von der gegenüberliegenden Seite der Metallbahn (1) befindet.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende der isolierenden Elemente (12, 12') die obere Oberfläche oder den Boden der ersten Elektrolysevorrichtung (2) berührt und sich von dieser Stelle in einer Richtung erstreckt, die im wesentlichen senkrecht zu der Metallbahn (1) verläuft, und daß die gegenüberliegenden Enden der isolierenden Elemente (12, 12') näher bei den Oberflächen der Metallbahn (1) angeordnet sind als die beiden Elektrodenplatten (5, 5').
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich die isolierenden Elemente (12, 12') zwischen den gegenüberliegenden Seitenrändern der Metallbahn (1) erstrecken.