DE553432C - Verfahren zur elektrolytischen Herstellung von Nickel-Eisen-Legierungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die elektrolytische Herstellung von Nickel-Eisen-Legierungen. Zweck der Erfindung ist, Legierungen von vollkommen gleichförmiger Zusammen-Setzung zu erzeugen. Insbesondere bezweckt die Erfindung, Legierungen herzustellen, die auf Grund ihrer magnetischen Eigenschaften mit Vorteil als Belastung für Signalleiter verwendet werden können.

ίο Die gleichzeitige Abscheidung zweier oder mehrerer Metalle auf elektrolytischem Wege ist bekanntlich von vielen Faktoren abhängig und kann nur durchgeführt werden, wenn die Stromdichte-Potentialkurven für die einzelnen Metalle soweit wie möglich einander genähert sind, d. h. die Gleichgewichtspotentiale sehr nahe aneinanderliegen. Ein derartiger Verlauf der Stromdichte-Potentialkurven kann hervorgerufen werden durch entsprechende Bemessung der relativen Größe der Anoden, durch geeignete Wahl der Lösung, aus welcher die Metalle ausgefällt werden, durch zweckmäßige Bemessung der Salze der auszufällenden Metalle und gegebenenfalls durch Ansäuerung des Bades.

Es wurde nun gefunden, daß es möglich ist, auf elektrolytischem Wege Nickel-Eisen-Legierungen von vollkommen gleichmäßiger Zusammensetzung herzustellen, wenn als Elektrolyt Gemische von Salzen der beiden Metalle verwendet werden und während der Elektrolyse folgende Konzentration des Elektrolyts aufrechterhalten wird:

NiSO₄ -7H₂O 212 g/l

FeSO₄ -7H₂O 22 g/l

NiCl₂ · 6 H₂O 18 gl

FeCl₂ -4H₀O 2,5g I

H₃BO₃ 25 g/l

Na₂SO₄. 7H₂0 180 g/l

Die nach diesem Verfahren hergestellten Legierungen können auf Grund ihrer magnetischen Eigenschaften beispielsweise mit Vorteil als Belastungsmaterial für elektrische Signalleitungen verwendet werden. Die erhaltenen Niederschläge haben die Form von dünnen Blättern, die eine verhältnismäßig große Festigkeit besitzen. Es ist deshalb ohne weiteres möglich, das Belastungsmaterial unmittelbar auf den Leitungsdrähten auszufällen.

Wenn Nicht-Eisenlegierungen als Belastungsmaterial verwendet werden, wird häufig eine Legierung benutzt, die etwa 79°/₀ Nickel und 21% Eisen enthält. Bei der Herstellung einer derartigen Legierung werden gemäß der Erfindung die Oberflächen der Nickel- und Eisenanoden derart bemessen, daß sie sich etwa wie 85 : 15 verhalten.

In der Zeichnung ist Abb. ι eine schematische Darstellung eines Apparates zur Ausführung des neuen Verfahrens.

Die Abb. 2 bis 4 zeigen Stromdichte-Kathodenpotentialkurven für die Ausfällung von Eisen und Nickel bei Elektrolyten verschiedener Zusammensetzung. Die Abbildungen geben an, in welcher Weise die Kurven für die ausgefällten Metalle durch Veränderung der Zusammensetzung des Elektrolyts annähernd gleichgemacht werden können.

Abb. 5 zeigt in ähnlicher Weise eine Kurve für die gleichartige Ausfällung von Eisen und Nickel gemäß der Erfindung.

■•Abb. 6 stellt eine geänderte Ausführungsform des Apparates gemäß der Erfindung dar. In Abb. ι bezeichnet 10 den Behälter, der den Elektrolyden 11, die Anoden 12, 13 und die Kathode 14 enthält. Die Batterie 15 drückt den Anoden ein positives Potential auf. Die Anoden können elektrisch miteinander verbunden sein, doch sind vorzugsweise Mittel vorgesehen, um das jeder Anode zugeführte Potential zu ändern, so daß der durchfließende Strom auf einem passenden Wert gehalten werden kann. Der durch jede Anode fließende Strom ist vorzugsweise derart geregelt, daß eine konstante Konzentration der Ionen jedes Metalls im Elektrolyt aufrechterhalten wird, und die Anodenflächen sind vorzugsweise derart bemessen, daß der Strom je Flächeneinheit für beide Anoden derselbe ist. Bei der Ausfällung einer Nickel-Eisen-Legierung mit 79 °/₀ Nickel und 21 °/₀ Eisen wurden befriedigende Ergebnisse erzielt mit Anoden, deren Flächeninhalt dem erwähnten Verhältnis von 85°/₀ Nickel zu 15 °/₀ Eisen entsprachen. Anstatt mehrere Anoden zu verwenden, von denen jede ein Komponentmetall der Legierung enthält, kann auch eine einzelne aus der Legierung bestehende Anode verwendet werden, in welcher die Komponentmetalle in dem erwünschten Verhältnis vor- *5 handen sind. In gewissen Fällen kann es vorteilhaft sein, Anoden zu verwenden, die teils aus den Komponentmetallen der Legierung bestehen und teils aus chemischen Verbindungen dieser Metalle zusammengesetzt sind. Wenn beispielsweise eine Nickel-Eisen-Legierung hergestellt werden soll, kann eine Nickelanode verwendet werden, und Eisenhydroxyd wird kontinuierlich oder mit regelmäßigen Zwischenräumen dem Elektrolyt hinzugesetzt, so daß die Konzentration der Eisenionen im wesentlichen konstant bleibt. Die Kathode kann von beliebiger Zusammensetzung und Form sein. Wenn es aber erwünscht ist, den Niederschlag von der Kathode abzuziehen oder abzustreifen, ist es zweckmäßig, eine flache Metallkathode zu verwenden, die derart behandelt ist, daß die ausgefällte Legierung nicht zu fest haftenbleibt. Bei der Ausfällung von Nickel-Eisen-Legierungen wurden befriedigende Ergebnisse mittels einer Messingkathode erzielt, die entweder in Selensäure getaucht war oder die in einer Lösung von Ammoniummolybdad mit einem elektrolytischen Überzug versehen war. Das Anhaften der ausgefällten Legierung an der Kathode kann ebenfalls dadurch verhindert werden, daß diese mit Graphit überzogen wird. Die Kathode kann auch die Form eines großen, sich langsam drehenden Zylinders haben, der teilweise im Elektrolyt untertaucht ist. Die ausgefällte Legierung wird von der Kathode entfernt, sobald sie den Elektrolyt verläßt, so daß ein zusammenhängendes Materialband erzeugt werden kann.

In Abb. 2 zeigt die Kurve 20 das Verhältnis zwischen Kathodenspannung in Volt und Stromdichte in Ampere je dm², wenn Nickel aus einem Elektrolyt ausgefällt wird, welches Nickelsulfat und Nickelchlorid enthält. Kurve 21 zeigt das Verhältnis, wenn Eisen aus einem Elektrolyt ausgefällt wird, welches Eisensulfat und Eisenchlorid enthält. In Abb. 3 ist die Kurve 22 eine Kathoden-Potential-Stromdichtekurve für die Ausfällung von Nickel aus einem Elektrolyt, welches Nickelsulfat, Nickelchlorid und Borsäure enthält, während Kurve 23 derselben Abbildung die Arbeitsbedingungen für das Ausfällen von Eisen aus einem Eisensulfat, Eisenchlorid und Borsäure enthaltenden Elektrolyt darstellt. Die Kurven 24 und 25 wurden erzielt durch Verwendung von Elektrolyten, die dieselben Bestandteile enthielten wie bei der Herstellung der Kurve 22 und 23 nach Abb. 3, doch enthielt bei der Herstellung der Kurven 24 und 25 der Elektrolyt außerdem einen Zusatz von Natriumsulfat. Die Kurve 26 in Abb. 5 zeigt die Bedingungen für die Erzeugung eines Nickel-Eisen-Niederschlages aus einem Elektrolyt, dessen Bestandteile dieselben waren, wie in Verbindung mit den Kurven 24 und 25 erwähnt, nämlich Nickelsulfat, Eisensulfat, Nickelchlorid, Eisenchlorid, Natriumsulfat und Borsäure. Sämtliche Kurven wurden bei einer Behändlungstemperatur von etwa 50 ° C hergestellt. Die Kurven zeigen an, daß unter gegebeuen Arbeitsbedingungen die Neigungen und Lagen der Kurven im wesentlichen von der Zusammensetzung der Elektrolyten abhängig sind. Bei der Verwendung der erwähnten Elektrolyten zur Erreichung der in Abb. 4 aufgezeichneten Daten wurden die Kurven für einen wesentlichen Teil des Stromdichtebereiches praktisch in Übereinstimmung mit- 12a einander gebracht. Unter diesen Verhältnissen wird ein Niederschlag gleichmäßiger

Zusammensetzung erzeugt, wenn die Metalle gleichzeitig ausgefällt werden, weil eine jede Veränderung in der Stromdichte dieselbe Veränderung des Kathodenpotentials für jedes Metall herbeiführt und deshalb dieselbe Veränderung in der Ausfällung für jedes Metall herbeigeführt wird. Bei der Ausführung der Ausfällungen, die in Abb. 5 bildlich dargestellt sind, hatte der Elektrolyt eine solche Zusammensetzung, daß eine Legierung entstand, welche annähernd 79 % Nickel und 21 °/₀ Eisen enthielt. Die Größe der Anoden und der Abstand zwischen den Anoden und der Kathode war derart, daß die Ionenkonzentration für beide Metalle konstant blieb. Der Elektrolyt wurde auf eine Temperatur von 50⁰ C gehalten, und die durchschnittliche augenblickliche Stromdichte betrug 4 Ampere je dm². Das Verhältnis zwischen den Anodenoberflächen entsprach der Zusammensetzung von 85 °/₀ Nickel und 15% Eisen, und zwischen den Strömen, die durch die Anoden flössen, war dasselbe Verhältnis vorhanden. Die Zusammensetzung des Elektrolyts war die folgende:

NiSO₄ -7H₂0 212 g

FeSO₄ .7H₂0 22 g

NiCl₂ -6H₂0 18 g

FeCl₂ ..4H₂0 2,5g

H₃BO₃ 25 g

Na₂SO₄-7 H₂O 180 g

Den obigen Bestandteilen wurde so viel Wasser hinzugeführt, daß 1 1 Lösung entstand.

Erfmdungsgemäß kann ein Niederschlag jeder beliebigen Stärke erzeugt werden. Die Stärke des Niederschlages ist nur von der Zeit abhängig, die für die Ausfällung aufgewandt wird. Es kann eine Kathode verwendet werden, an welcher die ausgefällte Legierung fest haftenbleibt, doch kann auch eine Kathode benutzt werden, die ein Abstreifen der erzeugten Legierung ermöglicht.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für die Herstellung von Legierungen in der Form von Blättern, die von der Kathode abgestreift werden können und die dünner sind als Blätter, die durch Walzen hergestellt werden können. Durch das neue elektrolytische Verfahren wurden Blätter mit einer Stärke von 0,0003" hergestellt. Selbst wenn stärkere Legierungsbleche erwünscht sind, ist es vorteilhaft, dieselben nach dem neuen Verfahren elektrolytisch herzustellen, da die Behändlung in Walzen ungünstige Beanspruchungen im Material hervorrufen, die die elektrischen oder mechanischen Eigenschaften des Materials in nachteiliger Weise beeinträchtigen. Bei der elektrolytischen Herstellung sind die Beanspruchungen sehr gering, weshalb die nachfolgende Wärmebehandlung der Legierung vereinfacht werden kann.

Abb. 6 zeigt schematisch einen Leiter 30, der langsam durch einen Elektrolyt der oben beschriebenen Zusammensetzung geführt wird, in welchem der Leiter selbst als Kathode wirkt. Zweckmäßige Rollen oder andere Mittel sind vorgesehen, um den Leiter durch den Elektrolyt zu führen. Der Leiter steht mittels einer Kontaktrolle 33 mit einer Stromquelle 32 in Verbindung. Die Anoden 34, 35 und 36, die aus Nickel bzw. Eisen bestehen, sind ebenfalls mit der Stromquelle 32 verbunden. Mittels dieser Vorrichtung kann ein Signalleiter mit einer zweckmäßigen Legierungsschicht versehen werden, in welcher die Bestandteile in bestimmten Verhältnissen vorhanden sind. Die Anordnung gemäß Abb. 6 kann derart abgeändert werden, daß eine einzige unbeeinflußbare Anode oder eine besondere Anode für jedes der zwei Komponentmetalle der Legierung verwendet wird.

Claims (2)

85 Patentansprüche:

1. Verfahren zur elektrolytischen Herstellung von Nickel-Eisen-Legierungen, wobei als Elektrolyt Gemische von Salzen der beiden Metalle verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß während der Elektrolyse folgende Konzentration des Elektrolyts aufrechterhalten wird:

NiSO₄ .7H₂O 212 g/l

FeSO₄ -7H₂O 22 g/l

NiCl₂ · 6 H₂O 18 g/l

FeCl₂ -4H₂O 2,5 g/l

H₃BO₃ 25 g/l

Na₂SO₄-7H₂O 180 g/l

2. Verfahren zur Herstellung einer Legierung mit etwa 79 °/₀ Nickel und 21 °/₀ Eisen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Nickel- und Eisenanoden sich etwa wie 85 : 15 verhalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen