DE69305306T2

DE69305306T2 - Electrode for electrophoretic coating

Info

Publication number: DE69305306T2
Application number: DE69305306T
Authority: DE
Inventors: Claude Encrenaz
Original assignee: Pechiney Recherche GIE
Current assignee: Pechiney Recherche GIE
Priority date: 1992-11-03
Filing date: 1993-11-02
Publication date: 1997-03-06
Anticipated expiration: 2013-11-03
Also published as: FR2697538B1; ES2092794T3; FR2697538A1; DE69305306D1; CA2109183A1; GR3021329T3; EP0596816A1; CN1089312A; JPH06212493A; EP0596816B1; CN1038263C; KR940011669A

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode zur elektrophoretischen Ablagerung auf einer elektrisch leitfähigen Oberfläche.The invention relates to an electrode for electrophoretic deposition on an electrically conductive surface.

Bekannt ist die elektrophoretische Ablagerung von Kunststoffmaterial z.B. als Lack auf Metallobjekten (oder wenigstens elektrischen Leitern), wenn das besagte Objekt die Elektrode einer Gleichstromquelle darstellt, die andere Elektrode, die mit dem anderen Pol der Gleichstromquelle verbunden ist, einen entsprechenden Aufbau hat und die Elektroden sich in einem Elektrophoresebad befinden.The electrophoretic deposition of plastic material, e.g. as a paint on metal objects (or at least electrical conductors) is known when the object in question represents the electrode of a direct current source, the other electrode, which is connected to the other pole of the direct current source, has a corresponding structure and the electrodes are in an electrophoresis bath.

Das zu lösende Problem besteht darin, eine dünne Ablagerung von typischerweise 2-20 µm zu erhalten, deren Dicke auf den Oberflächen des zu bedeckenden Objektes so gleichmäßig wie möglich ist.The problem to be solved is to obtain a thin deposit of typically 2-20 µm, the thickness of which is as uniform as possible on the surfaces of the object to be covered.

Für den Fall, daß die Objekte eine Rotationsachse haben, z.B. die Form eines Zylinders mit einem Boden haben, und auf ihrer inneren Fläche gemäß Stand der Technik bedeckt werden sollen, wird eine Leiterelektrode entlang der Zentralachse des besagten Objekts angeordnet, die vorzugsweise die Form eines vollzylinders oder eines Röhrenleiters mit einem kreisförmigen Querschnitt mit derselben Achse wie letzterer hat. Jedoch führt dies zu Randeffekten wie, daß die abgelagerten Mengen in der Nähe des Randes der Öffnung des Objekts sehr viel größer sind als auf dem Rest der Oberfläche.In the case where the objects have an axis of rotation, e.g. have the shape of a cylinder with a bottom, and are to be covered on their inner surface according to the state of the art, a conductor electrode is arranged along the central axis of said object, which preferably has the shape of a solid cylinder or a tubular conductor with a circular cross-section with the same axis as the latter. However, this leads to edge effects such that the deposited quantities near the edge of the opening of the object are much larger than on the rest of the surface.

Die Anmeldergemeinschaft hat herausgefunden, daß es zum Erreichen von sehr viel gleichförmigeren Ablagerungsdikken ausreicht, die seitliche äußere Oberfläche der Elektrode mit einer Isolierschicht zu bedecken und einen oder mehrere kreisförmige Einschnitte der Größe e von bis zu einigen mm einzuschneiden, so daß die Leiteroberfläche freigelegt wird. Dieser oder diese Einschnitte befinden sich dem zu bedeckenden Objekt gegenüber.The applicants' group have found that in order to achieve much more uniform deposit thicknesses, it is sufficient to cover the lateral outer surface of the electrode with an insulating layer and to cut one or more circular incisions of size e of up to a few mm so as to expose the conductor surface. This or these incisions are located opposite the object to be covered.

Die Größe jedes Einschnitts liegt vorzugsweise zwischen 0,5 und 3 mm, insbesondere in der Ordnung von 1 mm.The size of each incision is preferably between 0.5 and 3 mm, in particular of the order of 1 mm.

Es wurde nach Versuchen gefunden, daß die Gleichförmigkeit der Dicke der Bedeckung um so größer ist, je gleichmäßiger die zu bedeckende Oberfläche der Äquipotentialkrümmung des angelegten elektrischen Feldes folgt.It was found through experiments that the uniformity of the thickness of the covering is greater the more uniformly the surface to be covered follows the equipotential curvature of the applied electric field.

Unter gleichmäßigem Folgen versteht man einen im wesentlichen von der Achse konstanten Abstand zwischen 70 und 90 % des Abstandes der Achse von der zu bedeckenden Oberfläche.Uniform following means an essentially constant distance from the axis between 70 and 90% of the distance of the axis from the surface to be covered.

Das führt dazu, daß die genaue Bestimmung der Position oder Positionen der empirisch bestimmten Einschnitte präzisiert werden kann durch Rechenmethoden für die Bestimmung von Äquipotentiallinien, z.B. durch die Methode der finiten Elemente, wobei in unmittelbarer Nachbarschaft der zu bedeckenden Oberfläche (die ursprüngliche Oberfläche des zu bedeckenden metallischen Objekts stellt "per definitionem" eine Äquipotentiale dar) diese Oberfläche eine um eine Achse rotationssymmetrische Oberfläche mit einer beliebig geformten Erzeugenden ist. Einige Versuche zur Bestimmung der Äquipotentiale ermöglichen die Bestimmung der optimalen Konfiguration.This means that the exact determination of the position or positions of the empirically determined incisions can be made more precise by calculation methods for the determination of equipotential lines, e.g. by the method of finite elements, where in the immediate vicinity of the surface to be covered (the original surface of the metallic object to be covered represents an equipotential "by definition") this surface is a surface that is rotationally symmetrical about an axis and has a generator of any shape. Some experiments to determine the equipotentials enable the determination of the optimal configuration.

Die entsprechende Vorrichtung besteht also aus einer vollzylindrischen oder tubusförmigen leitfähigen Elektrode, die auf ihrer externen seitlichen Oberfläche eine Isolierschicht bis auf einen oder mehrere zirkulare Bereiche geringer Größe gegenüber dem zu bedeckenden Objekt trägt. Die Größe jedes zirkularen Bereiches ist kleiner als einige mm, vorzugsweise zwischen 0,5 und 3 mm und im allgemeinen um 1 mm. Ihre Zahl ist im allgemeinen kleiner oder gleich 3.The device in question therefore consists of a fully cylindrical or tubular conductive electrode which has an insulating layer on its external lateral surface, except for one or more circular areas of small size with respect to the object to be covered. The size of each circular area is less than a few mm, preferably between 0.5 and 3 mm and generally around 1 mm. Their number is generally less than or equal to 3.

Obgleich sich die Beschreibung und die Beispiele im wesentlichen auf die Verwendung einer erfindungsgemäßen Elektrode in Achsenposition beziehen, ist es gleichermaßen möglich, die erfindungsgemäße Elektrode in externer Position gegenüber der externen Bedeckung eines Objekts zu verwenden, das insbesondere keine Rotationssymmetrie aufweisen muß (z.B. ein Rezipient mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt)Although the description and examples essentially refer to the use of an electrode according to the invention in an axial position, it is equally possible to use the electrode according to the invention in an external position relative to the external covering of an object which in particular does not have to have rotational symmetry (e.g. a recipient with a square or rectangular cross-section).

Die Erfindung wird verständlich mittels der folgenden Beispiele, die in den Fig. 1 bis 3 dargestellt sind.The invention will be understood by means of the following examples, which are illustrated in Figures 1 to 3.

Die Figur 1 zeigt einen axialen Halbschnitt der Vorrichtung zum elektrophoretischen Ablagern eines Harzes auf der internen Oberfläche eines kastenförmigen Gegenstandes, der in dem Beispiel 1 verwendet wird; die Angaben sind in Millimetern.Figure 1 shows an axial half-section of the apparatus for electrophoretically depositing a resin on the internal surface of a box-shaped article used in Example 1; the measurements are in millimetres.

Die Figur 2 zeigt einen axialen Halbschnitt der Äquipotentialverläufe, bestimmt mit Hilfe eines Rechenprogramms für finite Elemente in der geometrischen und elektrischen Konfiguration des Beispiels 1 für einen kastenförmigen Körper (B), der idealerweise zylindrisch ist und eine flache Bodenplatte hat, wie in dieser Figur dargestellt. Der Abstand der Äquipotentiallinien ist 20 V.Figure 2 shows an axial half-section of the equipotential curves, determined using a calculation program for finite elements in the geometric and electrical Configuration of example 1 for a box-shaped body (B), which is ideally cylindrical and has a flat bottom plate, as shown in this figure. The distance of the equipotential lines is 20 V.

Die Figur 3 stellt einen axialen Halbschnitt der Äquipotentiallinien (20 V) bei den geometrischen und elektrischen Bedingungen des Beispiels 1 dar, wobei die Elektrode 2 Einschnitte mit einer Größe von 1 mm hat, und zwar für einen kastenförmigen Gegenstand B, der idealerweise zylindrisch ist und eine flache Bodenplatte 1 hat, wie in dieser Figur dargestellt.Figure 3 represents an axial half-section of the equipotential lines (20 V) under the geometric and electrical conditions of Example 1, the electrode 2 having notches of 1 mm size, for a box-shaped object B, ideally cylindrical, with a flat bottom plate 1, as shown in this figure.

EXAMPLE 1

Ein Kasten (1) aus Aluminiumlegierung 3004 (gemäß Bezeichnung der Aluminiumassoziation) mit einem Durchmesser von 65 mm x h 125 mm wurde einerseits mit einer nicht bedeckten tubusförmigen Elektrode (2) mit Außendurchmesser 1,4 x Innendurchmesser 10 x h 100 mm), andererseits mit derselben Elektrode, die außen mit einer Isolierschicht (3) aus Polymer mit einer Dicke von 3 mm bedeckt war, die mit einem Einschnitt von 1 mm in Höhe von 40 mm über der Basis der Elektrode versehen war.A box (1) made of aluminium alloy 3004 (according to the designation of the Aluminium Association) with a diameter of 65 mm x h 125 mm was equipped on the one hand with an uncovered tubular electrode (2) with an external diameter of 1.4 x internal diameter of 10 x h 100 mm), and on the other hand with the same electrode covered externally with an insulating layer (3) made of polymer with a thickness of 3 mm, provided with a 1 mm notch at a height of 40 mm above the base of the electrode.

Die Ablagerungsbedingungen waren die folgenden: Der Kasten (1) ist mit der Anode (+) einer Gleichstromquelle von 200 V und die Elektrode (2) mit dem anderen Pol verbunden. Sie befindet sich in einem anaphoretischen Epoxylack-Bad (mit 10 g/l in Wasser mit pH 7,7, Leitfähigkeit 1,76 mS/m und der konstanten Temperatur 30 ºC), wobei der Strom gepulst wird: 50 ms mit Strom + 20 ms ohne Strom und Dauer der Behandlung 7 s.The deposition conditions were as follows: The box (1) is connected to the anode (+) of a 200 V direct current source and the electrode (2) to the other pole. It is placed in an anaphoretic epoxy paint bath (at 10 g/l in water with pH 7.7, conductivity 1.76 mS/m and constant temperature 30 ºC), with a pulsed current: 50 ms with current + 20 ms without current and treatment duration 7 s.

Die erzielten Resultate sind die folgenden:The results obtained are the following:

mittlere Dicke 4 µmaverage thickness 4 µm

relative Schwankung: 8 %relative fluctuation: 8%

Unter relativer Schwankung der Dicke versteht man: 100 x (maximale Dicke - minimale Dicke)/ mittlere Dicke mit mittlerer Dicke (maximale Dicke - minimale Dicke)/2 Relative thickness variation is defined as: 100 x (maximum thickness - minimum thickness)/ average thickness with average thickness (maximum thickness - minimum thickness)/2

wobei h(x) oder hn die lokale Dicke darstellt.where h(x) or hn represents the local thickness.

Diese Elektrode kann bei jeder elektrophoretischen Bedekkung eingesetzt werden, bei der die relative Schwankung der Dicke geringer sein muß als 10 %.This electrode can be used for any electrophoretic coverage where the relative variation in thickness must be less than 10%.

Claims

1. Electrode for electrophoretic deposition on an electrically conductive surface comprising a solid cylindrical or cylindrical tubular conductor, characterized in that only the lateral external surface is covered with an insulating layer, except for one or more circular areas opposite the object to be covered.

2. Electrode according to claim 1, characterized in that the number of circular regions is less than or equal to 3.

3. Electrode according to one of claims 1 or 2, characterized in that the circular region or regions have a size (e) between 0.5 and 3 mm.

4. Electrode according to claim 3, characterized in that the circular region or regions have a size of the order of 1 mm.

5. Electrode according to one of claims 1 to 4, characterized in that the determination of the position of the circular region or regions is carried out by means of the course of equipotential lines.

6. Electrode according to claim 5, characterized in that at least one equipotential line is located at a distance from the axis which is between 70 and 90% of the distance of the axis from the surface of the object to be covered.

7. A method for producing an electrode for electrophoretic deposition according to one of claims 1 to 6, characterized in that

- the lateral external surface of a solid cylinder or a circular tube is covered with an insulating layer,

- one or more circular areas are cut into this layer,

- the incised circular arc or arcs are eliminated.

8. Method according to claim 7, characterized in that the circular region or regions have a size (e) between 0.5 and 3 mm.

9. Method according to claim 8, characterized in that the circular region or regions have a size (e) of the order of 1 mm.