DE8603184U1

DE8603184U1 - Vorrichtung zur kontinuierlichen Elektroabscheidung von Metallen bei hoher Stromdichte

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Publication number: DE8603184U1
Application number: DE8603184U
Authority: DE
Original assignee: Centro Sviluppo Materiali SpA
Current assignee: Centro Sviluppo Materiali SpA
Priority date: 1985-02-08
Filing date: 1986-02-06
Publication date: 1990-08-02
Anticipated expiration: 1996-02-07
Also published as: GB2170819B; IT8547663A0; GB8602185D0; IT8547663A1; SE462981B; US4640757A; SE8600554D0; DE3603770A1; LU86299A1; NO167989B; DE3603770C2; GB2170819A; NO167989C; BR8600445A; NL8600205A; ATA30686A; NO860214L; BE904188A; ES551756A0; AT390450B

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen galvanischen Abscheidung bzw. Elektroabscheidung von Metallen bei hoher Stromdichte. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit der Anordnung von Mitteln zum Pumpen des Elektrolyts und mit der Ausbildung des unteren Teils der Vorrichtung.

Durch die Verbesserungen sollen die Vorrichtung selbst sowie die relevanten Wartungsvorgänge vereinfacht werden, während auch gleichzeitig gleichförmigere fluiddynamische Behandlungsbedingungen sichergestellt werden.

Beim kontinuierlichen Plattieren von Metallen, insbesondere von Stahlbändern, mit anderen schützenden Metallen, wie beispielsweise Zink, zinklegiert mit anderen Metallen wie Eisen, Nickel, etc., werden hohs Bandgeschwindigkeiten (die 150 m/min sogar überschreiten können) und hohe Stromdichten (die sogar über 180 A/dm liegen können) immer häufiger. Diese Prozesse mit hoher Stromdichte erfordern natürlich eine gewisse Relativgeschwindigkeit zwischen Elektrolyt und zu plattierendem Band - das als Kathode wirkt - so daß garantiert wird, daß das Gas, welches unverrroidlicherweise abgegeben wird, aus der Nachbarschaft des Bandes entfernt wird und wodurch auch sichergestellt werden soll, daß die Elektrolytströmung ausreichend turbulent ist, um die Dicke der Grenzschicht zu vermindern, die an Metallionen, die abgeschieden werden müssen, verarmt ist, wodurch eine korrekte Abscheidung und ein zufriedenstellender Wirkungsgrad sichergestellt werden.

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Die infrage kommenden Prozesse erfordern auch sehr konstante fluiddynamische Bedingungen - besonders beim Elektroplattieren bzw. elektrischen Galvanisieren - haben gerade diese doch einen Einfluß auf Qualität und Zu-

° sammensetzung des Überzugs und auf den Wirkungsgrad des Prozesses.

Vom theoretischen Standpunkt aus haben Elektroplattierverfahren mit hoher Stromdichte ganz erhebliche Vorteile, von denen einige in gewissem Maße in bisher gebauten Anlagen erreicht wurden. Die Situation scheint aber noch nicht völlig stabilisiert zu sein, insbesondere im Falle dieser Halbprodukte, die verwendet werden, um gewisse sich schnell bewegende haltbare Konsumentenartikel, wie Autos, zu bauen, bei denen eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit,kombiniert mit sehr angenehmem Äußeren,gegeben ist, wie beispielsweise Bänder, die verwendet werden, um insbesondere Kraftfahrzeugkarosserien herzustellen.

Für selche Produkte, insbesondere mit Zink oder mit Zinklegierungen (Zink legiert mit anderen Metallen, wie Eisen, Nickel etc.) überzogene Stahlbänder, schien es zunächst, daß horizontale Zellausbildungen vermutlieh die Antwort waren. Die praktische Erfahrung schien jedoch nicht zufriedenstellend zu sein, da Werke, die mit- horizontalen Zellen arbeiteten, offensichtlich diese durch vertikale Zellen ersetzen.

Mit der vertikalen Anordnung jedoch läuft das Bind von oben nach unten in einer Gruppe von Zellen und von unten nach oben in einer anderen Gruppo, so daß es unmöglich wird, gleichförmige fluiddynamische Bedingungen an der Grenzfläche Band-Elektrolyt in sämtlichen Zellen sicherzustellen.

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Um diese Schwierigkeit zu eliminieren, wurde bereits f.

vorgeschlagen -fP 35 25 183^5·, die Strömungsrichtung |

des Elektrolyten in den Zellen so einzustellen, daß die |

notwendige Gleichförmigkeit der fluiddynamischen Be- |

dingungen gewährleistet bleibt. Inbesondere bei einem |

Paar von Zellen, bei denen das zu plattierende Band $j von oben nach unten in einer Zelle und von unten nach oben in der anderen läuft, werden Einrichtungen zum pumpen dos Elektrolyten in jeder Zelle an den Stellen ^Q installiert, wo das Band in die Zelle eintritt oder diese verläßt, so daß die Strömung des Elektrolyten in einer Zelle des Paares in entgegengesetzter Richtung zu der in der anderen Zelle erfolgt.

*5 Die Ausbildung der Vorrichtung wurde im Betrieb eingesetzt und hat zu ausgezeichneten Ergebnissen geführt. Es sind jedoch einige sekundäre Nachteile in Kauf zu nehmen, die in der Praxis zu Problemen führen. Es ist zum Beispiel schwierig, die Pumpen in jedem Paar von |

²^ Zellen zu steuern, um sicherzustellen, daß sie voll- I

ständig ausgewogen arbeiten. Dies führt zu fehlender | Gleichförmigkeit bei den Elektrolytströmungsbedingungen und hat einen nachteiligen Einfluß auf die Gleichförmigkeit der Qualität beim Plattieren. Die Art und Weise, in der die Pumpen installiert sind, macht es darüber hinaus schwierig, Spritzschutz zu installieren, was jedoch eine mögliche Quelle für eine Beeinträchtigung | d3r Oberflächenqualität des Bandes und des Überzugs I

ist, während die Wartung der Zelle behindert wird. ^

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, möglichst identische fluiddynamische Beziehungen in jeder der beiden vertikalen Zellen einer elektrolytischen Behandlungseinheit zu schaffen und somit die beste Qualität bei mit Überzug versehenen Produkten zu ermöglichen. Hierbei soll ein sehr schneller hochturbulenter Elektro- ^! lytfluß in den Behandlungseinheiten garantiert werden. I Möglichst identische fluiddynamische Bedingungen in jeder \

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Auch sollen gleiche, d.h. sogar identische fluiddynamische Bedingungen in jeder Zelle eines Paares herbeigeführt werden, um so die bestmögliche Plattierausbeute und ausgezeichnete Plattierqualität zu erreichen.

Bei einer Anlage für die kontinuierliche galvanische Abscheidung bzw* Elektroabscheidung von Metallen bei hoher Stromdichte auf anderen metallischen in Bewegung ucLinuxiCiicn KorpcxTIi, insucsGriuSiTS &agr;&iacgr;&aacgr;&igr;&igr;&igr;&ugr;&agr;&Pgr;&igr;&igr;&thgr;&Ggr;&OHacgr;, OiS aus wenigstens einer Behandlungseinheit mit einer oberen Kammer und einer unteren den Elektrolyten enthaltenden Kammer, die durch zwei vertikale Elektroplattierzellen verbunden sind, bestehen,in denen das zu plattierende Band aus dieser oberen Kammer nach unten durch die erste dieser Zellen gegen die untere Kammer geht und wo eine Umlenkung und Rückführung nach oben durch die zweite dieser Zellen gegen die obere Kammer erfolgt,während der Elektrolyt gezwungen wird, in entgegengesetzter Richtung in jeder der beiden Zellen zu fließen, wird eine Verbesserung dahingehend vorgeschlagen, daß die Anlage vereinfacht wird und gleichförmige fluiddynamische Bedingungen in den Zellen sichergestellt werden.

Die Verbesserung nach der Erfindung zeichnet sich aus durch die Tatsache, daß für jede dieser Behandlungseinheiten nur eine Pumpeinrichtung verwendet wird; diese befindet sich an einem Ende nur einer der beiden vertikalen Zellen, wobei die Kammer, gegen die die Pumpeinrichtung liefert, vollständig mit Elektrolyt gefüllt ist und in direkter kontinuierlicher Verbindung mit der Außenseite nur über die andere Kammer über diese vertikalen Elektroplattierzellen steht.

Anders ausgedrückt: bei einer Anlage, die aus vertikalen Zellen für die kontinuierliche Elektroabscheidung von Metallen bei hoher Stromdichte besteht, wobei die Grundbehandlungseinheit aus zwei vertikalen Elektrolytzellen besteht, die eine obere Kammer und eine untere

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Kammer zum Sammeln und Speichern des Elektrolyten verbinden und in welchen der zu plattierende Körper, üblicherweise Metallband, aus der oberen Kammer durch eine dieser Zellen in die untere Kammer läuft, von der aus eine Rückführung durch die andere dieser Zellen in die obere Kammer erfolgt, v/ährend der Elektrolyt gezwungen wird, innerhalb dieser Zellen in hochturbulentem Strömungszustand zwangsweise durchzufließen, ist uic Verucsssrung dann zu ssusn da» dis Strömung

ung dann zu ssusn, da» dis Strömung des Elektrolyten durch nur eine Pumpeinheit geregelt wird.

Diese Pumpeinrichtung wird vorzugsweise am unteren Ende der Zelle eingebaut, die von unten nach oben durch den zu plattierenden metallischen Körper durchsetzt wird, wobei die Pumpenlieferung in die untere Kammer erfolgt; die Pumpeinrichtung kann vorteilhafterweise durch einen Ejektor gebildet sein, das ist eine Einrichtung, in welcher die hohe kinetische Energie einer Menge von Primärfluid verwendet wird, um eine größere Menge an Sekundärfluid mitzureißen und wobei deren primäres Mitreißefluid aus Elektrolyt besteht, der aus der unteren Kammer entnommen wird, während das mitgerissene Sekundärfluid aus Elektrolyt besteht, der aus der oberen Kammer durch die vertikale Zelle, an der der Ejektor installiert ist, abgezogen wird.

Wärend diese untere Kammer mit Elektrolyt gefüllt und geschlossen wird - bis auf die Verbindung mit der oberen Kammer über die vertikalen Zellen - kann der mit dem Ejektor aus der oberen Kammer gegen die untere durch eine Zelle gepumpte Elektrolyt in die obere Kammer nur durch die andere Zelle aufsteigen.

Da Flüssigkeiten inkompressibel sind, genügt es, die beiden Zellen mit den gleichen Innenquerschnittsflachen aufzubauen, um sicherzustellen, daß der Elektrolytdurchsatz (Elektrolytströmungsrate) und dessen Ge-

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schwindigkeit in jeder Zelle genau gleich sind₄

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung soll nun mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert werden, die einen Vertikalschnitt durch eine Vertikalzellen-Behandlutrgseinheit nach der Erfindung zeigt.

Gemäß dieser Ausführungsform besteht die Behandlungseinheit aus einem Behälter, det* unterteilt ist in eine obere Kammer 1 und eine untere Kammer 2, welche voneinander durch eine Trennwand 3 getrennt sind. Die Kammer 1 ist oben offen und verfügt über Walzen 4 und 5/ die das Band 6 führen, während es in die Behandlungseinheit eintritt bzw. diese verläßt. Ventilbesetzte Auslässe 7 und 8 sind vorhanden, die dem Entleeren der Kammer 1 dienen und die eine Wiederherstellung des pH-Wertes sowie der Konzentration der verschiedenen Ionen für die Elektroabscheidung durch hier nicht gezeigtes Gerät sorgen, da die in den subsidiären Vorgängen benützten Einrichtungen an sich oekannt sind und hier nicht näher beschrieben werden müssen.

Die untere Kammer 2 ist hermetisch gegen die Außenseite abgedichtet und steht in Verbindung mit der Kammer 1 lediglich über die Elektrolytzellen 9 und 10; sie verfügt auch über ein Rohr 11 am Boden, komplett mit Ventil 14 zum Entleeren des Fluids aus der Kammer und über allgemein mit 12 und 13 bezeichnete Einrichtungen, die im oberen Teil der Kammer 2 für die kontinuierliche Evakuierung von Gas, das in der Kammer sich gesammelt haben mag, angeordnet sind.

Die Trennwand 3, die die Kammer 1 von der Kammer 2 trennt, ist so ausgebildet, daß sie eine größere Fläche in der Kammer 2 zum Sammeln solchen Gases, das sich möglicherweise hier ansammeln kann, bildet. Diese Trennwand 3 trägt Elektrolytzellen 9 und 10. Der untere

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Teil der Elektrolytzelle, durch welchen das Band von f

I unten nach oben geht, verfügt über Einrichtungen, die 1

den Elektrolyt aus der oberen Kanuner 1 in die untere !

Kammer 2 durch die Zelle 10 selbst saugen. Diese Einrichtungen bestehen vorzugsweise aus einer Ejektoreinheit 15, deren primäres Mitreißefluid der Elektrolyt selbst ist, der mittels einer Pumpe 16 aus dem mit der unteren Kammer 2 in Verbindung stehende Rohr 11 gepumpt wird, während das mitgerissene Sekundärfluid der Elektrolyt selbst ist, der in der Zelle 10 enthalten ist und i kontinuierlich aus der oberen Kammer 1 abgezogen wird.

Im Betrieb nimmt die Pumpe 16 eine bestimmte Elektrolytströmung aus der Kammer 2 auf und führt sie über den Ejektor 15 zurück, se daß eine abgeglichene Zirkulation dieses Fluids in der Kammer stattfindet. Der durch den Ejektor als Primärfluid gepumpte Elektrolyt jedoch saugt aus der Kammer 1 durch die Zelle 10 anderen Elektrolyt an. Auf diese Weise stellt sich ein positiver Elektrolytausgleich bei Eintritt in die untere Kammer 2 ein.

Wegen des Aufbaus der unteren Kammer jedoch kann sich der aus der oberen Kammer abgesaugte Elektrolyt nicht ansammeln, kann nur von der unteren Kammer in die obere über die Elektrolytzelle 9 bei einem Strömungsdurchsatz aufsteigen, der gewiß der gleiche wie in der Zelle 10 ist, vorausgesetzt, daß die Innenabmessungen der beiden Zellen die gleichen sind, was leicht erreichbar ist.

Die oben genannten Ziele der Erfindung lassen sich auf diese Weise vollständig u¹".. if riedenstellend erreichen:

die Anlage ist wirtschaftlicher und verläßlicher, weil &,

nur noch eine Pumpeinheit für jedes Paar von Zellen &psgr;

notwendig ist; die Verwendung von Ejektoren sichert |

notwendigerweise eine hohe Elektrolytgeschwindigkeit f

und Strömung in den Zellen unter sehr turbulenten h

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&Igr; Bedingungen; die Unterdrucksetzung der unteren unverformbaren Kammer 2, die dauernd voll Flüssigkeit ist, wobei der Elektrolyt durch eine der beiden Zellen eingesaugt wird: hierdurch wird sichergestellt, daß die gleiche Elektrolytströmung gegen die obere Kammer durch die andere der beiden Zellen aufsteigt, so daß identische fluiddynamische Bedingungen in den beiden Zellen garantiert werden.

^Aus Gründen der Einfachheit und Kürze werden hier alle Einzelheiten fortgelassen, wie beispielsweise der Aufbau der Elektrolytzellen und Elektroden, der Stromkreise, der äußeren Kreise zum Einstellen des pH Werts des Elektrolyten sowie der Konzentration, die keine unmittelbare Auswirkung auf die Erfindung haben und die an sich ausreichend bekannt sind, so daß eine spezielle Diskussion nicht erforderlich wird.

Wichtig ist jedoch, daß die vertikalen Zellen nach eier Erfindung weitere Vorteile zusätzlich zu den bereits angegebenen, insbesondere hinsichtlich der großen vielfältigen Verwendungsmöglichkeit der vertikalen Zellen dieses Typs zeitigen. Da nämlich der obere Teil der Zellen völlig frei ist, können unlösliehe oder lösliche Anoden eingesetzt werden; die

Breite kann ohne weiteres verändert werden, während Masken zum Abschirmen des Randes des Streifens positio niert und verschoben werden können, was eine Anpassung an einen breiten Bereich von Abschaidungsprozessen auf gO beiden Seiten des Bandes oder nur auf einer Seite ermöglicht, ohne daß im geringsten die Zellstruktur verändert würde sowie bei geringem Zeitverlust.

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Claims

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* European Patent Attorneys :.'·:"::": Deutsche Patentanwälte

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Dr. W. Mülier-Bore *

Dr. Paul Deufel

Dipl.-Chem.. Dipl.-Wirtsch.-Ing.

Dr Muller-Bare und Partner . POB 260247 . D-8000 München 26 * * ^A"^{retI SC}"^On

Dipl.-Chem.

Werner Hertel &eacgr; Dipl.-Phys.

Dietrich Lewald

Dipl.-Ing.

Dr. Ing. Dieter Otto

Dipl.-Ing.

Brit. Chartered Patent Agent · · Peter B. Tunnicliffe

M.A. &ldquor;■ >xon) Chem. C 3577 Lw/Ge Case C 158

CENTRO SPERIMENTALE METALLURGICO S.p.A.
Via di Castel Romano, 1-00129 Rom, Italien

Vorrichtung zur kontinuierlichen Elektroabscheidung von Metallen bei hoher Stromdichte

■NSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen glavanischen Abscheidung bzw. Elektroabscheidung von Metallen bei hoher Stromdichte auf andere metallische in Be'-.egung befindliche Körper, insbesondere auf Stahlbänder, aus wenigstens einer Behandlungseinheit mit einer oberen Kammer und einer unteren den Elektrolyt enthaltenden Kammer, die über zwei vertikale Elektroplattierzellen verbunden sind, wobei der zu plattierende metallische Körper aus der oberen Kammer nach unton durch die erste dieser Zellen zur unteren Kammer geführt wird, wo er umgelenkt wird und nach oben durch die zweite dieser ZeIIm zur oberen Kammer rückgeführt wird, während der

D-8000 München 2 POB 28 02 47 ,",VaM: ', ', TeWtB'..\. Telecopier Infotac 6400 B Telex

lsartorplatz 6 D-BOOO München 2d><' iiueb'opat'··' 089/2214(13-7 GII+ 111 (089)2296 43 fi-7.47.RR

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e &eegr; &eegr; zeichnet, daß die Pumpeinrichtung am unteren Ende der Zelle angeordnet ist, durch welche der zu plattierende metallische Körper (6) von unten nach oben geht, wobei die Lieferseite der Pumpe in die untere Kammer (2) gerichtet ist.

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Elektrolyt veranlaßt wird, in entgegengesetzter Rich- !

tung in jeder der beiden Zellen zu fließen, I dadurch gekennzeichnet , daß nur eine Pumpeinrichtung (16) für jede der beiden Behandlungs-

einheiten Verwendung findet und an einem Ende nur j

einer der beiden Zellen angeordnet ist, wobei die Kammer i

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpeinrichtung (16) aus einem Ejektor besteht mit einem Anschluß an die untere Kammer (2) in Form des Mitreißeflüids und einet Verbindung mit der oberen Kammer zum Mitreißen des sekundären Fluids in Form des aus der oberen Kammer (1) durch die Zelle gesaugten Elektrolyten.