DK151906B - Elektrolyseanordning - Google Patents

Description

O

i

DK 151906 B

Opfindelsen angår en anordning til elektrolytisk belægning af flader i et lukket kammer med undertryk, for tilvejebringelse af en metallisk belægning til beskyttelse af overfladen af en genstand, hvilken anordning’'omfatter mindst et proceskammer 5 indeholdende en elektrolytopløsning, som inde i proceskammeret er i direkte kontakt med den flade af den genstand, der skal belægges, samt organer for tilførsel af elektrisk strøm til genstanden og elektrolytopløsningen.

10 Ved de kendte elektrolytiske metoder til påføring af overfladebelægninger er der væsentlige problemer af såvel teknisk som miljømæssig art. Af problemer af teknisk art kan nævnes variationer i tykkelsen, langsom vækst, porøsitet og dårlig adhæsion. Dette er dog kun de mest iøjnefaldende problemer. Det største 15 problem er sandsynligvis tykkelsest’ilvækstens uensartethed, først og fremmest i form af "udvækster" idet belægningen visse steder vokser hurtigere end andre steder.

Ud fra et miljøbeskyttelses- og arbejderbeskyttelsessynspunkt indebærer de kendte metoder store problemer; først og fremmest 20 som følge af betydelige udviklinger af gas og damp. Gasserne og dampene er giftige og kan give anledning til erhvervsskader.

Formålet med opfindelsen er at tilvejebringe en anordning til elektrolytisk overfladebehandling ved hvilken de nævnte 25 ulemper er elimineret.

En anordning af den indledningsvis nævnte art er ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at den omfatter indretninger for tilvejebringelse af en kontinuerlig cirkulation af elektro- 30 lytopløsning gennem proceskammeret under påføringen af overfladebelægningen i kammeret, samt en udsugende undertrykspumpe eller lignende, som er indrettet til fortrinsvis uden for proceskammeret at tilvejebringe et på elektrolytopløsningen indvirkende undertryk på maks 0,85 ata, fortrinsvis 35 maks 0,8 ata.

Omfattende forsøg har vist, at anordningen ifølge opfindelsen, som er baseret på elektrolytisk overfladebehandling i en cirku- 2

DK 151906B

O

lerende elektrolyt ved undertryk giver en række uventede fordele. Belægningens kvalitet forbedres betydeligt og de dampe, der normalt udvikles, bindes allerede ved et undertryk på 0,85 ata til den cirkulerende elektrolyt. Eftersom mængden 5 af damp dels afhænger af den anvendte elektrolyt, dels af strømtætheden, så kan der til opnåelse af en større sikkerhed med fordel anvendes et større undertryk, dvs. et tryk, som er mindre end 0,8 ata.

10 Det er mest fordelagtigt at lade selve proceskammeret stå under undertryk og lade elektrolytopløsningen cirkulere gennem dette kammer. Derved bliver det muligt at udnytte cirkulationskredsløbet til enten afkøling eller opvarmning. Det er også muligt, især ved små anlæg, at undlade at cirkulere elektro-15 lytvæsken, hvorved elektrolyttens forvarmningsrum samtidigt udgør proceskammeret.

Det er desuden muligt og i visse tilfælde endog fordelagtigt at forenkle anordningen ifølge opfindelsen, således at proces-20 kammeret dannes ved, at en i sin ene ende åben beholder i op- og nedadvendt stilling anbringes med åbningen under væskestanden i en elektrolytbeholder og kobles til en undertrykskilde, således at den op- og nedadvendte beholder på grund af det der dannede undertryk fyldes med elektrolytvæske til 25 en ønsket højde. Elektrolytbeholderen kan samtidig tjene som reservoir for systemets elektrolytvæske. Derved kræves der \ kun én beholder. j |

Det har vist sig, at det ikke er nødvendigt, at det største 30 undertryk hersker i det egentlige proceskammer. Hovedsagen er, at elektrolytten cirkulerer gennem en sådant kammer, hvor trykket er tilstrækkeligt lavt. Derved undgås udvikling af dampe og skadelige gasser, hvilket allerede i sig selv medfører betydelige fordele.

35

Gode resultater kan opnås allerede, når højde forskellen mellem elektrolytbeholderens frie væskeflade og undertrykssystemets højeste punkt udgør ca. 1,5 m. Undertrykssystemets højeste _ , . - · > « « m 4 3

DK 151906B

O

elektrolytvæsken cirkulerer gennem proceskammeret og det dertil sluttede undertryksystem, kan der i proceskammerets øvre ende med fordel være indrettet en luftpude, hvorved der kan trækkes strømforsyningskabler gennem proceskammerets hylster ved et 5 punkt, som ikke kommer i berøring med elektrolytvæsken. Derved bliver det lettere at overskue tætningsproblemerne ved kabelgennemføringerne .

Anordningen kan med fordel være udstyret med en sluseanordning, 10 gennem hvilken den væske, der er strømmet fra elektrolytbeholderen til proceskammeret kan føres tilbage til elektrolytbeholderen. Sluseanordningen kan være af i og for sig kendt type, og f.eks. være af samme type som de såkaldte "releasers", som anvendes i forbindelse med rør-malkemaskiner. Fra elektro-15 lytbeholderen kan elektrolytvæsken suges direkte op til proceskammeret, takket være undertrykket i kammeret. Der kan også anvendes en pumpestyret cirkulation.

Eftersom elektrolysevæsken opvarmes under en elektrolyse kræves der i almindelighed en afkøling. I anordningen ifølge opfindelsen kan afkølingen, f.eks. ske ved at en varmeveksler anbringes mellem proceskammeret og sluseanordningen, hvilken varmeveksler sluttes til elektrolyttens cirkulationssystem 25 og til et kølesystem. Det kan eventuelt også være nødvendigt med en køling i elektrolytbeholderen eller i visse tilfælde en opvarmning. Det er derfor ønskværdigt, at beholderen forsynes med temperaturreguleringsorganer. En eventuel opvarmning kan ske ved hjælp af en elektrisk varmemodstand, medens afkøling kan tilvejebringes ved at tilslutte beholderen til samme køle-

oU

system som elektrolytcirkulationskredsens varmeveksler.

Anordningen kan med fordel udstyres med flere proceskamre af forskellig størrelse for overfladebehandling af genstande af forskellig størrelse. Anordningen kan opbygges, således

OO

at de forskellige proceskamre kan anvendes samtidigt eller skiftevis. Endvidere kan anordningen udformes, således at eventuelle nødvendige skyldninger af arbejdsstykkerne kan udføres i samme anordning som selve behandlingen. Til skylningen DK 151906 4

O

tionssystem i stedet for elektrolytbeholderen. Skyil e-væsken vil da cirkulerer i det nævnte cirkulationssystera på nøjagtig samme måde som elektrolytvæsken. Skyllningen tilvejebringes således ved at elektrolytbeholderen kobles fra sit 5 cirkulationssystem, medens skyllevæskebehoIderen i stedet indkobles. Dette kan i praksis ske på en enkelt måde ved hjælp af passende anbragte trevejsventiler.

Fra britisk patentskrift nr. 865.919 og USA-patentskrift nr.

10 2.465.747 kendes anordninger til elektrolytisk overfladebe lægning. Ingen af disse kendte anordninger har imidlertid en kontinuerlig cirkulation af den type, der anvendes ved anordningen ifølge opfindelsen, og disse kendte anordninger har derfor også de indledningsvis nævnte ulemper. Anordningen 15 ifølge USA-patentskrift nr. 2.465.747 omfatter et lukket proceskammer med anoder og katoder, som er sluttet til en jævnstrømskilde. Den omfatter også en vakuumpumpe, som via et udsugningsrør er sluttet til luftrummet over elektrolytopløsninigen i det lukkede proceskammer. I udsugningsrøret er der desuden 20 køleorganer. Anordningen muliggør ikke en kontinuerlig cirkulation af elektrolytopløsning gennem proceskamre under en belægningsproces.

Opfindelsen skal nærmere forklares i det følgende under henvis-25 nmg til tegningen, hvor fig. 1 viser en anordning ifølge opfindelsen, fig. 2 anordningen i en anden udførelse, og fig. 3 anordningen i en tredje udførelse.

Den i fig. 1 viste anordning omfatter en elektrolytbeholder 1, et mindre proceskammer 2 og et større proceskammer 3. Fra 35 beholderen 1 udgår der et rør 4 til det mindre proceskammer 2. Gennem røret 4 suges der elektrolyt fra beholderen 1 til proceskammeret 2, hvorfra elektrolytten fortsætter via et rør 5 og en trevejsventil 6 til en varmeveksler 7f i hvilken

O

DK 151906 B

5 den cirkulerende væske eventuelt afkøles. Cirkulationskredsløbet fortsætter til en sluseanordning 8, hvor væsken strømmer ind i et øvre kammer 9. Eftersom der hersker et undertryk 1 sluseanordningens nedre kammer 13 kan væsken fra det øvre 5 kammer 9 strømme dertil via røret 12 og en kontraventil 11.

Når det nedre kammer 13 er fyldt til en hvis højde, bryder sluseanordningens 8 automatiske styresystem forbindelsen 14 mellem det nedre kammer og den respektive vakuumpumpe 10, hvorved det nedre kammer antager atmosfæretryk. Den cirkulerende 10 elektrolytvæske strømmer derved på grund af sin egen vægt gennem et rør 15 til elektrolytbeholderen 1.

Elektrolytvæsken kan også suges op gennem et rør 16 til det større proceskammer 3 og derfra videre gennem røret 17 og 15 trevejsventilen 6 til varmeveksleren 7 og sluseanordningen 8. Den ønskede cirkulationsvej indstilles ved hjælp af trevejsventilen 6. Sidstnævnte kan eventuelt være forudformet på en sådan måde, at elektrolytvæsken samtidigt kan cirkulere gennem både det lille og det store proceskammer.

20

Den i fig. 1 viste anordning omfatter desuden en kølekreds med et ekspansionskar 19 og en køler 21, i hvilken kølingen sker ved hjælp af en ventilator 20. Derudover er der en cirkulationspumpe 22 tilligemed det nødvendige hjælpeudstyr, 25 såsom lukkeventiler 23 og en kontraventil 24. Kølevæsken cirkulerer gennem varmeveksleren 7 og kan eventuelt cirkulere; rundt om eller gennem elektrolytbeholderen 1. I visse tilfælde eksempelvis i processens begyndelsesfase er elektrolyttens temperatur måske alt for lav. Det kan derfor være nødvendigt 30 at opvarme elektrolytten, og til dette formål er elektrolytbeholderen forsynet med en elektrisk varmeanordning 25.

Selve overfladebelægningsprocessen finder sted i proceskammeret 2 eller 3ri almindelighed ved at tilføre en elektrisk strøm 35 ' udefra. Strømtilførslen sker via nogle kabler 26 og 27. Processen forløber i princippet på samme måde som en konventionel elektrolytisk proces, ved hvilken der på en flade påføres en belægning. Forskellen er, at der i proceskammeret hersker 6

O

DK 151906 B

I fig. 2 er proceskammeret 2, som er åbent i sin nedre ende, sænket ned i elektrolytbeholderen 1. Som følge af proceskammerets 2 tilslutning til en undertrykspumpe stiger elektrolytbeholderens 1 elektrolytvæske indenfor proceskammeret 2's 5 skal 33 til en ønsket højde. Fra proceskammeret 2 strømmer elektrolytten videre gennem røret til sluseanordningen 8 og derfra tilbage gennem tilbageføringsrøret 15 til elektrolytbeholderen 1. I figuren ses også de førnævnte strømforsyningskabler 26 og 27, deres gennemføringer 40, elektroderne 41 og et ar-10 bejdsstykke 42. Ved gennemføringerne 40 er der i proceskammeret dannet en luftpude, som medfører, at kabelgennemføringerne ikke kommer i direkte berøring med elektrolytten.

Anlægget ifølge fig. 3 svarer i hovedsagen til det i fig.

15 1 viste. Der er dog tilføjet en skyllevæskebeholder 45, som ved hjælp af trevejsventiler 46 og 47 kan kobles til elektrolytvæskens cirkulationssystem i stedet for elektrolytbeholderen 1. Når elektrolytbeholderen 1 kobles fra cirkulationssystemet og skyllevæskebeholderen 45 indkobles i stedet for, sker cir- 20 kulationen fra skyllevæskebeholderen 45 gennem røret 48 og trevejsventilen 46 til proceskammeret 2, hvor det behandlede arbejdsstykke skylles. Skyllevæsken fortsætter på normal måde cirkulationen gennem røret 5, sluseanordningen 8 og tilbageføringsrøret 15, og via trevejsventilen 48 og røret 49 tilbage 25 til skyllevæskebeholderen 45. Denne udførelsesform for anordningen ifølge opfindelse har den fordel, at det behandlede arbejdsstykke ikke skal flyttes for at kunne blive skyllet. Skylningen sker i selve proceskammeret under anvendelse af det undertryksdrevne cirkulationssystem, der anvendes under 30 selve behandlingsprocessen. Skyldningen kan på denne måde ske hurtigt, og spildtiden reduceres til et minimum.

Som et eksempel på, hvorledes man ved hjælp af fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan effektivisere en elektrolyseproces, 35 kan følgende hårdforkromnings-fremgangsmåde nævnes.

Elektrolytten udgjordes af en såkaldt "selvregulerende elektrolyt" (SRHS), og temperaturen blev reguleret i overensstemmelse

Claims (12)

1. Anordning til elektrolytisk belægning af flader i et lukket kammer med undertryk, for tilvejebringelse af en metallisk belægning til beskyttelse af overfladen af en genstand, hvilken anordning omfatter mindst et proceskammer (2, 3) indeholdende en elektrolytopløsning, som inde i proceskammeret er i direkte 15 kontakt med den flade af den genstand, der skal belægges, samt organer (26, 27) for tilførsel af elektrisk strøm til genstanden og elektrolytopløsningen, kendetegnet ved, at den omfatter indretninger (4-15) for tilvejebringelse af en kontinuerlig cirkulation af elektrolytopløsning gennem 20 proceskammeret (2, 3) under påføringen af overfladebelægningen i kammeret, samt en udsugende undertrykspumpe (10) eller lignende, som er indrettet til, fortrinsvis udenfor proceskammeret (2, 3) at tilvejebringe et på elektrolytopløsningen indvirkende undertryk på maks 0,85 ata, fortrinsvis maks 0,8 ata. 25

2. Anordning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det af undertrykspumpen (10) tilvejebragte undertryk kan anvendes til at tilvejebringe en cirkulation i elektrolytopløsningen og føre opløsningen gennem proceskammeret (2, 3) 30 til en sluseanordning (8), hvorfra opløsningen kan strømme tilbage til en beholder (1) under atmosfæretryk.

2 DK 151906B O

100 A/dm . Der blev alligevel opnået en meget tæt og jævn overfladebehandling. Passende procesbetingelser ved hårdforkromning af en støbejernscylinder er elektrolyt SRHS 110, temperatur 60°C, undertryk 35 mm Hg (trykdifferens), strømtæthed 80 A/dm2. 5

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at der i elektrolytopløsningens cirkulationssystem er indrettet mindst én varmeveksler ( 7 ') til regulering åf elektrolytopløsningens temperatur. 35 DK 151906B

4. Anordning ifølge krav 3, kendetegnet ved en varmeveksler (7) imellem proceskammeret (2, 3) og sluseanordningen 8. i 5 |

5. Anordning ifølge et eller flere af de foregående krav, I kendetegnet ved, at der ud over proceskammeret i (2, 3) er indrettet en separat beholder (1), der også tjener j som elektrolytbeholder. : 10

6. Anordning ifølge krav 5, kendetegnet ved, at elektrolytbeholderen (1) er udstyret med temperaturreguleringsanordninger (25). 15

7. Anordning ifølge krav 3-6, kendetegnet ved, at den omfatter et fælles kølesystem (18-24), som er tilsluttet' flere af anordningens varmevekslere (27, 25).

8. Anordning ifølge et eller flere af de foregående krav, 20 kendetegnet ved, at den omfatter mindst to proceskamre (2 og 3) af forskellig størrelse , i ‘hvilke kamre genstande af forskellig størrelse kan behandles enten skiftevis eller samtidigt. 25

9. Anordning ifølge krav 1-8, kendetegnet ved, at proceskammeret (2) er udformet som en i sin nedre ende åben beholder (2), som er anbragt med åbningen under væskefladen i elektrolytbeholderen (1) og er koblet til undertrykskilden (10), at den op- nedadvendte beholder (2) på grund af det deri tilvejebragte undertryk fyldes med eletrolytvæske i en ønsket højde (fig. 2).

10. Anordning ifølge krav 9, kendetegnet ved, at højdeforskellen mellem elektrolytbeholderens (1) frie væske-35 overflade og det under undertryk stående cirkulationssystems højdepunkt er 1,5 m eller mere. DK 151906 B

11. Anordning ifølge krav 9, kendetegnet ved, at der er tilvejebragt en luftpude (43) i proceskammerets (2) øvre ende, og at eventuelle kabelgennemføringer (40) er anbragt 5. den del af proceskammerets (2) skal (33), hvor luftpuden (43) befinder sig.

12. Anordning ifølge et eller flere af de foregående krav, kendetegnet ved, at den omfatter en eller flere 10 skyllevæskebeholdere (45), der kan sluttes til anordningens elektrolytcirkulationssystem (2,5,8,15), således at elektrolytbeholderen (1) derved kan kobles fra systemet og en eller flere skyllevæskebeholdere (45) kan indkobles i stedet for elektrolytbeholderen, idet skyllevasken kan cirkulere i cir- 3.5 kulationssystemet (2,5,8,15) (fig. 3). 20 25 30 35