EP0183034B1

EP0183034B1 - Galvanisierverfahren

Info

Publication number: EP0183034B1
Application number: EP85113105A
Authority: EP
Inventors: Erwin A. Dr. Sauter
Original assignee: Inovan GmbH and Co KG Metalle und Bauelemente
Current assignee: Inovan GmbH and Co KG Metalle und Bauelemente
Priority date: 1984-10-31
Filing date: 1985-10-16
Publication date: 1990-07-11
Anticipated expiration: 2005-10-16
Also published as: US4721554A; DE3439750C2; EP0183034A2; EP0183034A3; JPS61113790A; ATE54474T1; DE3439750A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen metallischer Schichten durch Galvanisieren auf band- oder seilförmige Materialien, wobei die mit dem Minuspol einer Stromquelle verbundenen zu beschichtenden Materialien durch eine in einem geeigeneten Gefäß befindliche Elektrolytlösung, vorbei an einer dort mit dem Plusol der Stromquelle verbundenen Anode, kontinuierlich hindurchgeführt werden und die Elektrolytlösung in Gegenrichtung zur Bewegungsrichtung des zu beschichtenden Materials bewegt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Zum Beschichten der Oberfläche von Drähten, Bändern, Stanzgittern, Seilen oder sonstigen bandförmigen Materialien durch Galvanisieren, werden diese Materialien kontinuierlich durch ein Gefäß hindurchgeführt, in dem sich eine Elektrolytlösung (oder auch Salzschmelze) befindet. Hierbei bildet das zu beschichtende Material die Kathode, an der sich infolge der lonenwanderung die im Elektrolyten gelösten Metalle anlagern. Durch diese lonenwanderung verarmt der Elektrolyt in der Umgebung der Kathode an abscheidbaren Metallionen, so daß stets für die Zufuhr von frischem Elektrolyt gesorgt werden muß. Dies geschieht bei den bekannten Galvanisierbädern im allgemeinn bereits dadurch, daß das bandförmige Material durch die Elektrolytlösung hindurchgeführt wird, also stets mit neuer Elektolytlösung in Berührung kommt. Bei modernen Anlagen wird außerdem der Elektrolyt stetig umgepumpt und erneuert, so daß sich zumindest im Gefäß, durch das die bandartigen Materialien hindurchgeführt werden, stets eine genügend Metallionen aufweisende Elektrolytlösung befindet. Dies besagt allerdings noch nicht, daß in der unmittelbaren Umgebung der Kathode, also des zu beschichtenden Materials, ebenfalls genügend Metallioen vorhanden sind. Nur aber dann, wenn genügend Ionen (beziehungsweise Anionen) für den Stromtransport zur Verfügung stehen, kann entsprechend viel Metall auf der Kathode abgeschieden beziehungsweise kann mit einer guten Stromausbeute gerechnet werden. Daraus ergibt sich, daß, je besser der Elektrolytaustausch an der Oberfläche des zu beschichtenden Teiles durchgeführt wird, desto höher die Abscheidungsgeschwindigkeit und die Stromausbeute ist beziehungsweise desto schneller das Metall in erwünschter Weise auf dem Material abgeschieden wird bei gleichzeitig verbessertem Wirkungsgrad der Galvanisierungseinrichtung.
Um dieser Verarmung in der Nähe des zu beschichtenden Materials zu begegnen, wurde, wie oben erwähnt, bereits vorgeschlagen, die Elektrolytlösung kontinuierlich zu erneuern und auch die Elektrolytlösung innerhalb des Elektrolysegefäßes in Bewegung zu halten. Durch diese maßnahme sollte erreicht werden, daß sich immer frische Elektrolytlösung mit genügend abzuscheidenden Metallionen in der Umbegung des zu beschichtenden Materials befindet.
Mit diesen bekannten, dem Stande der Technik zuzuzählenden Anlagen, waren bereits recht hohe Abscheidegeschwindigkeiten zu erzielen, insbesondere dann, wenn die Elektrolytlösung, wie beispielsweise in der US-A-3,975,242 beschrieben, in Gegenrichtung zur Bewegungsrichtung des zu beschichtenden Materials bewegt wird. Ausgangspunkt für diese in Gegenrichtung geführte Elektrolytströmung war die Uberlegung, daß bei hoher Relativgeschwindigkeit zwischen dem zu beschichtenden Material und der Elektrolytlösung eine Ablösung eventuell vorhandener Gasbläschen auf dem zu beschichtenden Material erfolgt, die eventuell zu einer punktförmigen Störung bei der Beschichtung führen könnten.
Weiter bekannt ist ein Verfahren nach der EP-A-0 100 400, bei dem, um eine Verarmung des elektrolyten an Metallionen in Kathodennähe zu verhindern, eine hohe Relativströmungsgeschwindigkeit im Bereich der turbulenten Strömung zwischen dem Elektrolyten und dem zu beschichtenden Material vorgeschlagen wird. Die Turbulenz dieser Strömung soll nach dieser Vorveröffentlichung durch Elektrolytteilströme erreicht werden, die quer zur Bandlaufrichtung gerichtet sind.
Aufgabe der Erfindung ist es damit, die recht hohe Abscheidegeschwindigkeit derartiger bekannter Anlagen noch weiter zu erhöhen. Erreicht wird dies in erfindungsgemäßer Weise durch, daß das Material mit einer Geschwindigkeit oberhalb 0,1 m/s und der Elektrolyt in der Gegenrichtung mit einer Geschwindigkeit oberhalb 1 m/s bei einer Reynolds-Zahl oberhalb 80.000 bewegt werden, so daß sowohl die Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten wie auch die Relativgeschwindigkeit in der Grenzschicht zwischen der Bewegung des zu beschichtenden Materials und derjenigen des Elektrolyten im Bereich der turbulenten Strömung liegen.
Im Gegensatz zu der letztbesprochenen europäischen Patentschrift 0100400 liegt die somit erzielte turbulente Strömung mit Sicherheit direkt an der Oberfläche des zu beschichtenden Materials, da dies der Ausgangspunkt beziehungsweise die Ausgangsfläche für die turbulente Strömung ist. Maßgehend für diese turbulente Strömung ist die Reynolds-Zahl, also das Verhältnis der Trägheitskräfte zu den Zähigkeitskräften, wobei die Strömungsgeschwindigkeit beziehungsweise die Relativgeschwindigkeit zwischen dem bandförmigen Material und dem Elektrolyten in diesem Falle die ausschlaggebende Rolle spielt. Maßgebend ist ja nicht, daß in dem Elektrolysebad, also in dem die Elektrolytlösung enthaltenden Gefäß, stets frische Elektrolytlösung zur Verfügung steht, sondern daß diese frische Elektrolytlösung mit einer hohen Anzahl von abscheidbaren Metallionen in unmittelbarer Umgebung des zu beschichtenden Materials, also auch in der Grenzschicht, vorhanden ist. Als Grenzschicht wird hierbei die Schicht zwischen dem zu beschichtenden Material und dem Elektrolyten bezeichnet, in der die Anpassung der Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten an die Bandgeschwindigkeit stattfindet, also die Schicht, die unmittelbar die Oberfläche des zu beschichtenden Bandes bildet. Erreicht wird dies nach der Erfindung dadurch, daß auch in der Grenzschicht eine turbulente Strömung vorherrscht, die bewirkt, daß die Metallionen nicht nur in die Nähe der Kathode gebracht werden, sondern, durch die turbulente Strömung, auch noch die Elektronenwanderung zur Kathode unterstüzt wird. Es darf in diesem Zusammenhang auch darauf hingewiesen werden, daß die Grenzschicht bei turbulenter Strömung um Größenordnungen kleiner ist als bei laminarer Strömung, daß also die nach der Erfindung angestrebte hohe Relativgeschwindigkeit und die damit herbeigeführte Turbulenz maßgebend für die hohe Abscheidegeschwindigkeit ist. Turbulente Strömung herrscht jedoch nach empirisch festgelegten Werten bereits ab einer Reynolds-Zahl, die größer als 2.320 ist. Bei einer Reynolds-Zahl, wie dies von der Erfindung festgelegt wird, von RE 80.000, ist also mit Sicherheit eine turbulente Strömung vorhanden.
Zur Durchführung des Verfahrens empfiehlt sich eine Vorrichtung, die gekennzeichnet ist durch eine aus Isoliermaterial bestehenden Hohlschiene, deren freier Durchtrittsquerschnitt etwa dem Querschnitt des zu beschichtenden Materials entspricht, durch in die Hohlschiene eingefügte Anoden sowie durch eine beidseits an die Hohlschiene angeschlossene, den Elektrolyten führende Ringleitung, in die eine Umwälzpumpe eingefügt ist. Selbstverständlich kann in diese Ringleitung noch ein Sammelbecken für Elektrolytflüssigkeit eingefügt werden, dem dann auch stets frische Elektrolytflüssigkeit zur Beibehaltung der zuvor bestimmten optimalen Werte hinzugefügt werden kann. Die Länge der Hohlschiene wird hierbei nach der aufzubringenden Schichtdicke festgelegt, wobei, bei konstanten Geschwindigkeiten und Stromstärken, die Schichtdicke der Länge der Hohlschiene proportional ist. Der Proportionalitätsfaktor ist allerdings materialabhängig; so müßte zum Abscheiden von Palladium unter sonst gleichen Bedingungen die Länge der Hohlschiene etwa zehnmal größer sein als für diejenge zum Beschichten mit Silber.
Die Anoden können in erfindungsgemäßer Weise die gesamte Innenwandfläche des freien Durchgangsquerschnitts einer solchen Hohlschiene bedecken oder auch nur Teile hiervon. So können die Anoden beispielsweise nur einseitig angebracht sein, um vorzugsweise eine Seite eines bandförmigen Materials zu beschichten, wobei zweckmäßigerweise die den Anoden abgekehrte Bandseite durch eine in der Hohlschiene angebrachte oder mitlaufende Maske abgedeckt wird. Es können jedoch auch die Anoden streifenförmig in Längsrichtung der Hohlschiene verlaufen, um einen Beschichtungsstreifen auf einem bandförmigen Material oder selbstverständlich auch mehrere derartige Streifen zu erzeugen. Auch dann, wenn die gesamte Fläche des bandförmigen Materials zu beschichten ist, empfiehlt es sich, die Anoden streifenförmig innerhalb der

Claims

des Elektrolyten wie auch die Relativgeschwindigkeit in der Grenzschicht zwischen der Bewegung des zu beschichtenden Materials (2) und derjenigen des Elektrolyten im Bereich der turbulenten Strömung liegen.
2. Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gebildet aus einer aus Isoliermaterial bestehenden Hohlschiene, deren freier Durchtrittsquerschnitt etwa dem Querschnitt des zu beschichtenden Materials entspricht, mit in die Hohlschiene eingefügten Anoden sowie mit einer, beidseits an die Hohlschiene angeschlossenen, den Elektrolyten führenden Ringleitung, in die eine Umwälzpumpe eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden die gesamte Innenwandfläche des freien Durchgangsquerschnittes der Hohlschiene (1) bedecken oder auch nur Teile hiervon.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden streifenförmig in Längsrichtung der Hohlschiene (1) verlaufen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden in Längsrichtung unterteilt und verschiedenen Stromkreisen zugeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden in gleichmäßigem Abstand hintereinander innerhalb der Hohlschiene (1) angebracht sind und daß eine Vorrichtung zum taktweisen Vorbewegen des zu beschichtenden Materials (2), jeweils im Abstand der Anoden voneinander, vorgesehen ist.