EP0699781A1 - Galvanisches Verfahren zum galvanischen oder chemischen Behandeln, insbesondere zum kontinuierlichen Aufbringen metallischer Schichten auf einen Körper - Google Patents

Galvanisches Verfahren zum galvanischen oder chemischen Behandeln, insbesondere zum kontinuierlichen Aufbringen metallischer Schichten auf einen Körper Download PDF

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EP0699781A1
EP0699781A1 EP95112519A EP95112519A EP0699781A1 EP 0699781 A1 EP0699781 A1 EP 0699781A1 EP 95112519 A EP95112519 A EP 95112519A EP 95112519 A EP95112519 A EP 95112519A EP 0699781 A1 EP0699781 A1 EP 0699781A1
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EP
European Patent Office
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electrolyte
nozzle body
flow
coated
nozzle
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Timm Von Hofmann
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Metallglanz Gesellschaft fur Entgratung und Oberflachentechnik Mbh
Metallglanz Gesell fur Entgratung und Oberflachentechnik mbh
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Metallglanz Gesellschaft fur Entgratung und Oberflachentechnik Mbh
Metallglanz Gesell fur Entgratung und Oberflachentechnik mbh
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    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/08—Electroplating with moving electrolyte e.g. jet electroplating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/60—Electroplating characterised by the structure or texture of the layers
    • C25D5/605—Surface topography of the layers, e.g. rough, dendritic or nodular layers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D7/00—Electroplating characterised by the article coated
    • C25D7/04—Tubes; Rings; Hollow bodies

Definitions

  • the invention relates to a galvanic method for galvanic or chemical treatment, in particular for the continuous application of metallic layers to a body according to the preamble of claim 1, and a device for performing the method.
  • the current density deposition rate curve therefore has an asymptotic limit, which, as mentioned, arises from the electrically insulating diffusion layer when there is insufficient supply of material. This can be remedied by moving the electrolyte. As experiments have shown, the diffusion layer thickness decreases with increasing intensity of the electrolyte movement. On the other hand, metallic precipitates become rough and powdery if current densities are chosen that approach the theoretically possible limit current densities. To obtain perfect coating qualities, current densities must therefore be chosen that are far below the possible ones Limit current density and are usually only about a third of the limit current density.
  • the object of the invention is to remedy this by means of an improved galvanic process and by a device for carrying out the process, in order to make it possible to almost completely dissolve both the diffusion layer between the electrolyte and the body to be coated, and the asymptotic limit value of the deposition rate. Shift the curve upwards in order to significantly reduce the coating time and to improve the quality of the metal coating.
  • the method according to the invention enables the deposition rate to be increased by almost completely dissolving the diffusion layer while at the same time improving the coating quality in the selected working area of the current density deposition rate curve.
  • the body to be treated is flowed uniformly from all sides regardless of the size of its diameter and its surface quality.
  • the gradual partial change in the flow along the body not only eliminates a pressure drop of the injected electrolyte with respect to the length of the body under pressure, but also, seen from the galvanizing process, a pulsating effect on the body electrical current flow achieved.
  • the orifices act as throttling points at which the flow speed increases, which has an effect on the material transport as an increase in current.
  • Both the directional flow of the body from all sides at high speed and the partial change in the flow rate have the effect that the diffusion layer along the body surface mentioned is almost completely destroyed, so that an undisturbed transport of material to the cathode is ensured.
  • the flow effect of the orifices also automatically centers the body to be treated in the nozzle body, so that a uniform geometric distance between the body and the inner wall of the nozzle body is ensured. Uniform layer thicknesses are achieved and short circuits avoided. In addition, it is ensured that the metal coating applied to the body is not mechanically damaged.
  • the process according to the invention allows, e.g. a current density of 10 to 400 A / dm2 also for galvanizing.
  • the deposition rate is therefore approximately 3.5 times higher than that measured in the prior art.
  • the diaphragms made of non-metallic, electrically non-conductive material, such as plastic or ceramic, in the form of ring disks, allow the choice of the mutual distance and the inner diameter taking into account the diameter of the outlet openings of the bores and their number - Volume throughput of the electrolyte - and its strength to optimally determine the pulse width and pulse frequency of the electrical current flow acting on the body to be galvanized.
  • electrically conductive material of the screens other electric fields are created in the electrolyte and thus also other types of coating. The same applies to alternatingly arranged blend materials. In this way, as tests have shown, it is possible to galvanically deposit metal alloys and predeterminable microstructures, as was previously not possible.
  • any number of devices according to the invention can be arranged in series one behind the other.
  • a method has become known from DE 33 17 970 A1 of electrolytically locally coating a printed circuit board by means of an electrolyte emerging from two opposing nozzles; see. there page 7, lines 11 to 13.
  • the circuit board is guided past the nozzles in a manner similar to wave soldering, for which purpose the electrolyte is fed from a trough to the nozzles and is discharged from them.
  • the nozzles are therefore used only for the targeted partial coating of the printed circuit boards and not for increasing the exit speed of the electrolyte, so that the problem of the dissolution of a diffusion layer due to an end speed of the electrolyte adding up from speed vectors to produce a turbulent flow was not addressed there and therefore also not given is.
  • a process tank 10 contains a work container 12 for receiving devices 14 to be described for galvanizing or chemical treatment, according to the exemplary embodiment for the continuous application of a metal layer to one continuously guided by the work container 12 and the devices 14 - here rod-shaped - body 15.
  • an electrolyte 18 located in the process trough 10 is fed to the individual device 14 via a pump line 19 and in each case one feed 20 having the shape of a pipe socket.
  • the emerging electrolyte flows back into the process tub 10 in the direction of the arrows 17.
  • the flow rate of the electrolyte can be influenced via the pump.
  • One of the devices 14 is shown enlarged in FIG. As shown there, the electrolyte 18 introduced via the feed 20 flows through the device 14 and reaches a nozzle body 34 via a hollow body 30 in a manner to be described and from there, as the individual arrows show, back into the working container 12 and from there back into the process tub 10.
  • the device designated as a whole by reference numeral 14 for the continuous electroplating of wires, tube outer surfaces or similar bodies 15 comprises, as shown in FIGS. 2 and 3, the hollow body 30 flooded with the electrolyte 18 and forming a pressure vessel with two end faces 31 and 32 and the one as a hollow body trained nozzle body 34 which is arranged coaxially to the hollow body 30.
  • Nozzle body 34 and hollow body 30 have a common central through opening 35.
  • the nozzle body 34 is coated on all sides with an insoluble metal layer 38 of a metal from the platinum group.
  • This metal layer 38 also covers the end faces 31 and 32 and the inner lateral surface of the hollow body 30, and has a thickness of 2 to 20 ⁇ .
  • FIG. 2 shows, for the sake of clarity only the through hole 35 is identified with the metal layer 38. This ensures that the effective areas of the No metal body 34 emit metal ions to the electrolyte 18.
  • the nozzle body 34 has, distributed over its entire circumference, a plurality of bores 44, which are arranged at equal intervals with respect to the longitudinal axis 16 and perpendicular to it, cross-sectional areas 11, which are each inclined at the same angles ⁇ obliquely to and against the flow direction and by a swirl angle ⁇ - see. 3 and 4 - of the body 15 to be coated, which is guided centrally through the nozzle body 34, run.
  • An electrically non-conductive guide ring 26 is arranged on the outlet side 25 of the nozzle body 34.
  • the axis of symmetry 41 of the pipe socket 20 is offset parallel and eccentrically by a distance a from the transverse axis 40 of the device 14. This has the consequence that the flow behavior of the electrolyte 18 pumped into the hollow body 30 enters the hollow body 30 as undisturbed as possible and flows around the nozzle body 34.
  • the inflow openings of the bores 44 each lie on flanks 46 of the outer circumferential surface of the nozzle body 34, each of which is part of constrictions 47 which are V-shaped in cross section and lie one behind the other.
  • the pumped electrolyte 18 flows into these constrictions 47 and from there into the constriction without loss of pressure Bores 44 and via the outlet openings 37, which act as Laval nozzles, into the space of the passage opening 35.
  • the longitudinal axes 16 perpendicularly intersecting planes A to E, orifices 36 are inserted - offset to the cross-sectional areas 11 in the longitudinal direction each have a passage opening 37.
  • FIG. 4 shows one of the diaphragms 36 made of electrically non-conductive material.
  • these screens 36 can also consist of an electrically conductive material, or can be arranged alternately of electrically conductive and non-conductive material.
  • the flow opening 37 of the orifices 36 are gradually enlarged with respect to the flow direction of the electrolyte, which is directed opposite to the flow direction of the body 15 to be coated, in order to prevent a pressure drop in the nozzle body 34.
  • the smallest flow opening 37 is therefore in level E, while the largest flow opening 37 is in level A.
  • the diaphragms 36 have a plurality of swirl-generating incisions 39 which are oriented tangentially to the passage opening 37.
  • the operation of the described device is as follows:
  • the body 15 to be coated is connected to a power source, not shown, at its negative pole, for example via current-carrying contact rollers, while the nozzle body 34 is connected to the positive pole of the power source, not shown, via busbars 13.
  • the current density is adjusted to 10 to 400 A / dm 2 using circuit elements known per se in accordance with the method to be carried out.
  • the natural speed impressed on the body 15 to be coated acts in the direction of passage.
  • the electrolyte 18 moved by the pump 16 is accelerated as it flows through the bores 44, since these act as Laval nozzles, and is injected at an angle ⁇ obliquely to and against the direction of flow of the body 15 to be coated, and at the swirl angle ⁇ .
  • the uniform arrangement of the bores 44 in the nozzle body 34 ensures a uniform impact of the electrolyte 18 on the entire surface of the body 15 to be coated and moving against the flow direction.
  • the oppositely directed movement vectors of the body 15 and the injected electrolyte 18 add up and, under the jet effect of the bores 44 on the surface of the body 15 to be coated, cause a turbulent flow around the entire surface. This turbulent flow almost completely destroys the diffusion layer created during the galvanization.
  • the diaphragms 36 with their stepped passage openings 37 arranged between the respective area planes 11 of the bores 44 the pressure of the electrolyte 18 in the nozzle body 34 is kept constant over its entire length.
  • these diaphragms act as localized rapid currents for the electrolyte 18, so that, viewed from the galvanizing process, a current flow which has a pulsating effect on the body 15 is generated.
  • the guide ring 26 has the task of preventing a short circuit between the body 15 and the nozzle body 34, which would occur if the body 15 would touch the nozzle body 34 due to the relative movements between the body 15 and the electrolyte 18 and the vibrations caused thereby.

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Abstract

Als unlösliche Anode wirkender Düsenkörper für das galvanische oder chemische Behandeln von kontinuierlich durch den Düsenkörper bewegten stab- oder rohrförmigen als Kathode wirkenden Objekten, wobei der Düsenkörper in einem als Druckbehälter dienenden Hohlkörper angeordnet ist, der von Elektrolyt durchflutet ist und eine Mehrzahl von radialen, als Düsen wirkenden Bohrungen (44) aufweist, die in mehreren, im Abstand voneinander liegenden Querschnittsbereichen (11) angeordnet sind, und sowohl zur Längsächse (16) des Düsenkörpers (34) als auch zum jeweiligen Querschnittsbereich (11) um Winkel (α) und (β) geneigt sind, und daß dem allseitig mit einer Metallschicht aus der Platingruppe beschichteten Düsenkörper (34) in seiner Durchgangsöffnung (35) angeordnete, den zu behandelnden Körper (15) umfassende, in Ebenen (A,B,C,D und E) zwischen den Austrittsöffnungen der Bohrungen (44) liegende Blenden (36) zugeordnet sind, deren Durchflußöffnungen (37) in ihrem Querschnitt entgegengesetzt zur Durchlaufrichtung (5) des Körpers (15) zwecks Verhinderung eines Druckgefälles im Düsenkörper (34) stufenweise vergrößert sind; vgl. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein galvanisches Verfahren zum galvanischen oder chemischen Behandeln, insbesondere zum kontinuierlichen Aufbringen metallischer Schichten auf einen Körper nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Aus der Theorie ist es bekannt, daß beim elektrolytischen Stofftransport die Abscheidungsrate mit ansteigenden Stromdichten proportional zunimmt. In der Praxis jedoch entsteht an der Kathode bei ansteigenden Stromdichten eine Diffusionsschicht, da der Materietransport zwischen Anode und Kathode langsamer ist als die Niederschlagsgeschwindigkeit der Ionen in unmittelbarer Nähe der Kathode. Je größer also die angelegte Stromdichte gewählt wird, desdo größer ist die Diffusionsschicht um die Kathode und desdo langsamer und unvollständiger ist die Abscheidungsrate der Ionen auf die Kathode. Ab einer bestimmten Reaktionsgeschwindigkeit kann das Nachliefern von Metallionen an die Phasengrenze zwischen den Bereichen Materietransport und Ladungsdurchtritt das Konsumieren an der Kathode nicht mehr ausgleichen. Die Stromdichte-Abscheidungsrate-Kurve weist daher einen asymptotischen Grenzwert auf, der, wie erwähnt, durch die elektrisch isolierende Diffusionsschicht bei ungenügendem Nachschub von Materie entsteht. Abhilfe kann durch Elektrolytbewegung geschaffen werden. Wie Versuche gezeigt haben, nimmt mit zunehmender Intensität der Elektrolytbewegung die Diffusionsschichtdicke ab.
    Andererseits werden metallische Niederschläge rau und pulverig, wenn Stromdichten gewählt werden, die sich den theoretisch möglichen Grenzstromdichten nähern. Zur Gewinnung einwandfreier Überzugsqualitäten sind daher Stromdichten zu wählen, die weit unter der möglichen Grenzstromdichte liegen und in der Regel ca. nur ein Drittel der Grenzstromdichte betragen.
  • Insbesondere bei der Zinkabscheidung führt eine erhöhte Stromdichte bedingt durch die vorhandene Diffusionsschicht und dem damit verbundenen schlechten Materieaustausch zu unbrauchbaren Zinkniederschlägen am zu beschichtenden Körper. Sollte zusätzlich zu den Zinkionen im Elektrolyt eine Zinkanode Verwendung finden, um den prozentualen Anteil der Metallionen für die Dauer der Galvanisierung konstant zu halten, treten an der Zinkanode Passivitätserscheinungen auf, da die anodische Stromdichte aufgrund des Auflösungsprozeßes an der Anode ansteigt.
    Eine beidseitige Anordnung von Metallanoden zur Kathode hilft ebenfalls nicht weiter, da dann exzentrische Niederschläge produziert werden.
  • Aus der DE 34 39 750 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem zur Erhöhung der Abscheidegeschwindigkeit von galvanisch aufzubringenden Beschichtungsmaterialien die Elektrolytlösung in Gegenrichtung zur Bewegungsrichtung des zu beschichtenden Körpers bewegt wird, wobei die sich aus den beiden Differenzgeschwindigkeiten ergebende Gesamtgeschwindigkeit an der Oberfläche des zu beschichtenden Körpers im Bereich der turbulenten Strömung liegt.
  • Auf diese Weise wird zwar durch eine turbulente Strömung die Diffusionsschichtdicke reduziert, jedoch gelingt damit der Abbau der Diffusionschicht nicht ausreichend. Dies zeigt sich z. B. bereits daran, daß dort für die anzulegende Stromdichte eine Obergrenze von 80 bis 90 A/dm² nicht überschritten werden darf. Am zu beschichtenden Körper ist daher dort weiterhin eine Diffusionsschicht von 10 bis 15 µ vorhanden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, hier Abhilfe zu schaffen durch ein verbessertes galvanisches Verfahren, sowie durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, um zu ermöglichen, sowohl die Diffusionsschicht zwischen Elektrolyt und zu beschichtendem Körper annähernd vollständig aufzulösen, als auch den asymptotischen Grenzwert der Abscheidungsrate-Kurve nach oben zu verschieben, um damit die Beschichtungszeit erheblich zu reduzieren und die Qualität der Metallbeschichtung zu verbessern.
  • Diese Aufgabe ist für das Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 sowie für die Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 2 gelöst.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht durch ein annähernd vollständiges Auflösen der Diffusionsschicht die Abscheidungsrate zu erhöhen bei gleichzeitiger Verbesserung der Überzugsqualität im gewählten Arbeitsbereich der Stromdichte-Abscheidungsrate-Kurve.
  • Infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung des als unlösliche Anode wirkenden Düsenkörpers sowie der Drallneigung der Düsen für den Austritt des Elektrolyten wird der zu behandelnde Körper unabhängig von der Größe seines Durchmessers und seiner Oberflächenbeschaffenheit von allen Seiten gleichmäßig angeströmt. Durch das stufenweise partielle Verändern der Strömung längs des Körpers wird nicht nur ein Druckgefälle des eingespritzten Elektrolytes in Bezug auf die beaufschlagte Länge des Körpers beseitigt, sondern darüberhinaus vom Galvanisierungsprozeß her gesehen ein auf den Körper pulsierend wirkender elektrischer Stromfluß erzielt. Die Blenden wirken nämlich als Drosselstellen, an denen die Strömungsgeschwindigkeit zunimmt, was sich in Bezug auf den Materietransport als Stromerhöhung auswirkt. Sowohl das gerichtete, mit hoher Geschwindigkeit erfolgende allseitige Anströmen des Körpers, als auch das partielle Verändern der Strömungsgeschwindigkeit bewirken, daß die Diffusionsschicht längs der genannten Körperoberfläche annähernd vollständig zerstört wird, so daß ein ungestörter Materietransport zur Kathode gewährleistet ist.
    Über die Strömungswirkung der Blenden erfolgt ferner eine selbsttätige Zentrierung des zu behandelnden Körpers im Düsenkörper, so daß ein gleichmäßiger geometrischer Abstand des Körpers zur Innenmantelwandung des Düsenkörpers gewährleistet ist. Gleichmäßige Schichtdicken werden dadurch erzielt und Kurzschlüsse vermieden. Darüberhinaus wird sichergestellt, daß der am Körper aufgebrachte Metallüberzug mechanisch nicht beschädigt wird.
  • Während die zum Stand der Technik zählenden Verfahren zur Galvanisierung, beispielsweise beim galvanischen Verzinken, an der Oberfläche eines zu beschichtenden Körpers eine maximale Stromdichte von 80 bis 90 A/dm² aufweisen, erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren, z.B. ebenfalls beim galvanischen Verzinken eine Stromdichte von 10 bis 400 A/dm². Die Abscheidungsrate liegt daher, gemessen gegenüber dem Stand der Technik, um ca. das 3,5-fache höher.
  • Die aus nichtmetallischen, elektrisch nicht leitendem Material, wie Kunststoff oder Keramik bestehenden Blenden in Form von Ringscheiben ermöglichen durch Wahl des gegenseitigen Abstandes und des Innendurchmessers unter Berücksichtigung der Durchmesser der Austrittsöffnungen der Bohrungen, sowie ihrer Anzahl - Mengendurchsatz des Elektrolyten - sowie deren Stärke die Pulsbreite und Pulsfrequenz des auf den zu galvanisierenden Körpers wirkenden elektrischen Stromflußes optimal zu bestimmen. Bei der Verwendung von elektrisch leitendem Material der Blenden entstehen andere elektrische Felder im Elektrolyt und damit auch andere Beschichtungsarten. Bei alternierend angeordneten Blendmaterialien gilt ähnliches. Auf diese Weise gelingt es, wie Versuche gezeigt haben, Metallegierungen, sowie vorbestimmbare Gefügestrukturen galvanisch abzuscheiden, wie dies bisher nicht möglich war.
  • Je nach gewünschter Fertigungszeit sowie Qualität der Metallschicht oder deren Schichtdicke können beliebig viele erfindungsgemäße Vorrichtungen hintereinander liegend in Reihe geschaltet angeordnet werden.
  • Zwar ist aus der DE 33 17 970 A1 ein Verfahren bekannt geworden, eine Leiterplatte mittels eines aus zwei, einander gegenüberliegenden Düsen austretenden Elektrolyten galvanisch örtlich zu beschichten; vgl. dort Seite 7, Zeilen 11 bis 13.
    Zwecks flächiger Beschichtung wird die Leiterplatte ähnlich wie bei einer Schwallötung an den Düsen vorbeigeführt, wozu das Elektrolyt aus einer Wanne den Düsen zugeführt und aus diesen ausgebracht wird. Die Düsen dienen also allein der gezielten partiellen Beschichtung der Leiterplatten und nicht der Erhöhung der Austrittsgeschwindigkeit des Elektrolytes, so daß das Problem der Auflösung einer Diffusionsschicht durch eine sich aus Geschwindigkeitsvektoren addierende Endgeschwindigkeit des Elektrolyten zur Erzeugung einer turbulenten Strömung, dort nicht angesprochen und daher auch nicht gegeben ist.
  • Die Erfindung ist nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben.
    Im einzelnen zeigen:
    • Fig. 1
    eine Anordnung zum Galvanisieren mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,
    Fig. 2
    einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, mit einem eine zentrale Durchgangsbohrung und in den dazu orthogonalen Bereichsebenen eine Mehrzahl von Düsenbohrungen aufweisenden Düsenkörper, der einen zu beschichtenden Körper umfaßt und mit einem der Zuführung von Elektrolyt dienenden Hohlkörper,
    Fig. 3
    eine Frontansicht der Vorrichtung nach Figur 2 und
    Fig. 4
    eine Einzelheit aus Figur 2 in vergrößerter Darstellung.
  • Wie Figur 1 zeigt, befindet sich in einer Prozesswanne 10 ein Arbeitsbehälter 12 zur Aufnahme von noch zu beschreibenden Vorrichtungen 14 zum Galvanisieren oder chemischen Behandeln, nach dem Ausführungsbeispiel zum kontinuierlichen Aufbringen einer Metallschicht auf einen durch den Arbeitsbehälter 12 und die Vorrichtungen 14 kontinuierlich geführten - hier stabförmig ausgebildeten - Körper 15.
  • Über eine Pumpe 16 wird ein in der Prozeßwanne 10 befindliches Elektrolyt 18 über eine Pumpleitung 19 und jeweils eine die Form eines Rohrstutzens aufweisende Zuführung 20 der einzelnen Vorrichtung 14 zugeführt. Das austretende Elektrolyt fließt in Richtung der Pfeile 17 in die Prozeßwanne 10 zurück. Die Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyts kann über die Pumpe beinflußt werden.
  • Eine der Vorrichtungen 14 ist in Figur 2 vergrößert dargestellt. Wie dort gezeigt, durchströmt das über die Zuführung 20 eingeleitete Elektrolyt 18 die Vorrichtung 14 und gelangt dabei über einen Hohlkörper 30 in noch zu beschreibender Weise in einen Düsenkörper 34 und von dort, wie die einzelnen Pfeile zeigen, wieder in den Arbeitsbehälter 12 und von dort in die Prozeßwanne 10 zurück.
  • Die insgesamt mit der Bezugsziffer 14 bezeichnete Vorrichtung zur kontinuierlichen Galvanisierung von Drähten, Rohraußenflächen oder ähnlichen Körpern 15 umfaßt, wie die Figuren 2 und 3 zeigen, den vom Elektrolyt 18 durchfluteten, einen Druckbehälter bildenden Hohlkörper 30 mit zwei Stirnseiten 31 und 32 und den als Hohlkörper ausgebildeten Düsenkörper 34, der koaxial zum Hohlkörper 30 angeordnet ist. Düsenkörper 34 und Hohlkörper 30 haben eine gemeinsame zentrische Durchgangsöffnung 35. Der Düsenkörper 34 ist allseitig mit einer unlöslichen Metallschicht 38 eines Metalles aus der Platingruppe beschichtet. Diese Metallschicht 38 überdeckt auch die Stirnseiten 31 und 32 sowie die innere Mantelfläche des Hohlkörpers 30, und hat eine Dicke von 2 bis 20 µ. Wie die Figur 2 zeigt, ist der Übersichtlichkeit halber nur die Durchgangsbohrung 35 mit der Metallschicht 38 gekennzeichnet. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die wirksamen Flächen des Düsenkörpers 34 keine Metallionen an das Elektrolyt 18 abgeben.
  • Mit der Mantelfläche des Hohlkörpers 30 ist die Zuführung 20 verbunden, die als tangential einmündender - vgl. Figur 3 - Rohrstutzen 24 ausgebildet ist, der über eine Überwurfmutter 23 mit einem Flansch 22 der Pumpleitung 19 verbunden ist. Zwischen dem Flansch 22 und dem Rohrstutzen 24 ist eine O-Ring-Dichtung 25 angeordnet. Die Pumpenleitung 19 ist daher lösbar aber dichtend mit dem Rohrstutzen 24 verbunden.
  • Der Düsenkörper 34 weist über seinen gesamten Umfang verteilt eine Mehrzahl von in gleichen Abständen in Bezug auf die Längsachse 16 senkrecht dazu verlaufenden Querschnittsbereichen 11 verteilt angeordnete Bohrungen 44 auf, die jeweils in gleichen Winkeln α schräg zur und entgegen der Durchlaufrichtung sowie um einen Drallwinkel β geneigt - vgl. Figur 3 und 4 - des mittig durch den Düsenkörper 34 geführten, zu beschichtenden Körpers 15 verlaufen. An der Austrittsseite 25 des Düsenkörpers 34 ist ein elektrisch nicht leitender Führungsring 26 angeordnet.
  • Wie Figur 3 zeigt, ist die Symmetrieachse 41 des Rohrstutzens 20 parallel und exzentrisch um einen Abstand a zur Querachse 40 der Vorrichtung 14 versetzt. Dies hat zur Folge, daß das in den Hohlkörper 30 eingpumpte Elektrolyt 18 in seinem Strömungsverhalten möglichst ungestört in den Hohlkörper 30 eintritt und um den Düsenkörper 34 strömt. Die Einflußöffnungen der Bohrungen 44 liegen jeweils auf Flanken 46 der Außenmantelfläche des Düsenkörpers 34, die jeweils Teil von gleichmäßig hintereinander liegenden, im Querschnitt V-förmigen Einschnürungen 47 sind. Das eingepumpte Elektrolyt 18 strömt in diese Einschnürungen 47 und von dort ohne Druckverlust in die Bohrungen 44 ein sowie über die als Lavaldüsen wirkenden Austrittsöffnungen 37 in den Raum der Durchgangsöffnung 35. In die Durchgangsöffnung 35 des Düsenkörpers 34 sind - zu den Querschnittsbereichen 11 in Längsrichtung versetzt - die Längsachse 16 senkrecht schneidende Ebenen A bis E, Blenden 36 eingefügt, die jeweils eine Durchlaßöffnung 37 aufweisen.
  • In Figur 4 ist eine der aus elektrisch nicht leitendem Material bestehenden Blenden 36 dargestellt. Für bestimmte Anwendungsfälle können diese Blenden 36 auch aus einem elektrisch leitenden Werkstoff bestehen, oder alternierend angeordnet aus elektrisch leitendem und nicht leitendem Material sein.
    Die Durchflußöffnung 37 der Blenden 36 sind, bezogen auf die Durchflußrichtung des Elektrolytes, die entgegengesetzt zur Durchlaufrichtung des zu beschichtenden Körpers 15 gerichtet ist, in ihrem jeweiligen Querschnitt zwecks Verhinderung eines Druckgefälles im Düsenkörper 34 stufenweise vergrößert. Die kleinste Durchflußöffnung 37 befindet sich also in der Ebene E, während die größte Durchflußöffnung 37 sich in der Ebene A befindet.
    Wie Figur 4 weiter zeigt, weisen die Blenden 36 mehrere drallerzeugende, zur Durchlaßöffnung 37 tangential ausgerichtete Einschnitte 39 auf.
  • Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist wie folgt:
    Der zu beschichtende Körper 15 ist an einer nicht dargestellten Stromquelle - beispielsweise über stromführende Kontaktrollen - an ihrem Minuspol angeschlossen, während der Düsenkörper 34 über Stromschienen 13 mit dem Pluspol der nicht dargestellten Stromquelle verbunden ist. Die Stromdichte wird über an sich bekannte Schaltungselemente entsprechend dem durchzuführenden Verfahren auf 10 bis 400 A/dm² eingeregelt.
  • Die dem zu beschichtende Körper 15 aufgeprägte Eigengeschwindigkeit wirkt in der Durchlaufrichtung. Das zwischen dem Hohlkörper 30 und dem Düsenkörper 34 unter Druck stehende Elektrolyt 18 tritt durch die Bohrungen 44 des Düsenkörpers 34 hindurch.
    Das über die Pumpe 16 bewegte Elektrolyt 18 wird beim Durchfließen der Bohrungen 44, da diese als Lavaldüsen wirken, beschleunigt und in einem Winkel α schräg zur und entgegen der Durchlaufrichtung des zu beschichtenden Körpers 15 sowie unter dem Drallwinkel β eingespritzt. Durch die gleichmäßige Anordnung der Bohrungen 44 im Düsenkörper 34 ist ein gleichmäßiges Auftreffen des Elektrolytes 18 auf die gesamte Oberfläche des zu beschichtenden, sich entgegen der Strömungsrichtung bewegenden Körpers 15 gewährleistet.
    Hierbei addieren sich die entgegengesetzt gerichteten Bewegungsvektoren des Körpers 15 und des eingespritzten Elektrolytes 18 und bewirken unter der Strahlwirkung der Bohrungen 44 an der Oberfläche des zu beschichtenden Körpers 15 eine über die gesamte Oberfläche wirkende turbulente Umströmung. Diese turbulente Umströmung zerstört die bei der Galvanisierung entstehende Diffusionsschicht praktisch vollständig.
    Durch die zwischen den jeweiligen Bereichsebenen 11 der Bohrungen 44 angeordneten Blenden 36 mit ihren gestuften Durchlaßöffnungen 37 wird der Druck des Elektrolytes 18 im Düsenkörper 34 über dessen gesamte Länge konstant gehalten. Gleichzeitig wirken diese Blenden als örtlich begrenzte Stromschnellen für das Elektrolyt 18, so daß vom Galvanisierungsprozeß her gesehen, ein auf den Körper 15 pulsierend wirkender Stromfluß erzeugt wird.
  • Durch diese Maßnahmen können Stromdichten zwischen Elektrolyt 18 und Oberfläche des zu beschichtenden Körpers 15, am Beispiel einer galvanischen Verzinkung, von 10 bis 400 A/dm² gewählt werden. Auf diese Weise kann der galvanische Beschichtungsvorgang beschleunigt im Vergleich zu den bisher bekannten Verfahren und können wesentlich dickere Schichten pro Zeiteinheit aufgetragen werden als dies bislang möglich war.
  • Der Führungsring 26 hat die Aufgabe, einen Kurzschluß zwischen Körper 15 und Düsenkörper 34 zu verhindern, der dann zustande kommen würde, wenn der Körper 15 aufgrund der Relativbewegungen zwischen Körper 15 und Elektrolyt 18 und den dadurch hervorgerufenen Schwingungen den Düsenkörper 34 berühren würde.
  • Selbstverständlich ist es je nach Qualitätsanforderung, verwendeter Werkstoff oder Legierungsart möglich, mehr oder weniger Bereichsebenen 11 zu verwenden, als in diesem Ausführungsbeispiel beschrieben.

Claims (12)

  1. Galvanisches Verfahren zum galvanischen oder chemischen Behandeln, insbesondere zum kontinuierlichen Aufbringen metallischer Schichten auf einen Körper, der entgegen der Strömungsrichtung eines einen Hohlkörper durchströmenden, mit Metallionen versetzten Elektrolytes geführt ist, der an den Minuspol einer Stromquelle angeschlossen ist, um als Kathode zu wirken, während der Hohlkörper mit dem Pluspol der Stromquelle verbunden ist, um als Anode zu wirken, wobei die über eine Pumpe beeinflußbare Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolytes und die Bewegungsgeschwindigkeit des zu beschichtenden Körpers derart gewählt sind, daß an der Oberfläche des zu beschichtenden Körpers eine turbulente Strömung entsteht, gekennzeichnet durch ein allseits auf den Umfang des Körpers (15) gerichtetes Einspritzen des Elektrolytes (18) unter Winkeln (α,β) schräg zum und entgegen der Durchlaufrichtung des Körpers (15), durch stufenweises partielles Verändern der Strömungsgeschwindigkeit des eingespritzten Elektrolytes (18) in Bezug auf den Körper (15) zwecks vollständiger Auflösung der Diffusionsschicht auf der gesamten Oberfläche des zu beschichtenden Körpers (15), und durch ein Einregeln des Stromes der Stromquelle derart, daß auf der Oberfläche des Körpers (15) eine Sromdichte von 10 bis 400 A/dm² herrscht.
  2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Behandlung des Körpers (15) ein als Düsenkörper wirkender Hohlkörper (34) vorgesehen ist, der zentrisch in einem von Elektrolyt (18) durchfluteten Hohlkörper (30) angeordnet ist, daß der Düsenkörper (34) eine Mehrzahl von radialen, als Düsen wirkende Bohrungen (44) aufweist, die in mehreren im Abstand voneinander liegenden Querschnittsbereichen (11) angeordnet sind, und sowohl zur Längsachse (16) des Düsenkörpers (34) als auch zum jeweiligen Querschnittsbereich (11) um Winkel (α) und (β) geneigt sind, und daß dem Düsenkörper (34) in seiner Durchgangsöffnung (35) angeordnete, den zu behandelnden Körper (15) umfassende, in Ebenen (A,B,C,D und E) zwischen den Austrittsöffnungen der Bohrungen (44) liegende Blenden (36) zugeordnet sind, deren Durchflußöffnungen (37) in ihrem Querschnitt entgegengesetzt zur Durchlaufrichtung (5) des Körpers (15) zwecks Verhinderung eines Druckgefälles im Düsenkörper (34) stufenweise vergrößert sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (34) allseitig und die innere Mantelfläche des Hohlkörpers (30) mit den Stirnseiten (31, 32) mit einer unlöslichen Metallschicht (38) eines Metalles aus der Platingruppe überzogen ist, dessen Schichtdicke 2 bis 20 µ beträgt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blenden (36) aus elektrisch nicht leitendem Werkstoff bestehen.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blenden (36) aus einem elektrisch leitenden Werkstoff bestehen.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blenden (36) aus elektrisch leitendem und nicht elektrisch leitendem Material bestehen und alternierend angeordnet sind.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blenden (36) drallerzeugende, zur Durchflußöffnung (37) tangential ausgerichtete Einschnitte (39) aufweisen.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Austrittsöffnung (25) des Düsenkörpers (34), durch den der zu beschichtende Körper (15) den Düsenkörper (34) verläßt, ein Führungsring (26) aus einem elektrisch nicht leitfähigem Material angeordnet ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein der Zuführung von Elektrolyt dienender Rohrstutzen (24) mit seiner Längsachse (41) um den Abstand (a) zu der Querachse (40) der Vorrichtung (14) axial versetzt ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den Düsenkörper (34) umfassende Hohlkörper (30) in einem, von dem Elektrolyt (18) durchfluteten Arbeitsbehälter (12) angeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß beliebig viele Hohlkörper (30) nach den Ansprüchen 2. bis 8. hintereinander in Reihe geschaltet in dem Arbeitsbehälter (12) angeordnet sind.
  12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 11, gekennzeichnet durch dessen Verwendung zur galvanischen und chemischen Behandlung metallischer und nichtmetallischer Oberflächen.
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