ES2301505T3 - Uso de cobre dendritico y no revestido, sustancialmente exento de oxigeno, para el revestimiento galvanico de cilindros de impresion. - Google Patents
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Abstract
Uso de cobre dendrítico y no revestido para revestir galvánicamente cilindros de impresión (1) en un baño (2) en el que están sumergidos un cátodo (4) y un ánodo (3), formando el cilindro de impresión (1) a revestir el cátodo (4) presentando el cobre dendrítico y no revestido un contenido de oxígeno inferior a 5 ppm y aportándose este cobre al baño (2) a través del ánodo (3).
Description
Uso de cobre dendrítico y no revestido,
sustancialmente exento de oxígeno, para el revestimiento galvánico
de cilindros de impresión.
La invención concierne al uso de cobre
dendrítico y no revestido, al menos sustancialmente exento de
oxígeno, para el revestimiento galvánico de cilindros de
impresión.
Se conoce por "Moderne Galvanotechnik", W.
Machu, Verlag Chemie GmbH, Weinheim, 1954, página 354, el recurso
de emplear ánodos colados de cobre para la electrólisis del cobre,
reduciéndose el contenido de oxígeno en el cobre mediante la
adición de cobre fosforado al cobre fundido antes de la colada de
los ánodos. Se conoce por "Patent Abstracts of Japan, vol. 1996,
no. 07 (JP-A-08067932)",
31.07.1996, la fabricación de ánodos de cobre para fines de
revestimiento galvánico, en donde los ánodos de cobre presentan un
contenido definido de oxígeno (20 ppm - 100 ppm) y de fósforo (350
ppm - 700 ppm). Se conoce por el documento US 4,736,789 la
fabricación de barras de cobre por el procedimiento de colada
ascendente. Por último, se conoce por el documento US 2,923,671 un
procedimiento para el revestimiento galvánico de cátodos con cobre
pobre en oxígeno. Se conocen por ``M. W. F. Heberlein:
OFHC-Kupfer, Z. Metallkunde; vol. 45, No. 6, 1954,
procedimientos y dispositivos para la colada de lingotes para
alambre, palanquillas redondas o tochos de laminación a partir de
cobre OFHC. Finalmente, se conoce por el documento DE 24 49 735 A
un dispositivo para la deposición electrolítica de cobre sobre
cilindros de impresión.
En la impresión en huecograbado se utilizan
cilindros de impresión que pueden estar constituidos de modo que el
núcleo del cilindro de impresión sea de acero sobre el cual se ha
aplicado una capa de cobre base de 1 mm de espesor. Sobre esta capa
de cobre base se aplica galvánicamente una capa de cobre útil de al
menos 0,08 mm. Con ayuda de buriles de diamante se graba la
información de imagen y de texto dentro de esta capa de cobre útil.
La forma de impresión así producida suministra el resultado de
impresión deseado en la máquina de impresión en huecograbado. El
grabado electromecánico se efectúa a máquina. Después del grabado se
recubre la superficie de cobre con cromo para aumentar la
resistencia mecánica del cilindro de impresión. Se imprime
básicamente con cuatro cilindros de impresión, uno para la parte
amarilla (yellow), uno para la parte azul (cyan), uno para la parte
magenta y uno para la parte negra (black).
Después de la impresión se retiran del cilindro
de impresión la capa de cromo y la capa de cobre, lo cual puede
efectuarse, por ejemplo, por torneado. Para el siguiente proceso de
impresión se tiene que efectuar entonces un "recobreado" del
cilindro de impresión para renovar la capa de cobre útil dentro de
la cual se graba la siguiente información de imagen y de texto. A
continuación, se efectúan entonces un cromado y una nueva
impresión.
El recobreado se efectúa típicamente por medio
de un revestimiento galvánico del cilindro de impresión en un baño.
Esta clase de revestimiento es en principio conocida. El cilindro de
impresión que ha de revestirse con el cobre forma aquí el cátodo,
mientras que el cobre se alimenta al baño a través del ánodo. El
baño pueden contener, por ejemplo, una solución de sulfato de
cobre, pudiendo añadirse ácido sulfúrico para mejorar la
conductividad del baño.
El sulfato de cobre se disocia en el agua, las
moléculas se escinden en iones y se presentan entonces, después de
la disociación, iones cobre positivamente cargados (cationes) e
iones sulfato negativamente cargados (aniones). Por lo que
concierne al ácido sulfúrico, éste se disocia en iones hidrógeno
(cationes) e iones sulfato (aniones).
Los iones hidrógeno migran hacia el cátodo
durante la electrólisis, ceden allí su carga y escapan como
hidrógeno molecular (sólo en pequeña medida en el caso de una
tensión correctamente ajustada). En el ánodo se desprenden iones
cobre y estos pasan a la solución. Estos iones cobre migran hacia el
cátodo, se depositan allí como cobre y se descargan.
Si se emplea ahora como cátodo el cilindro de
impresión que se ha de revestir y se aporta el cobre a través del
ánodo, se puede percibir entonces inmediatamente que se puede
efectuar de esta manera el recobreado de un cilindro de impresión.
Esta clase de recubrimiento galvánico de cilindros de impresión con
cobre se ha establecido especialmente en la impresión en
huecograbado.
El cobre empleado regularmente para ello tiene
un contenido de oxígeno de, típicamente, alrededor de
180-300 ppm, la estructura de este cobre presenta
una orientación cristalina de forma de cáscaras de cebolla y el
cobre - debido a la técnica de fabricación - está recubierto con una
capa de cera.
Cuando se emplea cobre de esta clase, se
presenta en el baño galvánico una formación de fango que es
desventajosa debido a que este fango puede resultar muy perturbador
en el proceso subsiguiente. Por esto, el fango tiene que ser
arrastrado diariamente por lavado hacia fuera del ánodo de una
manera complicada y tiene que ser separado por filtración del
electrólito para que la menor cantidad posible del mismo pueda
quedar ocluida dentro de la capa de cobre (capa de cobre útil)
durante el proceso de deposición.
Tales oclusiones
- -
- alargan el proceso de amolado subsiguiente, ya que las inclusiones tienen que ser sometidas a un amolado plano,
- -
- aumentan el riesgo de sitios defectuosos en la forma de impresión y
- -
- minimizan la duración de los buriles de diamante utilizados para el grabado, los cuales se desgastan más rápidamente debido a estas oclusiones y se tienen que cambiar antes. Estas circunstancias conducen a un consumo de tiempo y un coste incrementados.
Además, al cabo de poco tiempo se oxida una
superficie cilíndrica que haya sido galvanizada con cobre
convencional. Por este motivo, se tienen que eliminar antes del
grabado manchas de óxido producidas en cilindros transitoriamente
almacenados, puesto que así
- -
- se pueden producir estructuras durante el grabado o
- -
- se puede impedir el cromado en zonas correspondientes. Estas circunstancias conducen también a un coste incrementado.
La invención pretende aportar remedios a esta
situación. Por tanto, un cometido de la invención consiste en
proponer medidas que reduzcan considerablemente los problemas antes
citados.
Por consiguiente, según la invención, se propone
emplear cobre dendrítico y no revestido para revestir galvánicamente
tales cilindros de impresión, especialmente cilindros de impresión
en huecograbado, en un baño en el que están sumergidos un cátodo y
un ánodo, formando el cilindro de impresión a revestir el cátodo y
presentando el cobre dendrítico y no revestido un contenido de
oxígeno inferior a 5 ppm, especialmente inferior o igual a 3 ppm, y
alimentándose dicho cobre al baño a través del ánodo.
Sorprendentemente, el uso de este cobre conduce a que se reduzca
muy fuertemente o incluso se suprima por completo la formación de
fango, con lo que se acorta el tiempo de amolado subsiguiente y los
buriles con los cuales se mecaniza la capa de cobre útil presentan
duraciones sensiblemente más largas, es decir que tienen que
cambiarse con menos frecuencia y, no obstante, sigue siendo
impecable el resultado de la impresión. Esto tiene, por un lado, la
consecuencia de considerables ahorros de costes, ya que disminuye
el consumo de muelas abrasivas y los buriles tienen que cambiarse
con menos frecuencia. Sin embargo, esto significa también, por otro
lado, una reducción del coste de equipamiento en la máquina de
grabado y de amolado y, por tanto, un aumento de la capacidad de
estas instalaciones.
Es ventajoso que el cobre se fabrique según un
procedimiento de fabricación de alambre colado en el que se cuele
el alambre colado en dirección ascendente, y que dicho cobre sea
aportado al baño en forma desmenuzada en trozos de alambre colado.
En efecto, este cobre dendrítico y no revestido, al menos
sustancialmente exento de oxígeno, se puede fabricar de manera
especialmente fiable según un procedimiento de colada ascendente.
Tal cobre es fabricado y comercializado en forma de alambre, por
ejemplo, bajo el nombre comercial TOP ROD por la compañía
Norddeutsche Affinerie AG, Hamburgo, República Federal de Alemania.
La aportación del cobre al baño en trozos de alambre colado es
favorable debido a que de esta manera la superficie del cobre es en
conjunto mayor que, por ejemplo, en el caso de una placa de una sola
pieza o un tramo más grande de alambre, lo que conduce a una
estructura muy homogénea de la capa de cobre útil.
En lo que se sigue se explica la invención con
más detalle ayudándose del dibujo. Muestran en representación
esquemática:
La figura 1, un fragmento de una sección
longitudinal a través de un cilindro de impresión como el que se
emplea, por ejemplo, en la impresión en huecograbado, y
La figura 2, un baño galvánico para aplicar una
capa de cobre útil sobre un cilindro de impresión.
En la figura 1 se representa un fragmento de una
sección longitudinal a través de un cilindro de impresión 1 como el
que se emplea, por ejemplo, en la impresión en huecograbado. Se
aprecia la estructura del cilindro de impresión 1 con un núcleo 10,
por ejemplo de acero, sobre el cual están aplicadas una capa de
cobre base 11a y una capa de cobre útil 11. La capa de cobre útil
11 está constituida según la invención por un cobre dendrítico y no
revestido, al menos sustancialmente exento de oxígeno (es decir que
no está presente por fuera sobre el cobre ninguna capa de cera o
similar originada por la fabricación). Dentro de la capa de cobre
útil 11 se graban a máquina con buriles de diamante los datos de
imagen y de texto para llegar al respectivo resultado de impresión
deseado. La capa de cobre útil 11 está protegida por un
recubrimiento 12, por ejemplo de cromo, para aumentar la
resistencia mecánica, y la abrasión durante el proceso de impresión
queda reducida así casi a cero.
Una vez efectuada la impresión, se retiran el
recubrimiento 12 y la capa de cobre útil 11, lo que puede
efectuarse, por ejemplo, de manera mecánica (por ejemplo por
torneado). Cuando se ha retirado la capa de cobre útil antigua 11,
se aplica galvánicamente sobre el núcleo 10 una nueva capa de cobre
útil 11 de una manera que se describirá más adelante, se graba la
siguiente plantilla de imagen-texto y se provee ésta
con un nuevo recubrimiento 12 de cromo. Seguidamente, se puede
utilizar nuevamente el cilindro de impresión 1 para realizar la
operación de
impresión.
impresión.
En la figura 2 se muestra esquemáticamente un
baño galvánico 2 en el que se puede aplicar galvánicamente la capa
de cobre útil 11 (figura 1) sobre el núcleo 10 (figura 1) del
cilindro de impresión 1. A este fin, tienen que estar presentes un
electrodo positivo - un ánodo 3 - y un electrodo negativo - un
cátodo 4 -. El ánodo 3 y el cátodo 4 se mantienen al respectivo
potencial por medio de una fuente 5 y se alimentan con la carga
necesaria para ello.
El cátodo 4 está formado aquí por el cilindro de
impresión 1 que se ha de revestir o por el núcleo 10 del mismo con
la capa de cobre base 11a (figura 1). El líquido F del baño puede
consistir en agua de alta pureza en la que esté disuelto sulfato de
cobre, o bien, para mejorar la conductividad, se añade también ácido
sulfúrico al líquido F, tal como ya se ha descrito al principio.
El ánodo 3 puede comprender, por ejemplo, una
cubeta anódica 30 (por ejemplo de titanio) que esté abierta hacia
dentro y en la cual se encuentren trozos 32 de alambre colado (los
llamados "clippings"), desde los cuales pueden llegar iones
cobre al líquido F durante el revestimiento y éstos se pueden
depositar entonces como cobre sobre el cátodo 4. Este proceso se
vuelve a explicar en lo que sigue. Por encima de la cubeta anódica
30 está dispuesto el cilindro de impresión 1 que se ha de revestir y
que - representado aquí sumergido aproximadamente hasta la mitad en
el líquido F - es girado durante el revestimiento.
En el líquido F tiene lugar una disociación.
Esto quiere decir que las moléculas 6 de sulfato de cobre
(CuSO_{4}) se disocian, por un lado, en iones cobre 7 (Cu^{++})
- cationes - y, por otro lado, iones sulfato 8 (SO_{4}^{--}) -
aniones -. Cuando se aplican los potenciales correspondientes al
cátodo 4 y al ánodo 3, los iones cobre 7 (Cu^{++}) migran
entonces hacia el cátodo 4, el cual está formado por el cilindro de
impresión 1, y se depositan allí y forman la capa de cobre útil 11
(figura 1). El "aprovisionamiento" de iones cobre viene de los
trozos 32 de alambre colado. De éstos se desprenden iones cobre
positivamente cargados 7 (Cu^{++}), los cuales llegan después al
cátodo 4 a través del líquido y se depositan allí, etc., con lo que
se forma sucesivamente la capa de cobre útil 11.
Los trozos 32 de alambre colado empleados pueden
presentar una configuración cilíndrica o bien otra configuración
geométrica (por ejemplo, una configuración a manera de bola o de
huevo generada por el proceso de conformación) y se fabrican
preferiblemente por colada ascendente a partir de un cobre al menos
sustancialmente exento de oxígeno que puede contener otros
elementos en pequeña medida. Este cobre es de estructura dendrítica
y está sin revestir. Por ejemplo, aparte de cobre, puede contener
todavía: Hasta 2 ppm de plomo, hasta 1 ppm de bismuto, hasta 1 ppm
de arsénico, hasta 2 ppm de antimonio, hasta 1 ppm de estaño, hasta
3 ppm de zinc, hasta 6 ppm de hierro, hasta 5 ppm de níquel, hasta
12 ppm de plata, hasta 1 ppm de selenio, hasta 1 ppm de teluro y
hasta 6 ppm de azufre.
El contenido de oxígeno es especialmente
inferior a 5 ppm y muy especialmente incluso inferior a 3 ppm. Esto
conduce a que en el baño galvánico no se produzca ninguna formación
de fango y, por tanto, los buriles puedan mantenerse en uso durante
sustancialmente más tiempo para grabar la plantilla de
imagen-texto dentro de la capa de cobre útil.
Este cobre al menos sustancialmente exento de
oxígeno se puede obtener, por ejemplo, bajo la denominación
"TOP-ROD" en la compañía Norddeutsche Affinerie
AG, Hamburgo, República Federal de Alemania. Se le fabrica de
manera especial haciendo que una punta de cobre, que sobresale de
una coquilla dispuesta por encima de un baño de cobre, sea
sumergida en el baño. En la punta se deposita y se solidifica cobre
proveniente del baño de cobre. La punta de cobre es arrastrada con
una velocidad de avance relativamente lenta en comparación con la
restante colada de alambre a través de un canal que se extiende
hacia arriba a través de la coquilla, efectuándose el enfriamiento
a lo largo del canal según un esquema de temperatura prefijado.
El alambre así fabricado presenta la estructura
dendrítica deseada y, tal como se ha explicado más arriba, está
sustancialmente exento de oxígeno y carece de revestimiento (por
ejemplo cera), mientras que esto es lo que ocurre, debido al
procedimiento de fabricación, en el caso de un alambre de cobre
fabricado por la vía convencional. Frente a esto, el cobre
fabricado de manera convencional presenta típicamente también un
contenido de oxígeno muy considerable, típicamente en el intervalo
de alrededor de 180-300 ppm, cuya estructura es
cristalina en forma de tornillo sinfín. Sin embargo, cuando se
emplea este cobre convencional, se produce la formación de fango
mencionada al principio, la cual no se presenta debido al empleo del
cobre dendrítico y no revestido, al menos sustancialmente exento de
oxígeno, según la invención, con lo que los buriles de diamante
para grabar la plantilla de imagen-texto en la capa
de cobre útil del cilindro de impresión pueden seguirse utilizando
durante un tiempo netamente más largo.
Claims (4)
1. Uso de cobre dendrítico y no revestido para
revestir galvánicamente cilindros de impresión (1) en un baño (2) en
el que están sumergidos un cátodo (4) y un ánodo (3), formando el
cilindro de impresión (1) a revestir el cátodo (4) presentando el
cobre dendrítico y no revestido un contenido de oxígeno inferior a 5
ppm y aportándose este cobre al baño (2) a través del ánodo (3).
2. Uso de cobre dendrítico y no revestido según
la reivindicación 1, en el que los cilindros de impresión (1) que
han de revestirse por vía galvánica son cilindros de impresión en
huecograbado.
3. Uso de cobre dendrítico y no revestido según
una de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que el cobre presenta un
contenido de oxígeno inferior a 3 ppm.
4. Uso de cobre dendrítico y no revestido según
una de las reivindicaciones anteriores, en el que el cobre se
fabrica según un procedimiento de fabricación de alambre colado en
el que se cuela el alambre colado en dirección ascendente, y en el
que se aporta el alambre colado al baño (2) en forma desmenuzada en
trozos (32) de alambre colado.
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