FI121813B - Menetelmä elektrolyysissa käytettävän virtakiskon aikaansaamiseksi ja virtakisko - Google Patents

Description

Menetelmä elektrolyysissa käytettävän virtakiskon aikaansaamiseksi ja virtakisko

Keksinnön tausta 5 Keksinnön kohteena on menetelmä hopeaa tai hopeavaltaista seos ta olevan, sähköä hyvin johtavan kontaktipinnan omaavan sähkövirran luovuttajan aikaansaamiseksi elektrolyysissa käytettävän virtakiskon pintaan, joka virtakisko sähkövirran luovuttajan kautta on tarkoitettu asetettavaksi sähköiseen kontaktiin elektrolyysialtaassa käytettävän kannatustangon kanssa.

10 Keksinnön kohteena on myös elektrolyysissa käytettävä virtakisko, joka käsittää hopeaa tai hopeaseosta olevan, sähköä hyvin johtavan kontaktipinnan omaavaan sähkövirran luovuttajan, joka virtakisko sähkövirran luovuttajan kautta on tarkoitettu asetettavaksi sähköiseen kontaktiin elektrolyysialtaassa käytettävän kannatustangon kanssa.

15 Elektrolyysialtaissa käytettävien virtakiskojen, niin sanottujen allas- kiskojen tarkoituksena on syöttää sähkövirtaa kannatustankoihin. Kaksi virta-kiskoa kannattaa tyypillisesti useita kannatustankoja, jotka ovat virtakiskoista erillisiä komponentteja. Kannatustangot asettuvat sähköiseen kosketukseen virtakiskon kanssa asettamalla ne virtakiskojen päälle, jolloin ne omalla painol-20 laan lepäävät virtakiskojen päällä. Kontaktikohdissa sähkönjohtavuuden tulee olla hyvä. Myös virtakiskojen ja kannatustankojen on johdettava hyvin sähköä turhien energiahäviöiden välttämiseksi.

Virtakiskot valmistetaan perinteisesti kuparista, koska kuparin sähkönjohtavuus on erittäin hyvä. Koska virtakiskojen pituus voi olla useita metrejä 25 niiden paino on suuri. Suuri paino tekee virtakiskot hyvin kalliiksi. Tarkoituksena parantaa sähkönjohtavuutta kontaktikohdissa, joissa virtakisko luovuttaa 5 sähköä kannatustankoihin, on tunnettua käyttää kuparisia virtakiskoja, joiden ^ kosketuskohdissa on hopeakerros. Hopeakerros on helppo juottaa kuparisen 9 virtakiskon päälle.

w 30 Fl-patenttijulkaisusta 114926 tunnetaan menetelmä, jossa hopeaa | tai hopeaseosta oleva sähkövirran ottaja muodostetaan kannatustangon pää- oo hän pinnoittamalla, jolloin käytetään termistä ruiskupinnoitusta. Sähkövirran ot- ^ taja muodostaa alumiinin kanssa metallurgisen sidoksen. Terminen ruiskupin- o noitus vaatii suorittajalta varsin suurta taitoa. Lisäksi lopputulos ei ole sähkön- ^ 35 johtavuudeltaan ja kestävyydeltään erityisen hyvä, koska käytännössä on erit täin vaikea aikaansaada alumiinin ja hopean väliin hyvä metallurginen sidos, 2 jonka sähkönjohtavuus on hyvä. Ennen pinnoittamista on suoritettava pinnoitettavien materiaalien puhdistaminen oksidikerroksista esimerkiksi hiekkapuhalluksella tai teräsharjauksella, koska muutoin ei voida saada hyvää kontak-tia/liitosta pinnoitteen kanssa. Puhdistustyö on aikaa vievää eikä aina takaa 5 hyvää lopputulosta. Pinnoituksen jälkeen voidaan suorittaa lyhyt lämpökäsittely liitoksen vahvistamiseksi. Lämpökäsittely luonnollisesti lisää työmäärää. Fl-patenttijulkaisussa 114926 on myös mainittu, että alumiinitanko voidaan ensin pinnoittaa kuparilla, minkä jälkeen suoritetaan lopullinen pinnoitus hopealla tai hopeaseoksella. Viimeksi mainittu menettely on monimutkaista.

10 WO-julkaisusta 2006/117425 tunnetaan menetelmä kiinnittää ho peinen kappale alumiinisen kannatustangon päähän sähkövirran ottajan aikaansaamiseksi. Menetelmässä pyritään aikaansaamaan hopeakappaleen ja alumiinin välinen eutektinen reaktio. Hopeisen kappaleen kiinnittäminen alla olevaan alumiinipintaan on vaikeaa. Alumiinitankoa on kuumennettava vaiheit-15 tain ja siitä on kuumennuksen jälkeen poistettava oksidikerros ennen kuin siihen kiinnitetään hopeinen kappale. Oksidikerroksen poistaminen, eli puhdistus, suoritetaan esimerkiksi hiomalla. Hapettumisreaktioiden hillitsemiseksi on suositeltavaa suorittaa kuumennus pelkistävässä atmosfäärissä, jonka luominen luonnollisesti pitää sisällään erikoisjärjestelyjä verrattuna siihen, että kuu-20 mennus voitaisiin suorittaa ympäröivässä ilmassa. Kannatustangon kuumen-nuslämpötiloissa ei myöskään ole suurta pelivaraa, mistä syystä kuumennus vaatii suorittajalta suurta tarkkuutta. Lisäksi hopeakappaletta on painettava tietyllä paineella kuumennettua alumiinipintaa vastaan liitoksen aikaansaamiseksi. Painaminen suoritetaan suositeltavasti pistemäisesti ja syklisesti toistaen. 25 Kaiken kaikkiaan työ vaatii suorittajalta tarkkuutta ja paljon aikaa.

5 Keksinnön lyhyt selostus c\i ^ Keksinnön tavoitteena on aikaansaada menetelmä, joka mahdollis- ° taa virtakiskon ja sen sähkövirran luovuttajan edullisen, helpon ja nopean val- ^ 30 mistamisen.

g Keksinnön mukainen menetelmä on tunnettu menetelmävaiheista, oo joiden mukaan a) virtakiskon materiaaliksi valitaan alumiinivaltainen seos tai alu- cn .. .

o muni, o ^ 35 b) virtakiskon alumiinipinnan omaava mainittu pinta kuumennetaan ja kuumennetun pinnan päälle saatetaan sinkkivaltainen juote, joka sisältää ai- 3 neen, jonka affiniteetti happeen on suuri, sen jälkeen kun alumiinipinnan lämpötila on lämpötilassa, joka ylittää juotteen sulamislämpötilan, jolloin juote levitetään sulassa tilassa mainitun pinnan päälle halutunsuuruiselle pinta-alalle niin, että mainitulle pinnalle muodostuu sulassa tilassa oleva juote, 5 c) rikotaan alumiinin ja sulan juotteen väliin muodostunut alumiini- oksidikerros mekaanisella käsittelyllä niin, että alumiinioksidikerroksesta irtautuu happea, joka reagoi juotteen suuren affiniteetin happeen omaavan aineen kanssa ja muodostaa sulan juotteen pintaan mainitun aineen kanssa oksidiker-roksen, ja 10 d) saatetaan mainitun pinta-alan päällä olevan juotteen päälle ho peaa tai hopeavaltaista seosta oleva sähkövirran luovuttaja, annetaan juotteen jähmettyä ja sähkövirran luovuttajan kiinnittyä paikoilleen jähmettyneeseen juotteeseen.

Aineella, jonka affiniteetti happeen, eli taipumus reagoida hapen 15 kanssa, on suuri, pitää olla suurempi affiniteetti happeen kuin alumiinilla.

Edullisesti käytetään sinkkivaltaista juotetta, jonka sinkkipitoisuus on 85 - 98 painoprosenttia ja alumiinipitoisuus on 1 - 10 painoprosenttia. Juote sisältää suositeltavasti 0,1-6 painoprosenttia kuparia. On ajateltavissa, että kupari korvataan hopealla.

20 Edullisesti aine, jolla on suuri affiniteetti happeen, on magnesium, koska magnesiumin reagoidessaan hapen kanssa syntyy paljon lämpöä, joka aikaansaa alumiinin sulamisen, jolloin juotteen ja alumiinin väliin muodostuu tiivis ja vahva sidos, joka lisäksi johtaa varsin hyvin sähköä. Muodostuva mag-nesiumoksidi nousee juotteen pintaan.

25 Keksinnön mukaisen menetelmän suositeltavia suoritusmuotoja on esitetty oheistetuissa patenttivaatimuksissa 2-10.

5 Keksinnön mukaisen menetelmän suurimmat edut ovat, että se

(M

^ mahdollistaa hyvän sähkönjohtavuuden omaavan kontaktipinnan ja sähkövir- ° ran ottajan helpon ja nopean aikaansaamisen edullista perusmateriaalia (alu- ^ 30 miinia tai alumiiniseosta) olevaan virtakiskoon. Menetelmän suorittaminen on | yksinkertaista ja niin helppoa, että sen voi onnistuneesti suorittaa periaattees- oo sa kuka tahansa ilman minkäänlaista erityistaitoa. Menetelmä on hyvin talou- £ dellisesti toteutettavissa.

o Keksinnön mukaiselle virtakiskolle on tunnusomaista, että virtakisko ^ 35 on alumiinivaltaista seosta tai alumiinia ja että sähkövirran luovuttajan ja virta- kiskon pinnan välissä on sinkkivaltainen juote, joka on sovitettu kiinnittämään 4 sähkövirran luovuttajan virtakiskoon. Edullisesti juote on kiinnisulautuneena alumiiniin.

Edullisesti sähkövirran luovuttaja on paksuudeltaan 0,4 - 2,2 mm paksu hopeapala tai hopeaseosta oleva pala.

5 Keksinnön mukaisen virtakiskon suositeltavat suoritusmuodot on esitetty oheistetuissa patenttivaatimuksissa 12-15.

Keksinnön mukaisen virtakiskon suurimmat edut ovat, että sen valmistuskustannukset ovat merkittävästi alhaisemmat kuin perinteisten virtakis-kojen valmistuskustannukset. Lisäksi sen sähkönjohtavuus ja kestävyys käyt-10 töympäristössä on erittäin hyvä. Sähkövirran luovuttaja kontaktipinoineen kuluu käytössä, mutta sähkövirran luovuttaja on helposti uusittavissa kun siihen tulee tarve: vanha sähkövirran luovuttaja poistetaan virtakiskosta ja uusi asetetaan paikoilleen keksinnön mukaisella menetelmällä tarvitsematta sulattaa itse vir-takiskoa.

15 Kuvioiden lyhyt selostus

Seuraavassa keksintöä selostetaan lähemmin esimerkin avulla viittaamalla oheistettuun piirustukseen, jossa kuvio 1 esittää elektrolyysiallasta ylhäältä katsottuna, kuvio 2 esittää leikkausta pitkin kuvion 1 leikkausviivaa II - II, 20 kuvio 3 havainnollistaa leikkausta pitkin kuvion 1 leikkausviivaa III - m, kuvio 4 esittää kuvion 3 rakennetta ylhäältä, kuvio 5 havainnollistaa kuvioiden 3 ja 4 virtakisko-kannatusyhdistelmässä olevaa kannatustankoa sivusta katsottuna, 25 kuvio 6 esittää leikkausta pitkin kuvion 5 leikkausviivaa VI - VI, ^ kuviot 7 ja 8 havainnollistavat keksinnön mukaisen virtakiskon toista ^ suoritusmuotoa sivusta ja vastaavasti ylhäältä katsottuna,

CM

9 kuvio 9 havainnollistaa sivusta katsottuna kannatustankoa, joka on tarkoitettu käytettäväksi kuvioiden 7 ja 8 virtakiskon kanssa, a= 30 kuvio 10 havainnollistaa kuvion 9 kannatustankoa alhaalta katsottu- : kuvio 11 esittää leikkausta pitkin kuvion 9 leikkausviivaa XI - XI,

LO

g kuvio 12 esittää keksinnön mukaisen virtakiskon rakennetta tar- kemmin,, 35 kuviot 13-15 havainnollistavat miten aikaansaadaan kuvion 12 vir takiskoon sähkövirran luovuttaja, ja 5 kuvio 16 havainnollistaa vaihtoehtoista tapaa aikaansaada virtakis-koon sähkövirran ottaja.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus 5 Kuvio 1 esittää ylhäältä katsottuna sinkkielektrolyysiallasta, jossa on kaksi virtakiskoa 1, jotka tukeutuvat elektrolyysialtaan 15 reunoihin. Virtakisko-jen 1 päälle on asennettu yhdeksän kannatustankoa 13 siten, että ne lepäävät virtakiskojen päällä. Kannatustankojen 13 lukumäärä voi luonnollisesti vaihdella. Kannatustangoista 13 riippuu niihin kiinnitetyt alumiinikatodit 14, ks. kuvio 2, 10 joka esittää leikkauskuvaa pitkin kuvion 1 leikkausviivaa II - II.

Kuviot 3 ja 4 esittävät virtakiskoa 1 sivusta ja vastaavasti ylhäältä katsottuna. Virtakisko 1 on alumiiniseosta tai alumiinia. Virtakiskon 1 korkeus on suositeltavasti 40 - 120 mm. Virtakiskon 1 päällä on kannatustangot 13, jotka kuviossa 3 näkyvät päädystä katsottuna. Kuviosta nähdään, että virtakis-15 kon 1 yläpinnassa on hampaat 16, joiden väliseen loveen 4 kannatustenko 13 asettuu. Sen ansiosta, että hampaat 16 käsittävät vinot pinnat, kannatustenko 13 ohjautuu kontaktikohtaan, johon se halutaan, kun se lasketaan virtakiskon 1 päälle. Hampaiden 16 korkeus on esimerkiksi 20 mm. Loven 4 vaakasuuntaisen pohjatason pituus on esimerkiksi 20 mm. Virtakiskon leveys on esimerkiksi 20 30 mm ja sen pituus on 4 m. Pituus voi suuresti vaihdella riippuen elektro- lyysialtaasta: se voi olla alueella 2 - 6 m.

Kuvio 5 esittää kuvioiden 3 ja 4 virtakiskon 1 päälle asetettua kannatustankoa 13 sivusta katsottuna. Nähdään, että kannatustangon 13 päässä on vastaavanlainen lovi 17 kuin virtakiskossa. Kannatustangon 13 materiaali 25 on suositeltavasti alumiiniseos tai alumiini, jolloin loveen 17 on muodostettu hopeapinnoite. Loven 4 hopeapinnoite muodostaa virtakiskon 1 sähkövirran 5 luovuttajan. Kannatustangon 13 leveys on hieman pienempi kuin virtakiskon ^ loven 4 pohjan leveys. Kannatustangon 13 leveys on esimerkiksi 16 mm kun 9 virtakiskon loven 4 pohjatason pituus on 20 mm. Kun kannatustanko 13 lepää 30 virtakiskon 1 päällä, se tukeutuu vasten virtakiskon loven 4 pohjatason reunoja | pitkin kahta viivaa. Nämä viivat sijaitsevat kannatustangon loven 17 vinoilla 05 pinnoilla. Kuvioon 5 on katkoviivoilla piirretty virtakisko.

^ Kuvio 6 esittää leikkausta pitkin kuvion 5 viivaa VI - VI. Kannatus- o tangon loven toinen vino pinta 18 näkyy.

O

™ 35 Kuviot 7 ja 8 esittävät virtakiskon 1’ toista suoritusmuotoa sivusta ja vastaavasti ylhäältä katsottuna. Virtakisko 1’ käsittää joukon porauksia 19’. Po- 6 rauksien 19’ halkaisija on esimerkiksi 40 mm. Porauksien 19’ syvyys on suosi-teltavasti suurin piirtein sama kuin niiden halkaisija.

Kuviot 9 ja 10 esittävät kuvioiden 7 ja 8 virtakiskon 1’ päälle asetettua kannatustankoa 13’ sivusta ja vastaavasti alhaalta katsottuna. Kannatus-5 tankojen 13’ yksityiskohtainen rakenne/muotoilu poikkeaa kuvioiden 5 ja 6 kan-natustankojen rakenteesta/muotoilusta. Nähdään, että kannatustangon 13’ päissä hampaiden 20’ muodossa olevat kartiomaiset ulkonemat. Hampaiden 20’ vapaan pään halkaisija on pienempi kuin virtakiskon 1’ porauksen 19’ halkaisija. Sanotun ansiosta kannatustanko 13’ ohjautuu omalla painollaan kon-10 taktikohtaan, johon se halutaan, kun se lasketaan virtakiskon 1’ päälle. Hampaiden 20’ suurihalkaisijainen pää on halkaisijaltaan virtakiskon porauksen 19’ halkaisijaa suurempi. Kun kannatustanko 13’ on asetettu paikoilleen virtakiskon 1’ poraukseen 19’, se tukeutuu viivamaisesti vasten porauksen yläreunaa niin, että muodostuu rengasmainen kontakti.

15 Kuvio 11 esittää leikkausta pitkin kuvion 9 leikkausviivaa XI - XI.

Kannatustangon hammas 20’ on kuparia, ja on esimerkiksi kitkahitsaamalla kiinnitetty kannatustangon 13’ alumiiniseen runkoon.

Kuvio 12 esittää kuvioiden 3 ja 4 virtakiskon 1 osaa, joka käsittää kohdan tai alueen, jonka tarkoituksena on luovuttaa sähkövirtaa kannatustan- 20 koon. Mainittua kohtaa tai aluetta voidaan kutsua sähkövirran luovuttajaksi ja se yleisesti merkitty viitenumerolla 2. Kuviosta nähdään, että hampaiden 16 välissä oleva lovi 4 on pinnoitettu hopeapaloilla 6a, 6b, 6c. Hopeapalat 6a, 6b, 6c muodostavat sähkövirran luovuttajan 2 ja niiden ansiosta virtakisko 1 pystyy siirtämään tehokkaasti virtaa virtakiskon päälle asetettavaan kannatustankoon.

25 Kuviot 13-15 havainnollistavat keksinnön mukaisen, kuvioissa 3, 4 ja 6 esitetyn virtakiskon 1 valmistamista tai pikemminkin sen sähkövirran luo- o vuttajan 2 aikaansaamista, cv ^ Kuvio 13 havainnollistaa alumiinista virtakiskoa 1, jonka voidaan ° sanoa olevan aihion muodossa, koska siitä puuttuu sähkövirran ottaja, eli kuvi- ^ 30 on 12 hopeapalat 6a, 6b ja 6c. Virtakiskon 1 aihio voi olla pursotettua alumii- | nia, johon on työstetty useita lovia 4, joista kuviossa 13 näkyy vain se, joka on oo lähimpänä virtakiskon päätä. Loveen 4 aikaansaadaan sähkövirran ottaja liitin tämällä loven kumpaankin vinoon pintaan 5a, 5b sekä loven pohjapintaan 5c o hyvän sähkönjohtavuuden omaavat pienet hopealevyt 6a, 6b, ja 6c, tai hopea- ™ 35 valtaista seosta olevat pienet levyt. Levyjä 6a, 6b ja 6c voidaan myös nimittää paloiksi tai laatoiksi. Kuviossa 13 hopealevyt 6a, 6b ja 6c ovat virtakiskosta 1 7 erillään, mutta kuviossa 12 paikalleen liitettyinä. Levyjen 6a, 6b, 6c paksuus on suositeltavasti 0,4 - 2,2 mm ja vielä suositeltavammin 0,5 - 2 mm.

Kuviossa 13 viitenumero 7 osoittaa juotelankaa, jonka käyttöä selitetään seuraavassa.

5 Juotelanka 7 on sinkkivaltainen seos, joka sisältää 85 - 98 paino prosenttia sinkkiä, 1-10 painoprosenttia alumiinia ja 0,1 - 6 painoprosenttia kuparia. Lisäksi juotelanka sisältää vähäisiä määriä mangaania ja magnesiumia. Juotteena voidaan käyttää yrityksen Techno Weld ltd, Aston Works, West End, Aston, Oxfordshire 0X18 2NP, Iso-Britannia kauppaamaa juotetta, joka 10 on yleisesti saatavilla. Juotetta myydään puikkoina (joita kutsutaan Techno-Weld puikoiksi). On luultavaa, että juotteen sisältämä kupari voidaan korvata hopealla. Vaihtoehtona Techno Weldin tuotteelle on yrityksen New Technology Products, 1330 Post Oak Blvd., Suite 1600 Houston, Texas 77056-3017, USA valmistamaa ja markkinoimaa langan muodossa oleva tuote, jolla on kauppa-15 nimi HTS-2000, jolloin noudatetaan kyseiselle tuotteelle annettuja käyttöohjeita. Tällaisen langan sinkkipitoisuus on noin 80 painoprosenttia; alumiinia on noin 16 painoprosenttia ja kuparia on noin 3 painoprosenttia. Lisäksi lanka sisältää hieman magnesiumia magnesiumpitoisuuden ollessa esimerkiksi noin 0,2 painoprosenttia. On oletettavaa, että juotelangan suositeltava sinkkipitoi-20 suus on alueella 80 - 98 painoprosenttia ja että alumiinipitoisuus on 1 - 20 painoprosenttia.

Levyt 6a, 6b ja 6c liitetään loveen 4 kuumentamalla ensin virtakis-koa 1 (vielä aihio kuviossa 13) loven kohdalta lämpötilaan noin 450 °C, ks. kuvio 13. Koska virtakisko on alumiinia ja alumiini reagoi helposti ympäröivän ha-25 pen kanssa, virtakiskon pinnalla, mukaan lukien loven 4 kohta, on alumiinioksidia. Tunnetusti on hyvin vaikea liittää muita metalleja alumiinioksidipinnalle. 5 Tästä huolimatta keksinnön mukaisessa menetelmässä virtakiskon 1 lovea ei

(M

^ tarvitse puhdistaa oksideista. Kuumennuslämpötila ei ole kriittinen, suositelta- ° vasti se on alueella 370 - 550 °C, mutta se voi olla myös olla alueella 300 - 600 ^ 30 °C. Mikäli, lämpötila-alue on alueen 260 - 620 °C ulkopuolella, on odotettavis- | sa, että ei aikaansaada haluttua tulosta. Hyvin korkeaan lämpötilaan kuumenee tamisen vaarana on myös riski, että alumiinikisko sulaa (alumiinin sulamispiste on noin 660 °C). Kuumennuslämpötilaa voidaan suositeltavasti seurata mites taamalla loven 4 pinnan lämpötilaa. Lämpötilan mittaaminen ei kuitenkaan ole ^ 35 välttämätöntä taikka edes tarpeen, kun tiedetään miten juotelangan 7 tulee käyttäytyä virtakiskon loven 4 pinnalla kun juotelankaa saatetaan kosketuksiin 8 loven pinnan kanssa. Kuumennus suoritetaan suositeltavasti kaasuliekillä (propaani- butaani- tai asetyleeniliekki), jolloin poltinputkea 10 pidetään liikkeessä, jottei se aiheuttaisi liian suurta paikallista kuumennusta. On myös ajateltavissa, että kuumennus suoritetaan sähköinduktiolla tai sähkövastuksella.

5 Induktiokuumennuksen haittana on kuitenkin, että alumiini sulaa melko nopeasti. Sähkövastuksella kuumentaminen vuorostaan on hidasta. Induktiokuu-mentamista ja vastuskuumentamista voidaan kuitenkin käyttää niin sanotun peruskuumentamisen aikaansaamiseksi. Peruskuumentamisen tarkoituksena on aikaansaada esikuumennus, joka nopeuttaa virtakiskojen valmistamista kun 10 valmistusmäärät ovat suuria: sähköllä esikuumennetun virtakiskon kuumentaminen liekillä työlämpötilaan vie vain vähän aikaa. Kun juuri valmistuneeseen virtakiskoon on saatu kiinnitetyksi sähkövirran luovuttaja, siirrytään aikaansaamaan sähkövirran luovuttaja seuraavaan virtakiskoon, joka on valmiiksi esi-lämmitetty.

15 Aika ajoin asetetaan juotelanka 7 vasten kuumennettua pintaa ja tarkistetaan tarttuuko se alla olevaan materiaalin. Kun lämpötila on noussut niin korkealle, että juotelanka 7 sulaa sen alla olevan materiaalin kuumentamana, juotetta levitetään pintojen 5a, 5b ja 5c päälle hieman siirtämällä juote-lankaa yli pintojen, jolloin sula juote leviää pinnoille 5a, 5b, 5c. On huomattava, 20 että juotelangan 7 tulee sulaa alla olevan materiaalin kuumentamana eikä juo-telankaa tule kuumentaa poltinputkella 10.

Tämän jälkeen sula metallipinta harjataan ruostumatonta terästä olevalla harjalla tai messinkiharjalla. Harjaus on hyvin lyhyt ja helppo toimenpide. Noin kahden tai kolmen sekunnin harjaus on tyypillisesti riittävä. Harjauk-25 sen ansiosta juotteen alla oleva alumiinioksidikerros rikkoutuu ja muuttuu alumiiniksi ja hapeksi. Juotteen sisältämä mangaani mahdollisesti edesauttaa o alumiinioksidikerroksen hajoamista. Harjauksessa vapautunut happi reagoi cv ^ juotteen sisältämän magnesiumin kanssa, koska magnesiumilla on suuri tai- ° pumus reagoida hapen kanssa. Magnesium reagoi hapen kanssa hanakammin ^ 30 kuin alumiini, jolloin voidaan sanoa, että magnesium ryövää alumiinilta hapen.

| Tämä on tärkeää, jotta happi saadaan pois alumiinista. Kun magnesium reagoi oo hapen kanssa tapahtuu eksoterminen reaktio, joka vapauttaa lämpöä. Vapau- tuneen lämmön ansiosta lämpötila nousee paikallisesti yli alumiinin sulamispis-o teen, minkä ansiosta juote tarttuu erittäin hyvin kiinni alla olevaan alumiinipin- ^ 35 taan. Magnesiumoksidin tiheys on hyvin alhainen verrattuna juotteen tiheyteen, joten se nousee juotteen pinnalle, jolloin juotteen ja alla olevan alumiinin väliin 9 muodostuu erittäin hyvä liitos. Juotteessa on magnesiumia suositeltavasti vähintään 0,01 painoprosenttia magnesiumin määrän ollessa esimerkiksi 0,05 -0,3 painoprosenttia. Magnesiumin sijasta on ajateltavissa, että voitaisiin käyttää jotain muuta ainetta, jonka affiniteetti happeen on suurempi kuin alumiinin 5 affiniteetti happeen ja joka muodostaa hapen kanssa oksidin, jonka tiheys on pienempi kuin juotteen tiheys, jotta se nousisi juotteen pintaan.

Edellä mainitun harjauksen sijasta voidaan käyttää jotain muuta mekaanista käsittelyä, kuten pinnan raapimista. Vielä kun juote on sulassa tilassa sen päälle asetetaan hopeapalat 6a, 6b ja 6c jotka hetkessä tarttuvat sulo laan juotteeseen ja kiinnittyvät siihen lujasti juotteen jähmettyessä, ks. kuvio 12, jossa hopeapalat ovat paikallaan. Kun juote on jähmettynyt muodostuu luja, sähköä varsin hyvin johtava liitos. On ajateltavissa, että hopeapalat 6a, 6b ja 6c esipinnoitetaan juotteella ennen kuin ne asetetaan alumiinin päällä olevan juotteen päälle.

15 Mikäli sähkövirran luovuttaja halutaan aikaansaada käyttämällä ho- peaseosta olevia paloja hopeapalojen sijasta, niin suositeltavasti valitaan ho-peaseos, joka sisältää hieman kuparia. Kuparipitoisuus on esimerkiksi 5 painoprosenttia ja voi vaihdella esimerkiksi alueella 1-10 painoprosenttia. Kuparin ansiosta palojen 6a, 6b ja 6c mekaaninen lujuus on suurempi kuin jos palat 20 olisivat puhdasta hopeaa. Paloissa 6a, 6b ja 6c oleva kupari tosin hieman heikentää kontaktipinnan ja sähkövirran ottajan korroosionkestävyyttä ja sähkönjohtavuutta.

Kuvion 3 ja 4 mukaiseen virtakiskoon voidaan aikaansaada hopeaa tai hopeavaltaista seosta oleva kontaktipinta menetelmällä, joka poikkeaa ku-25 vioiden 13-15 menetelmästä.

Näin ollen, välttämättä ei tarvitse käyttää hopeaa tai hopeaseosta 5 olevia paloja, vaan on ajateltavissa, että niiden sijasta sähkövirran ottaja ai-

<M

<n kaansaadaan termisesti ruiskuttamalla hopeaa tai hopeaseosta juotteen pääl- le, jolloin juote on saanut jähmettyä ennen ruiskuttamista. Ruiskuttamista ha-^ 30 vainnollistaa kuvio 16. Tällöin siis hopeapalojen tai hopeaseosta olevien palo- | jen sijasta päällimmäisenä on ruiskuttamalla aikaansaatu sähkövirran luovutta- oo ja. Termisessä ruiskuttamisessa voidaan käyttää esimerkiksi kaasun palamiin seen perustuvaa tekniikkaa. Suurnopeusliekkiruiskutuksessa (High Velocity o Oxy-Fuel) pinnoitusmateriaali (hopea tai hopeavaltainen seos) syötetään jau- ^ 35 heen muodossa kantokaasun avulla ruiskupistooliin 9. Ruiskupistoolin poltto- kammiossa pinnoitusmateriaali sulatetaan, ja pinnoite ohjataan sulassa tilassa 10 kohti pinnoitettavaa kohdetta. Tavallisessa liekkiruiskutuksessa polttokaasun ja hapen seos palaessaan sulattaa pinnoitusmateriaalin, joka alunperin voi olla jauheen muodossa tai langan muodossa. Sula pinnoitemateriaali puhalletaan paineilman avulla kohteeseensa. Termisen ruiskuttamista ei selosteta tässä 5 yhteydessä seikkaperäisemmin, koska menetelmä on alan ammattilaiselle sinänsä tunnettu. Termisen ruiskutuksen haittana verrattuna siihen, että käytetään valmiita hopea tai hopeaseosta olevia paloja on, että terminen ruiskutus on varsin vaikea suorittaa niin, että lopputulos on hyvä. Termisen ruiskutuksen etuna on, että sillä voidaan pinnoittaa geometrisesti periaatteessa minkä talo hansa muotoisia kappaleita. Sanotun johdosta kuvioiden 7 ja 8 virtakiskoon T aikaansaadaan sähkövirran luovuttaja 6’ suositeltavasti termisellä ruiskutuksella. Vaihtoehtoisesti sähkövirran luovuttaja aikaansaadaan samalla periaatteella kuin on esitetty edellä kuvioiden 13-15 yhteydessä, eli käyttämällä hopeaa tai hopeaseosta olevia kappaleita, jotka upotetaan alumiinisen virtakiskoaihion 15 porauksiin.

Virtakiskoon 1 aikaansaadaan myös sähkövirran ottaja 21 kohtaan, jonka kautta sähkövirtaa syötetään virtakiskoon. Sähkövirran ottaja 21 voidaan järjestää esimerkiksi virtakiskon 1 toiseen päähän 3, ks. kuvio 3. Myös kuvion 8 virtakiskoon T aikaansaadaan sähkövirran ottajat 21’. Sähkövirran ottajat 21, 20 21’ aikaansaadaan kuten edellä on esitetty.

Edellä keksintöä on kuvattu esimerkkien avulla ja sen vuoksi huomautetaan, että keksintö voidaan yksityiskohdiltaan toteuttaa monella tavalla oheistettujen patenttivaatimuksien puitteissa. Siten, esimerkiksi, kuvion 12 virtakiskon 1 sähkövirran luovuttajana voi olla ainoastaan yksi loven 4 pohjan pi-25 tuutta vastaava hopeapala 6c, kun kannatustangon leveys on loven 4 pohjan pituutta pienempi. Tällöin ei aseteta hopeapaloja viistoihin pintoihin. Mikäli kan-5 natustangon leveys on loven pohjan pituutta suurempi, kannatustanko tukeu- C\l ^ tuu loven 4 viistoihin pintoihin, joissa tulee olla hopeapalat 6a, 6b. Viimeksi ° mainitussa tapauksessa loven 4 pohjalla ei tarvita hopeapalaa 6c.

C\l

X

cc

CL

00

LO

CD

O

O

CM

Claims (15)

1. Menetelmä hopeaa tai hopeavaltaista seosta olevan, sähköä hyvin johtavan kontaktipinnan omaavan sähkövirran luovuttajan (6a, 6b, 6c) ai- 5 kaansaamiseksi elektrolyysissa käytettävän virtakiskon (1) pintaan, joka virta-kisko sähkövirran luovuttajan (6a, 6b, 6c) kautta on tarkoitettu asetettavaksi sähköiseen kontaktiin elektrolyysialtaassa käytettävän kannatustangon (13) kanssa, tunnettu menetelmävaiheista,joiden mukaan a) virtakiskon (1) materiaaliksi valitaan alumiinivaltainen seos tai 10 alumiini, b) virtakiskon (1) alumiinipinnan omaava mainittu pinta (2) kuumennetaan ja kuumennetun pinnan päälle saatetaan sinkkivaltainen juote (7), joka sisältää aineen, jonka affiniteetti happeen on suuri, sen jälkeen kun alumiini-pinnan lämpötila on lämpötilassa, joka ylittää juotteen sulamislämpötilan, jolloin 15 juote (7) levitetään sulassa tilassa alumiinipinnan päälle halutunsuuruiselle pinta-alalle niin, että pintaan muodostuu sulassa tilassa oleva juote, c) rikotaan alumiinin ja sulan juotteen väliin muodostunut alumiini-oksidikerros mekaanisella käsittelyllä niin, että alumiinioksidikerroksesta irtautuu happea, joka reagoi juotteen (7) suuren affiniteetin happeen omaavan ai- 20 neen kanssa ja muodostaa sulan juotteen pintaan mainitun aineen kanssa ok-sidikerroksen, ja d) saatetaan mainitun pinta-alan päällä olevan juotteen (7) päälle hopeaa tai hopeavaltaista seosta oleva sähkövirran luovuttaja (6a, 6b, 6c), annetaan juotteen jähmettyä ja sähkövirran luovuttajan kiinnittyä paikoilleen jäh- 25 mettyneeseen juotteeseen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, ^ että juotteena käytetään sinkkivaltaista juotetta (7), jonka sinkkipitoisuus on 85 cm - 98 painoprosenttia ja alumiinipitoisuus on 1 -10 painoprosenttia.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, C\l x 30 että juotteena käytetään sinkkivaltaista juotetta (7), jonka sinkkipitoisuus on 80 * - 98 painoprosenttia, alumiinipitoisuus on 1 - 20 painoprosenttia ja kuparipitoi- “ suus on 0,1 - 6 painoprosenttia.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, o tunnettu siitä, että käytetään juotetta (7), jossa aine, jonka affiniteetti hap- 35 peen on suuri, on magnesium.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään juotetta (7), joka sisältää mangaania.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alumiinipinnan omaava virtakiskon (1) pinta kuumenne- 5 taan vaiheessa b) lämpötilaan 370 - 550 °C.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rikotaan alumiinin ja juotteen (7) väliin muodostunut oksidikerros harjaamalla.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 10 että vaiheessa d) sähkövirran luovuttaja (6a, 6b, 6c) saatetaan juotteella (7) käsitellyn pinta-alan päälle juotteen ollessa sulassa olotilassa.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään sähkövirran luovuttajana (6a, 6b, 6c) hopeapalaa tai hopea-seosta olevaa palaa, jonka paksuus on 0,4 - 2,2 mm.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1 - 7 mukainen menetel mä, tunnettu siitä, että saatetaan juotteella (7) käsitellyn pinta-alan päälle sähkövirran luovuttaja termisellä ruiskutuksella.

11. Elektrolyysissa käytettävä virtakisko (1, 1’), joka käsittää hopeaa tai hopeaseosta olevan, sähköä hyvin johtavan kontaktipinnan omaavaan säh-20 kövirran luovuttajan (6a, 6b, 6c, 19’), joka virtakisko sähkövirran luovuttajan kautta on tarkoitettu asetettavaksi sähköiseen kontaktiin elektrolyysialtaassa käytettävän kannatustangon (13, 13’) kanssa, tunnettu siitä, että virtakisko (1, 1’) on alumiinivaltaista seosta tai alumiinia ja että sähkövirran luovuttajan (6a, 6b, 6c, 19’) ja virtakiskon (1, 1’) pinnan välissä on sinkkivaltainen juote, jo-25 ka on sovitettu kiinnittämään sähkövirran luovuttajan (6a, 6b, 6c, 19’) virtakis-koon.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen virtakisko, tunnettu siitä, cv ^ että juotteen sinkkipitoisuus on 80 - 98 painoprosenttia ja alumiinipitoisuus on ^ 1-20 painoprosenttia. ™ 30

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen virtakisko, tunnettu siitä, | että juote sisältää magnesiumia. oo

14. Patenttivaatimuksen 11 mukainen virtakisko, tunnettu siitä, että sähkövirran luovuttaja (6a, 6b, 6c, 19’) on paksuudeltaan 0,4 - 2,2 mm ole-o va hopeapala tai hopeaseosta olevaa pala. ™ 35

15. Patenttivaatimuksen 11 mukainen virtakisko, tunnettu siitä, että virtakisko (1, 1’) käsittää hopeaa tai hopeaseosta olevat, sähköä hyvin joh- tavan kontaktipinnan omaavat sähkövirran ottajat (21, 21’) asetettavaksi sähköiseen kontaktiin välineisiin virran syöttämiseksi virtakiskoon. δ (M i (M O sj- (M X en CL 00 δ m σ> o o (M