FI73250B - Saett vid elektroplaetering. - Google Patents

Description

73250

Menetelmä sähköiseksi päällystämiseksi Sätt vid elektroplätering Tämä keksintö koskee menetelmää metallin, ensisijassa kromin, sähköiseksi päällystämiseksi katodina virtapiiriin kytketylle työkappaleelle, joka ennaltamäärätyllä nopeudella syötetään elektrolyytin läpi anodin ja virtapiirin mahdollisten lisäanodien ohi.

Metallin sähköinen päällystäminen elektrolyytistä katodille pitää sisällään suhteellisen vaikeita ja herkkiä prosesseja, joissa pienet vaihtelut virrantiheydessä anodin ja katodin välillä elektrolyytissä voivat aikaansaada täysin erilaisia ominaisuuksia päällysteelle sekä päällystetyn pinnan kiinnittymiselle.

Tämä keksintö koskee sekä menetelmää paremman kiinnittymisen aikaansaamiseksi päällystetylle pinnalle, että menetelmää itse päällysteen tiheyden parantamiseksi.

Vuosien mittaan on myönnetty lukuisia patentteja, joissa kuvataan erilaisia menetelmiä metalliesineiden sähköiseksi : päällystämiseksi.

: Saksalaisessa patentissa 484 206, joka käsittelee kromi- päällystystä ehdotetaan, että kromattavan työkappaleen annetaan aluksi toimia anodina alkuperäisen pinnan syövyttämi-seksi, jotta seuraavassa sähköpäällystyksessä, jolloin työ-kappale on katodina, saataisiin parempi kiinnittyvyys. Tänä päivänä tämä menetelmä on yleisesti käytetty.

Saksalaisessa patentissa 923 405 väitetään edelleen saavutettavan helpommin kiillotettava kromipinta, jos sähköpääl-lystys suoritetaan välein, jotka keskeytetään lyhyiksi väleiksi, virran ollessa katkaistuna, mutta annetaan työkappaleen jäädä elektrolyyttiin.

Sveitsiläisessä patentissa 498 941 kuvataan pitkittäisten kappaleitten kromausta kuljettamalla niitä asteettain anodin kautta.

Ruotsalaisessa kuulutus julkaisusta 310 970 käy myös ilmi, että esim. kromilla sähköisesti päällystettäessä on virrantiheyttä säädettävä koko päällystettävällä alueella, kos- 2 73250 ka alueen erot, geometria tai päästävyys voivat vaikuttaa siihen, että virrantiheys katodin joissakin osissa tulee niin pieneksi, ettei niissä tapahdu lainkaan päällystyrnistä. Päin vastoin varoitetaan, että erityisen epäsuotuisat pinnat voivat sen sijaan syöpyä. Kuulutus julkaisun sivun 3 toisesta kappaleesta käy ilmi, että valurauta- ja teräskatodeja pidetään erityisen taipuvaisina tällaiseen ei-haluttuun syöpymi-seen kromipäällystyskylvyissä.

Edellä mainittujen ongelmien välttämiseksi kuulutusjul-kaisussa ehdotetaan lisäelektrodin sijoittamista lähelle aluetta , jossa virrantiheys on joko liian pieni halutun päällysteen muodostamiseksi tai muodostaa päällysteen, jota ei määrätylle pinnanosalle haluta, koska virrantiheys on liian suuri. Lisäelektrodi tulee tässä tapauksessa yhdistää virtalähteeseen, joka on riippumaton anodin ja katodin välille yhdistetystä virtapiiristä.

Syöpymisongelmia kromikylvyissä, joissa virrantiheys on liian pieni, on myös käsitelty US-patentissa 4 062 741, jossa ehdotetaan muutaman voltin suojajännitteen kytkemistä niiden kappaleiden yli, joiden on jäätävä kromipäällystyskylpyyn myös sen jälkeen kun virta on katkaistu.

Käytännössä useimmiten esiintyvä menetelmä on muuten ollut ensin syövyttää kappale käänteisellä napaisuudella ja sitten päällystää se samassa kylvyssä.

Tämä keksintö koskee uutta menetelmää, jonka tuloksena on huomattava parannus päällystetyn pintapäällysteen kiinnittymisessä samoin kuin sen laadussa, koska syövytys ja päällystys suoritetaan ajallisesti lähempänä toisiaan, ja koska napaisuudenvaihtomenetelmä on voitu välttää.

Keksinnön mukainen menetelmä perustuu vuosien mittaan sähköpäällystyksestä kerääntyneeseen kokemukseen, jota myös edellä käsitellyt patentit vahvistavat. Samalla keksinnöllinen ajatus tarjoaa kuitenkin kokonaan riippumattoman ratkaisun aikaisempiin ratkaisemattomiin ongelmiin. Kuten alussa jo mainittiin, keksinnön mukainen menetelmä koskee metallin, ensisijassa kromin, päällystämistä sähköisesti työkappaleel- li 3 73250 le, joka toimii katodina, sanottua työkappaletta syötettäessä elektrolyytin läpi ennaltamäärätyllä nopeudella anodin ohi, missä metallin saostuminen tapahtuu.

Keksinnön mukainen menetelmä perustuu siihen, että katodia syövytetään jatkuvasti juuri ennen kuin se saavuttaa anodin. Koska tämä tapahtuu jatkuvasti, ei napaisuudenvaih-totekniikkaa, jolla on joukko jo mainittuja haittoja, voida käyttää.

Keksinnön mukaisesti tämä jatkuva syövytys aikaansaadaan siten, että välittömästi ennen anodin ohittamista työkappale saatetaan ohittamaan alue työkappaleen pituussuunnassa jossa virrantiheys on pienennetty anodiin kohdistuvalla varjostimella, niin että työkappale syöpyy siinä, jonka jälkeen metallin saostaminen työkappaleelle tapahtuu sitä seuraavan anodin kohdalla. Varjostin voi olla joko kokonaan sähköisesti eristävä tai yhdistetty virtapiiriin katodin kanssa sillä tavalla, että virrantiheys aikaansaa katodin syöpymisen sen kulkiessa kyseessä olevan varjostimen ohi. Keksinnön mukainen menetelmä voidaan myös suorittaa järjestämällä useita pareja syövytyselimiä ja anodeja peräkkäin samaan elektrolyyttiin. Päällystetyn päällysteen laatua voidaan myös parantaa vaihtelemalla katodin ja syövytyselimen sekä katodin ja anodin välistä etäisyyttä välillä, jota pitkin katodia kuljetetaan näiden ohi. Tällä tavalla virrantiheyttä ja siten syövytysastetta sekä sahköpäällysteen tiheyttä voidaan muuttaa haluttuun arvoon kussakin pisteessä pitkin katodin pintaa. Mahdollisuus antaa päällystetylle pinnalle eri kovuuksia eri syvyyksillä tällä tavalla voi olla erityisen arvokas. Myös tiettyjä muita etuja voidaan saavuttaa, ja koko syövytys-päällystysprosessi voidaan suorittaa osittaisessa vakuumissa. Keksinnön mukainen menetelmä on määritelty seu-raavissa vaatimuksissa, ja sitä kuvataan lisäksi vielä liittyen joihinkin periaatekaavioihin järjestelyistä, jotka on tarkoitettu menetelmän suorittamiseksi.

Tässä yhteydessä voidaan myös mainita, että keksinnön mukaista menetelmää on hyvin tuloksin testattu Valtion tek- 4 73250 nillisessä tutkimuskeskuksessa Helsingissä, tutkimusraportti MRG 1776.

Kuvat 1-5 ovat periaatekaavioita, ja sellaiset tavanomaiset elementit kuten sähköpäällystyskylvyt, mittausvälineet ja täydelliset sähköiset kytkentäjärjestelmät on jätetty pois, tai vain viitteenomaisesti esitetty.

Kuvassa 1 esitetään keksinnön mukaisen menetelmän perusperiaate. Työkappale K on katodina yhdistetty virtapiiriin 1, jossa on virtalähde U. Anodia on merkitty viitenumerolla 2 ja elektrolyyttiä viitenumerolla 3. Katodia K syötetään jatkuvasti nuolen V suuntaan. Juuri ennen kuin työkappale K (katodi) saavuttaa anodin, se kulkee varjostimen 4 alta, joka on keksinnölle tunnusomainen, ja joka muodostuu sähköisesti eristävästä suojuksesta, joka perusmuodossaan on esitetty tässä kuvassa. Anodin 2 ja katodin K välinen etäisyys sekä virtalähteen U jännite ovat olennaisia muuttujia päällystyksen suhteen, kun taas eristävän varjostimen 4 ja katodin K välinen etäisyys sekä varjostimen 4 ja anodin 2 välinen etäisyys B yhdessä virranvoimakkuuden anodin yli kanssa määrävät syöpymisen. Virrantiheys säätää sekä syövytystä että päällystystä. Kaikki edellä käsitellyt muuttujat ovat arvoja, jotka on empiirisesti määrättävä. Syövytys tapahtuu alueella 10 ja päällystys alueella 11.

Kuvassa 2 esitetyssä suoritusmuodossa eristävä suojaus 4 on korvattu sähköisesti johtavalla suojauksella 5, joka siten käytännössä toimii samassa virtapiirissä kuin anodi 2 ja katodi K. Tämä tarkoittaa, että aikaisemmin mainitut muuttujat on säädettävä riippuen vallitsevista oloista.

Kuvassa 3 esitetyssä suoritusmuodossa syövytystä voimistava suojaus 6 on yhdistetty omaan virtapiriinsä 7 ja sillä on oma virtalähde. Aikaisemmin käsitellyt ehdot pätevät tässä, paitsi että aiemmin mainituille muuttujille on annettava toiset arvot.

Kuvassa 4 esitetyssä suoritusmuodossa anodin 2 ja syövytystä voimistavan suojauksen 6 välille on järjestetty eristävä kerros 8. On myös huomattava, että eristävä kerros 8 ulot- 5 73250 tuu jonkin matkaa suojauksen 6 ja katodin K välille. Tämä ei aina ole välttämätöntä, mutta voi joskus olla sopivaa. Suojaukseen 6 voi olla yhdistetty virtapiiri 7 kuvassa 3 esitetyllä tavalla.

Kuva 5 havainnollistaa muunnosta, jossa anodin ja katodin välinen etäisyys (A1-A2) sekä syövytystä voimistavan suojauksen 5 (4) ja katodin välinen etäisyys (al-a2) muuttuu pitkin katodin matkaa sanotun suojauksen ja anodin ohi. Elin 5 (4) voi käsittää sähköisesti johtavan suojauksen 5 kuten kuvassa 2 tai eristävän suojauksen 4 kuten kuvassa 1. Tämän suoritusmuodon mukaisesti on mahdollista vaikuttaa syövytys-prossiin suojausta 5 (4) pitkin sellaisen päällysteen valmistamiseksi, jonka ominaisuudet esimerkiksi pohja- ja pintakerrosten välillä vaihtuvat asteittain.

Piirustuksissa esitetyt muunnokset voidaan suuressa määrin yhdistää toisiinsa haluttujen ominaisuuksien saamiseksi päällystekerrokseen. Esimerkiksi eristävää suojausta 4 sekä sähköisesti johtavaa elintä 5 voidaan käyttää peräkkäin järjestettynä työkappaleen (katodin) liikkeen suunnassa.

Käytännön kokeet ovat osoittaneet, että päällysteen laatua voidaan suuresti parantaa kuljettamalla työkappaletta sellaisen anodin ohi, joka on jaettu useisiin osiin eristävällä ja suojaavalla suojuksella tai käyttämällä useita peräkkäisiä anodeja, joilla on väleillään eristävä ja suojaava suojus. Anodeilla voi olla eri virtalähteet ja eri jännitteet. Päällysteen laatua voidaan myös parantaa muodostamalla anodin päähän eristävä ja suojaava suojus, joka synnyttää asteettain pienenevän virrantiheyden.

Claims (10)

1. Menetelmä metallin sähköiseksi päällystämiseksi kato dina virtapiiriin kytketylle työkappaleelle (K), joka ennal-tamäärätyllä nopeudella syötetään elektrolyytin (3) läpi virtapiirin anodin (2) ohi, jolloin virrantiheys anodin (2) ja työkappaleen (K) sen osan välillä joka ohittaa anodin (2) on siten säädetty että metallia (11) saostetaan työkappaleen (K) tälle osalle, tunnettu siitä, että välittömästi ennen anodin (2) ohittamista työkappale (K) saatetaan ohittamaan alue työkappaleen pituussuunnassa jossa virrantiheys on pienennetty anodiin (2) kohdistuvalla varjostimella (4), niin että työkappale (K) syöpyy siinä, jonka jälkeen metallin (11) saostaminen työkappaleelle (K) tapahtuu sitä seu-raavan anodin (2) kohdalla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että varjostimena välittömästi ennen anodia (2) järjestetään eristävä suojaus (4).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että varjostimena välittömästi ennen anodia (2) järjestetään sähköisesti johtava suojaus (5), joka yhdessä anodin (2), katodin (K) ja elektrolyytin (3) kanssa muodostaa virtapiirin ja että näiden elementtien väliset keskinäiset etäisyydet (a), (A) ja (B) ovat sellaiset, että sähköisesti johtavan suojauksen (5) alapuolella työkappaleelle (K), katodille, aiheutetaan sellainen virrantiheys että työkappale (K) syöpyy.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että varjostimena välittömästi ennen anodia (2) järjestetään sähköisesti johtava suojaus (6) joka työkappaleen (K) katodin, kanssa on kytketty omaan virtalähteeseen (7) ja että tämä virtapiiri on siten sovitettu että se aikaansaa katodin (K) syöpymisen, kun tämä ohittaa suojauksen (6) . tl 7 73250

5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sanottu sähköisesti johtava suojaus (5 tai 6) on erotettu anodista (2) sähköisesti eristävän kerroksen (8) avulla, joka myös osittain ulottuu kyseisen suojauksen (5 tai 6) alle.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että anodi (2) on siten järjestetty suhteessa työkappaleen (K) liikesuuntaan, että anodin (2) ja työkappaleen (K) välinen etäisyys (Ai, A2) muuttuu työkappaleen liikesuunnassa siten aikaansaaden muuttuvan virrantiheyden anodin (2) ja työkappaleen (K) välille.

6 73250

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että anodin (2) ja työkappaleen (K) välinen etäisyys (Ai, A2) pienenee työkappaleen (K) liikesuunnassa .

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että syöpymisen aikaansaava suojaus (5) on siten järjestetty, että sen ja työkappaleen (K) välinen etäisyys (ai, a2) muuttuu työkappaleen (K) liikesuunnassa .

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että työkappaleen (K) annetaan kulkea useiden parittain järjestettyjen syövytystä aikaansaavien suojausten (4) ja sähköpäällystystä aikaansaavien anodien (2) alta, jolloin syövytystä säädetään siten, että sähköpäällystekerros (11) työkappaleella (K) asteettain kasvaa.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että koko prosessi suoritetaan va-kuumissa. 8 73250