KR100867354B1 - Device for the Electrodeposition of Aluminium or Aluminium Alloys from Organometallic Electrolytes Containing Aluminium Alkyl - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 하나의 스탠드 및 수송용 베어링을 갖는 지지 프레임, 적어도 하나의 도금통(plating barrel), 적어도 하나의 도금통 구동유닛 및 하나 또는 그 이상의 도금통 지지암(holding arm)으로 구성된, 알킬알루미늄을 함유하는 유기금속 전해질로부터 알루미늄 및/또는 알루미늄 합금을 전해석출하는 장치에 관한 것이다.The invention comprises an alkyl frame consisting of a support frame having one stand and a transport bearing, at least one plating barrel, at least one plating drive unit and one or more plating holding arms. An apparatus for electrolytic precipitation of aluminum and / or aluminum alloy from an organometallic electrolyte containing aluminum.
니켈 도금 또는 아연 도금과 같이, 수용액 상에서 작은 부위 및 큰 부피의 재료를 전기도금하는 것은, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로 만들어진 회전형의 구멍이 뚫린 도금통에서 일반적으로 행해진다. 이 도금통들은 지지랙(supporting rack) 내의 플라스틱 하우징에 놓인 전기 모터에 의해 구동된다. 생산물로의 전류 전달은 도금통 측면에 위치하고 있고, 가소화된 PVC 튜브에 싸인, 구부러지는 구리 코드를 통하여 행하여져서, 금속의 바람직하지 않은 에피택셜 성장(epitaxial growth)을 방지할 수 있다.Electroplating small areas and large volumes of material on aqueous solutions, such as nickel plating or zinc plating, is generally done in rotary perforated plating barrels made of polyethylene or polypropylene. These plating canisters are driven by an electric motor placed in a plastic housing in a supporting rack. The current transfer to the product is located on the side of the plating canister and is done through a bent copper cord, wrapped in a plasticized PVC tube, to prevent undesired epitaxial growth of the metal.
수용액 상에서 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 전해석출하는 것은 알루미늄의 전위가 매우 낮기 때문에 불가능하다. 따라서, 전해석출은 비수용성 유기 시스템에서 행해져야 한다. 특별히, 이러한 목적으로 알킬알루미늄을 함유하는 전해질이 통상 사용되는 유기용매와 함께 이용된다. 그러므로, 정교한 알루미늄 결정체 및 알루미늄 합금층을 석출하는 것은, 톨루엔과 같은 방향족 탄화수소에 용해된 알킬알루미늄 화합물인 무수의 알킬유기알루미늄(alkylorganoaluminum) 전해질 시스템을 이용함으로써 훌륭히 수행된다. Electroprecipitation of aluminum or aluminum alloy in aqueous solution is impossible because the potential of aluminum is very low. Therefore, electroprecipitation must be performed in a water-insoluble organic system. In particular, for this purpose, an electrolyte containing alkylaluminum is used together with the organic solvents commonly used. Therefore, the deposition of sophisticated aluminum crystals and aluminum alloy layers is well performed by using anhydrous alkylorganoaluminum electrolyte system, which is an alkylaluminum compound dissolved in an aromatic hydrocarbon such as toluene.
그러나, 수용성 전기도금에서 사용되는 도금통은 유기 전해질계에서는 사용되지 못한다. 이것은 유기용매가 사용된다는 점 및 이러한 전기도금이 수행되는 온도가 90 내지 100℃라는 점과 관계가 있다. 이와 같은 온도 및 상응하는 유기용매 상에서는, 수용성계에서 쓰이는 일반적인 도금통은 불안정하여 분해 또는 용해되며, 결국 전해질을 오염시킬 수도 있게 된다. 더욱이, 기계적 안정성이 더 이상 유지되지 않을 정도로 도금통이 변형될 위험도 따른다.However, plating vessels used in water-soluble electroplating are not used in organic electrolyte systems. This is related to the fact that an organic solvent is used and that the temperature at which such electroplating is carried out is from 90 to 100 ° C. At these temperatures and the corresponding organic solvents, common plating vessels used in water-soluble systems are unstable and decompose or dissolve, eventually contaminating the electrolyte. Moreover, there is also a risk that the plating can be deformed to the extent that mechanical stability is no longer maintained.
또한, 선행기술로는 큰 부피의 재료를 유기물 상에서 다루는 전기도금 시스템, 특히 알루미늄을 석출하는 전기도금 시스템이 알려져 있다. 그러나, 이러한 시스템은 상용화에 성공하지는 못하였다.Also known in the prior art are electroplating systems for handling large volumes of material on organic matter, in particular electroplating systems for precipitation of aluminum. However, these systems have not been successful in commercialization.
또한, 유럽특허 제 0042403호에서 설명된 기술사상도 상기의 경우에 포함된다. 여기서는 유기 전해질로부터 알루미늄을 전해석출하는 장치가 설명되어 있다. 상기 발명의 목적은 적재 및 하적을 위하여 도금 홈통(plating trough)으로부터 도금통을 빼낼 필요가 없는 장치를 제공하는 것이다. 상기 기술사상에서는 코팅할 부분을 수송하는 장치의 사용을 설명하고 있다. 전기 수송 장치는 도금통을 가득 채우고, 게이트를 통해 도금 홈통의 안쪽으로 확장하면서, 도금통의 개폐식 개구부 위에서 작동을 마친다. 도금통은 바깥쪽에서 열리고 닫힐 수 있으며, 도금통을 비우기 위하여 불활성 기체 및 불활성 액체에 견디는 방출용기를 제공하고 있는데, 이 방출용기는 도금 홈통의 아래에 놓여 있으며 잠글 수 있는 튜브 모양의 커넥터를 통하여 같이 연결된다. The technical idea described in EP 0042403 is also included in the above case. Here, an apparatus for electrolytic precipitation of aluminum from an organic electrolyte has been described. It is an object of the invention to provide an apparatus which does not require the removal of the plating canister from the plating trough for loading and unloading. The technical idea describes the use of a device for transporting the part to be coated. The electrical transport device fills the plating vessel and extends through the gate to the inside of the plating trough, completing operation over the retractable opening of the plating vessel. The plating can be opened and closed from the outside, providing a release vessel to withstand inert gases and inert liquids to empty the plating can, which is placed underneath the plating trough and is provided through a lockable tubular connector. Connected.
상기 기술의 사상은 대단히 복잡한 구성의 도금통을 나타내는 바, 아직 상용화에는 성공하지 못하였다. The idea of the above technique is to show a plating barrel of a very complicated configuration, and it has not been successfully commercialized yet.
본 발명은 유기 전해질계로부터 알루미늄을 전해석출하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는데, 상기 장치에서의 도금통은 사용되는 물질 및 온도에서 안정적이고, 가연성 물질 상에서도 안전하게 구동되며, 좋은 품질의 알루미늄 또는 알루미늄 합금 코팅을 할 수 있도록 개조된 도금통이다. It is an object of the present invention to provide an apparatus for electroprecipitating aluminum from an organic electrolyte system, wherein the plating vessel in the apparatus is stable at the material and temperature used, safely runs on combustible materials, and is of good quality aluminum or aluminum It's a plating barrel that has been modified to allow alloy coating.
상기 목적은, 구동유닛(3)은 캡슐형 기밀 하우징에 위치하고; 도금통(13)은 도금통의 길이축을 따라 위치하면서 측면 개구부가 있는 하나의 관통 튜브(perforated inner tube)가 구비되어, 전기 측면 개구부는 전해질 용기 내의 전해질 공급구와 직접 마주보도록 위치하며; 전기 도금통(13)은 수용액 및 유기금속 전해질 내에서 110℃까지 안정한 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는, 전해석출장치에 의해 달성된다.The purpose is that the
구동유닛을 기밀 하우징에 캡슐화함으로써, 도금통을 가연성 액체에서 구동시키는 것이 더욱 안전하게 되었다. 용기의 케이스는 바람직하게는 스테인리스 스틸로 구성된다. 그리고, 도금통의 구동 샤프트는 바람직하게는 폴리테트라플루오로 에틸렌으로 만들어진 밀봉된 기밀 샤프트 유도장치에 의해 하우징의 벽을 관통한다. By encapsulating the drive unit in an airtight housing, it is safer to drive the plating can in flammable liquids. The case of the container preferably consists of stainless steel. The drive shaft of the plating can then penetrate the walls of the housing by a sealed hermetic shaft induction device, preferably made of polytetrafluoroethylene.
구동 모터를 보호하기 위하여, 그리고 스며드는 가연성 유기 용매로부터의 추가적인 보호를 위하여, 하우징 케이스는 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 기체로 가득 채워지며, 바람직하게는 0.1 내지 0.3 바(bar)의 압력이 하우징 케이스에 추가로 가해진다. 또한, 상기 하우징은 급기 밸브(feed valve) 및 비복귀성 플랩(nonreturn flap)이 있는 가압분출 밸브(overpressure blow-off valve)를 갖추고 있다. In order to protect the drive motor and for further protection from infiltrating flammable organic solvents, the housing case is filled with an inert gas such as nitrogen or argon, and preferably a pressure of 0.1 to 0.3 bar is applied to the housing case. In addition. The housing also has an overpressure blow-off valve with a feed valve and a nonreturn flap.
각 적재/하적 과정에서, 분출 밸브에서의 기본값보다 약 0.1 내지 0.2 바(bar) 정도 높은 기압의 불활성 기체는, 급기 밸브를 통해 상기 장치의 구동유닛 하우징 내로 자동적으로 공급된다. 이어지는 각 코팅 과정에서, 구동유닛 하우징 내의 불활성 기체 압력은 퍼징되며, 하우징 내의 과압은 각 공정이 마친 뒤에 다시 설정된다. 퍼징되는 시간 또는 퍼징된 불활성 기체의 양은 조절장치(plant control)에 의해 설정된다. In each loading / unloading process, an inert gas of atmospheric pressure about 0.1 to 0.2 bar higher than the default value in the blowoff valve is automatically supplied into the drive unit housing of the apparatus through the air supply valve. In each subsequent coating process, the inert gas pressure in the drive unit housing is purged and the overpressure in the housing is set again after each process. The time to be purged or the amount of inert gas purged is set by plant control.
선행기술에서 알려진 도금통의 또 다른 문제점은 도금통 재질의 안정성이다. 장시간 사용시, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 통상의 도금통 재질들은 알루미늄 코팅시 사용되는 유기 용매에 불안정하다. Another problem with the plating vessel known in the prior art is the stability of the plating vessel material. Over long periods of use, conventional plating barrel materials such as polyethylene and polypropylene are unstable with the organic solvents used in aluminum coatings.
이러한 문제점은 유기 용매에 불용성이고 유리섬유로 강화된 적절한 플라스틱을 사용함으로써 해결된다. 바람직한 방법으로, 도금통은 적어도 최소 40%의 유리섬유를 포함하는 PPS(폴리페닐렌 설피드)로 강화된 유리섬유로 만들어진다. 이를 통해, 마모저항성 뿐만 아니라, 110℃까지 달하는 전해질 상의 작동 온도에서도 도금통의 안정성이 확보된다.This problem is solved by using suitable plastics that are insoluble in organic solvents and reinforced with fiberglass. In a preferred manner, the plating barrel is made of glass fibers reinforced with PPS (polyphenylene sulfide) comprising at least 40% glass fibers. This ensures not only wear resistance, but also the stability of the plating vessel at operating temperatures on the electrolyte up to 110 ° C.
도 1은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 전해석출하는 장치이다. 1 is a device for electrolytic precipitation of aluminum or aluminum alloy.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명) (Explanation of symbols for the main parts of the drawing)
1: 스탠드 1: stand
2: 전원공급봉 2: power supply rod
3: 전기적으로 절연된 서스펜션을 갖는 캡슐형 구동 모터 3: encapsulated drive motor with electrically insulated suspension
4: 수송용 베어링 4: bearing for transportation
5: 기밀 샤프트 유도장치 5: hermetic shaft induction device
6: 구동 톱니바퀴 6: drive gear
7: 비복귀성 플랩이 있는 모터 하우징의 불활성 기체 통기공 7: Inert gas vent in motor housing with non-return flap
8: 불활성 기체 제거용 밸브 8: inert gas removal valve
9: 도금통 홀더 안쪽에서 절연된, 재료가 코팅되도록 하는 전원공급 전선 9: Power supply wire to allow material to be coated inside the plating holder
10: 홀더 내부의 절연 물질 10: Insulation material inside the holder
11: 스테인레스 스틸 재질의, 외측은 PVDF(폴리비닐리덴 플루오리드)/Halar로 코팅된 도금통 홀더 11: Stainless steel plated holder with PVDF (polyvinylidene fluoride) / Halar
12: 도금통의 베어링 블록 12: Bearing block of plating barrel
13: PPS(폴리페닐렌 설피드)로 강화된 유리섬유로 만들어진 도금통 13: Plating barrel made of glass fiber reinforced with PPS (polyphenylene sulfide)
14: 관통된 측면의 벽 14: wall of perforated side
15: 관통 튜브 15: through tube
16: 유연성 있는 전류 전달용 접촉부 16: Flexible current carrying contacts
17: 내부의 보조 양극 17: secondary anode inside
18: 픽업용 접촉부 18: contact for pickup
바람직한 실시예에 따르면, 구동 톱니바퀴를 상기와 동일한 재질로 만든다. 또한, 이 재질은 묽은 산 및 염기에서도 안정하다는 장점이 있어서, 도금될 부위의 선처리 및 2차 처리가 별다른 이동없이 동일한 도금통 내의 산 및/또는 염기와 같은 수용성 시스템에서 행해질 수 있다.
According to a preferred embodiment, the drive gear is made of the same material as above. In addition, this material has the advantage of being stable even in dilute acids and bases, so that pretreatment and secondary treatment of the site to be plated can be done in a water-soluble system such as acids and / or bases in the same plating vessel without any movement.
도금통에 관통 튜브를 제공하면 전해질 순환이 향상되는 결과를 가져온다. 유기 전해질로부터 금속을 전해석출함에 있어, 전해질 순환은 대단히 중요한 역할을 한다. 왜냐하면, 유기금속 화합물의 제한적 용해도로 인해, 전해질 순환이 불충분할 경우, 생산물 주위의 액체 경계층에서 금속 이온의 소모가 빠르게 일어날 수 있기 때문이다. 이로 인해 재료의 코팅 질이 떨어지게 되며, 특히 코팅될 재료의 연소, 거칠고 불균등한 층의 형성 및 심지어 전해질의 분해까지 일어날 수 있다. 특히, 이러한 문제점은 알루미늄을 합금 석출하는 경우에 발생할 뿐만 아니라, 순수한 알루미늄을 석출하는 경우에도 관찰된다. 이러한 문제를 회피하기 위하여, 상기 발명 장치의 도금통은, 도금통의 길이축을 따라 위치하면서 전해질 용기의 벽과 마주하는 측면 개구부를 갖춘 관통튜브를 제공하고 있다. 상기 발명 장치가 전해질 욕조 내에 배치되면, 관통 튜브의 측면 개구부는 용기 벽의 전해질 공급선과 직접 마주보며 위치하게 된다. 이러한 방식으로, 새로운 전해질을 빠른 속도로 관통 튜브를 통해 직접 기질로 주입하는 것이 코팅 과정 중에 수행되며, 이로 인해 양호한 순환이 확보되고, 상기 설명한 결점들이 발생되지 않게 된다. 바람직한 실시예에 따르면, 또 다른 보조 양극을 관통 튜브 내에 위치시킬 수도 있으며, 이로 인해 금속 이온의 주변 농도를 더 증가시키고 코팅 속도를 향상시킬 수 있다.
Providing a through tube in the plating vessel results in improved electrolyte circulation. In electrolytic precipitation of metals from organic electrolytes, electrolyte circulation plays a very important role. This is because, due to the limited solubility of the organometallic compounds, insufficient electrolyte circulation can lead to rapid consumption of metal ions in the liquid boundary layer around the product. This leads to a poor coating quality of the material, in particular burning of the material to be coated, formation of rough and uneven layers and even decomposition of the electrolyte. In particular, this problem not only occurs in the case of alloy precipitation of aluminum, but also in the case of precipitation of pure aluminum. In order to avoid this problem, the plating cylinder of the apparatus of the invention provides a through tube having side openings facing the wall of the electrolyte container while being located along the length axis of the plating cylinder. When the inventive device is placed in an electrolyte bath, the side openings of the through tubes are placed directly facing the electrolyte supply line of the vessel wall. In this way, the injection of fresh electrolyte directly into the substrate through the through tube at high speed is carried out during the coating process, which ensures good circulation and avoids the drawbacks described above. According to a preferred embodiment, another auxiliary anode can also be placed in the through tube, which can further increase the ambient concentration of metal ions and improve the coating speed.
선행기술에 따르면, 통상적인 도금통의 지지암은 대부분 고무로 코팅되어 있어 유기 전해질 욕조에서는 불안정하였다. 이 점은 전해질 전류가 흐르는 전기도체 트랙의 통상적인 PVC 피복물에서도 마찬가지이다. 이와 같은 배치를 사용할 경우, 결과적으로 전원공급봉 상에서의 금속의 에피택셜 성장이 예상된다. 본 발명에 따르면, 이러한 문제점은 강철 중공체(hollow body)의 지지암에 폴리페닐렌 설피드의 코어를 넣어줌으로써 해결된다. 절연 물질로 된 상기 코어 내에 전기분해시 전원을 공급하는 전원공급봉이 놓이게 된다. 오직 도금통 안에서만 전원공급봉 및 생산물의 접촉 벌브 간의 연결이 지지암을 떠받치는 가운데 이루어진다. 이러한 형태의 구성으로 인해, 전원공급봉에서의 바람직하지 않은 금속의 에피택셜 성장을 막기 위한 추가적인 보호조치는 필요하지 않다. 지지암은 자체에 공급되는 전기적 전위가 없고, 그 위에 코팅된 플라스틱 층에 의해 외측에 대하여 추가적으로 보호되며, 바람직하게는 PVDF(폴리비닐리덴 플루오리드) 또는 에틸렌 및 클로로트리플루오로에틸렌에 기초한 열가소성 플루오로카본으로 만들어진다.
According to the prior art, the support arms of conventional plating cans are mostly coated with rubber and thus unstable in organic electrolyte baths. The same holds true for conventional PVC coatings of electroconductor tracks through which an electrolyte current flows. With this arrangement, consequently epitaxial growth of the metal on the power supply rod is expected. According to the invention, this problem is solved by putting the core of polyphenylene sulfide into the support arm of a steel hollow body. In the core of the insulating material is placed a power supply rod for supplying power during electrolysis. Only in the plating can the connection between the power supply rod and the product's contact bulb be made in support of the support arm. Due to this type of configuration, no additional protective measures are required to prevent the epitaxial growth of undesirable metals in the power supply rods. The support arm has no electrical potential supplied to it and is further protected against the outside by a plastic layer coated thereon, preferably thermoplastic fluorine based on PVDF (polyvinylidene fluoride) or ethylene and chlorotrifluoroethylene Made of Locarbon
도 1은 본 발명을 더 상세히 설명하고 있다. 숫자 1은 스탠드를 갖춘 지지 프레임을 나타내는데, 지지 프레임은 상기 장치의 단일 구성요소들, 도금통, 구동 유닛 및 지지암을 포함하고 있다. 지지 프레임은 그 위에 수송용 베어링(4)을 갖고 있으며, 수송용 베어링은 각각의 전해질 또는 헹굼(rinsing) 욕조의 안 또는 밖으로 장치를 내리거나 올리는 데 사용된다.
1 illustrates the invention in more detail. Numeral 1 represents a support frame with a stand, which comprises the single components of the device, the plating can, the drive unit and the support arm. The support frame has a transport bearing 4 thereon, which is used to lower or raise the device in or out of each electrolyte or rinsing bath.
지지 프레임은 그 안에 캡슐형 구동 모터(3)를 갖고 있는데, 상기 구동 모터는 전기적 절연을 위하여 매달린 형태이며 기밀 샤프트 유도장치(5)를 가지고 있다. 바람직하게는 폴리페닐렌 설피드로 만들어진 구동 톱니바퀴(6)는 샤프트의 끝부분에 위치한다. 구동 톱니바퀴는 바람직하게는 폴리페닐렌 설피드로 강화된 유리섬유로 구성되어 있는 도금통(13)을 구동시킨다. 도금통(13)은 지지 프레임(1)과 지지암(11)을 통해 연결된다. 지지암(11)은 바람직하게는 스테인리스 스틸로 만들어지며, 속이 비어 있고, 바깥쪽은 플루오로폴리머로 코팅되어 있다. 지지암(11) 속의 빈 공간은 전기분해용 전원을 공급하는 전원공급봉(9, 10)이 놓인 절연 물질을 포함하고 있다. 숫자 12는 도금통을 지지하는 베어링 블록을 나타낸다. 도금통은 관통된 측면 벽(14) 및 그 쪽으로 열리는 관통 튜브(15)가 있다. 코팅할 재료 주변의 전해질 농도를 높일 목적으로, 내부의 보조 양극(17)을 상기 튜브를 통해 도금통 안으로 도입시킬 수 있다. 숫자 18은 도금통 안에 위치한 픽업 접촉부를 나타내며, 상기 픽업 접촉부는 바람직하게는 구리로 구성된다.
The support frame has a
더욱이, 구부러지는 전류 전달 접촉부(16)는 도금통 내부에 놓인다.
Furthermore, the bent current carrying contacts 16 lie inside the plating vessel.
숫자 9는 코팅될 재료에 전원을 공급하는 선을 나타내며, 이 선은 도금통 홀더 내부에서 절연되어 있다. 숫자 7은 비복귀성 플랩을 포함하는 구동유닛 하우징의 불활성 기체 통기공을 나타낸다.
The number 9 represents a line for powering the material to be coated, which is insulated inside the plating holder. Numeral 7 represents the inert gas vent of the drive unit housing including a non-returnable flap.
상기 발명 장치를 사용함으로써, 양질의 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 코팅을 생산할 수 있다. 상기 장치는 마그네슘 및 마그네슘 합금의 코팅에도 적용될 수 있으며, 이러한 경우 상응하는 알킬마그네슘을 함유하는 전해질이 사용된다. 본 발명의 장치는 내구성이 좋으며, 또한 헹굼 과정과 같은 수용성 시스템에서도 사용될 수 있다.By using the inventive device, it is possible to produce a coating of good quality aluminum or aluminum alloy. The device can also be applied to coating magnesium and magnesium alloys, in which case an electrolyte containing the corresponding alkylmagnesium is used. The device of the invention is durable and can also be used in water-soluble systems such as rinsing processes.
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