NL8401541A - Inrichting voor de elektrolytische behandeling van een metalen strook. - Google Patents

Description

843067/vdv

Korte aanduiding: Inrichting voor de elektrolytische behandeling van een metalen strook.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor de elektrolytische behandeling van een metalen strook en, meer in het bijzonder, op een cel voor de elektrolytische behandeling en voor de afzetting van metalen en/of niet-metalen bekledingen op een 5 metalen strook, bijvoorbeeld een staalstrook.

Er bestaat een algemene neiging om, in hoofdzaak tengevolge van de noodzaak van de verhoging van de gebruikelijke levensduur van produkten vervaardigd uit een metalen strook en in het bijzonder uit een staalstrook, stroken te vervaardigen die op een of 10 beide oppervlakken bekleed zijn met metalen, metaalalliages of metaalverbindingen die de strook en dientengevolge de hieruit vervaardigde produkten tegen corrosie beschermen.

Deze bekledingen kunnen vervaardigd worden door onderdompelen van de strook in een bad van gesmolten metaal of alliage of door 15 elektrolytische afzetting.

Beide bekledingstechnieken bezitten voordelen en nadelen.

Het elektrolytisch bekleden maakt het mogelijk om bekledingen te vervaardigen die niet op andere wijze verkregen kunnen worden, zoals die met alliages waarvan de smeltpunten van de bestanddelen 20 aanzienlijk verschillen, of met oxyden of andere verbindingen die moeilijk te smelten zijn of die bij verhitten ontleden. Anderzijds kan men op deze wijze geen dikke bekledingen vormen bij toepassing van industriële vervaardigingssnelheden. Dit is een gevolg van het feit dat de bij de elektrolytische werkwijze bij de anode ontwik-25 kelde zuurstof en bij de kathode ontwikkelde waterstof, aan de elektroden hechten en dientengevolge fysische gebreken in de bekleding veroorzaken tengevolge van een verlaging in de bij de behandeling toegepaste stroomdichtheid. Om deze effekten zo minimaal mogelijk te houden is het noodzakelijk om te werken met een betrekkelijk 30 lage stroomdichtheid, tenzij zeer lange behandelingstijden worden toegepast, die echter om ekonomische redenen industrieel niet aanvaardbaar zijn.

De elektrochemische afzetting bezit zoveel nadelen dat vele pogingen gedaan zijn om de hierboven genoemde nadelen te ondervangen.

8401541 - 2 -

Een zeer eenvoudige werkwijze is derhalve kortgeleden voorgesteld en in gebruik genomen. Deze bestaat uit het verwijderen van de gassen door de elektrolyt te bewegen in een richting tegengesteld aan de met een bepaalde snelheid behandelde strook. Het belangrijk-5 ste om een bepaalde relatieve snelheid te bereiken tussen de strook en de elektrolyt, die beiden bewegen, is dat men gelijktijdig de gassen van de elektroden verwijdert en anderzijds een voldoende uit-wisselingssnelheid van de elektrolyt op de strook bereikt, waardoor een optimale concentratie van het af te zetten element of de af te 10 zetten elementen over de gehele lengte van de elektrobekledingscel gewaarborgd is.

Op basis van deze overwegingen is volgens de uitvinding een vertikale cel ontwikkeld voor een elektrolytische bekleding en elektrolytische behandeling met hoge stroomdichtheid.

15 Deze cel bezit ten opzichte van horizontale cellen het voor deel dat de gasverwijdering beter is en minder ruimte door de cel wordt ingenomen.

Volgens de onderhavige uitvinding bestaat de elementaire vertikale behandelingscel uit een houder waarin zich twee, in dwars-20 doorsnede rechthoekige, vertikale kanalen bevinden. Deze vormen de elektrolytische behandelingscellen waarin de elektrolyt gedwongen is in vertikale richting te bewegen.

Dit wordt mogelijk gemaakt door het feit dat de genoemde houder vertikaal verdeeld is in tenminste twee kamers. De elektrolyt 25 wordt gedwongen om uit een kamer naar de andere kamer te stromen via de bovengenoemde rechthoekige dwarsdoorsnede bezittende vertikale kanalen. Volgens een eerste uitvoeringsvorm bezit de bovengenoemde houder een betrekkelijk kleine bovenste kamer en een grote onderste kamer. Deze onderste en bovenste kamers zijn verbonden 50 door de bovengenoemde rechthoekige dwarsdoorsnede bezittende vertikale kanalen, die over een bepaalde hoogte uitsteken in de bovenste kamer en zich naar beneden uitstrekken tot tenminste halverwege de onderste kamer. Het elektrolyt wordt in de bovenste kamer gepompt via een of meer tanks voor zijn verzameling en voor regeling van de 35 concentratie van de -af te zetten elementen. Het elektrolyt in de onderste kamer wordt op een bepaald niveau gehouden, boven de 8401541 - 3 - I 1 onderste lip van de bovengenoemde vertikale kanalen. Het elektrolyt valt uit de bovenste kamer in de onderste kamer via de rechthoekige dwarsdoorsnede bezittende vertikale kanalen die de elektrolytische behandelingscellen vormen. Het verschil in niveau tussen het elek-5 trolyt in de bovenste kamer en die in de onderste kamer bepaalt zijn stroomsnelheid door de behandelingscellen. De te behandelen strook beweegt zich van de bovenzijde naar de onderzijde in de eerste cel en vervolgens, na passeren van een trommel, van de onderzijde naar de bovenzijde in de tweede cel. Door geschikte regeling 10 van het verschil in het niveau van elektrolyt tussen de bovenste en onderste kamers met betrekking tot de snelheid van de strook bereikt men zowel in de eerste cel waar de strook en de elektrolyt in : dezelfde richting stromen, en in het bijzonder in de tweede cel, een relatieve snelheid tussen strook en elektrolyt die voldoende is om 15 de gassen te verwijderen en de concentratie van het elektrolyt binnen het optimale gebied te handhaven.

Bij een tweede uitvoeringsvorm wordt de houder verdeeld in drie kamers, waarvan de bovenste en onderste het elektrolyt bevatten, terwijl de centrale kamer leeg is.

20 Deze voorkeur is een voorkeursuitvoeringsvorm doch niet dwingend voorgeschreven, daar het de in de inrichting aanwezige hoeveelheid elektrolyt beperkt.

De bovenste en onderste kamers zijn verbonden door de elektro-lytcellen en het elektrolyt wordt door deze cellen gepompt vanaf de 25 bodem naar de bodemzijde.

Deze tweede uitvoeringsvorm vereist de konstruktie van een drukbestendige houder, doch anderzijds kan men hierbij de pomp-stroomsnelheid variëren en derhalve een groter gebied van relatieve snelheden tussen strook en elektrolyt bereiken. Dit maakt het moge- f / 30 lijk om een enkele inrichting eenvoudig aan te passen aan verschillende omstandigheden.

Bij beide bovengenoemde uitvoeringsvormen vormen de brede zijwanden van de elektrolytcellen de vaste elektroden. De te behandelen strook beweegt zich op een gelijke afstand tussen de twee 35 elektroden en vormt de elektrode vart tegengestelde polariteit.

De onderhavige uitvinding zal nu worden toegelicht aan de 8401541 - 4 - hand van een niet beperkend voorbeeld, met behulp van de bijgevoegde tekening waarin:

Fig. 1 een zijaanzicht toont van een elementaire cel van een eerste uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding; en 5 Fig. 2 een zijaanzicht van een elementaire cel van een tweede uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding.

In fig. 1 is de houder door een verdeelschot 8 verdeeld in een bovenste kamer 2 en een onderste kamer 3 die met elkaar verbonden zijn via de rechthoekige dwarsdoorsnede bezittende elektrolyse-10 cellen 9 en 10, waarvan de brede inwendige wanden de elektroden 14 en 15 vormen.

De door de trommels 5» 6 en 7 geleide strook 4 komt de houder binnen, en loopt via cel 9 vanaf de bovenzijde naar de onderzijde, wordt hier omgekeerd en loopt verder via cel 10 vanaf de onderzijde 15 naar de top. Het in kamer 2 door buis 12 geleide elektrolyt bereikt niveau 17 en stroomt daarna over in de cellen 9 en 10. Na het naar beneden stromen door de cellen 9 en 10 bereikt het elektrolyt de onderste kamer 3 vanwaaruit het via leiding 11 gepompt wordt, zodanig dat zijn niveau 16 steeds boven de onderste lip van de cellen 20 9 en 10 staat.

Het verschil in niveau tussen de vloeistofoppervlakken 17 en 16 regelt de stroomsnelheid van de elektrolyt in de cellen 9 en 10.

De in fig. 2 weergegeven inrichting is dezelfde als in fig. 1 behoudens dat de houder hier verdeeld is in drie boven elkaar gele-25 gen kamers, gescheiden door schotten 8 en 13. De centrale kamer is leeg.

In dit geval wordt elektrolyt vanaf de bodem naar de bovenzijde gepompt via cellen 9 en 10.

Bij het elektrolytisch bekleden kunnen de vaste elektroden of 30 wel oplosbaar of onoplosbaar zijn.

Bij het elektrolytisch bekleden op slechts een vlak van de metalen strook worden de twee homologe gefixeerde elektroden bij voorkeur 14' en 15' vervangen door platen isolerend materiaal die zich binnen de behandelingskamers uitstrekken tot het punt waar zij 35 kontakt maken met het niet te bekleden oppervlak van de strook waardoor deze strook in het bijzonder aan zijn randen beschermd 84 0 1 5 4 1 - 5 - wordt tegen stroomverdelingen rond de randen.

Zoals hierboven aangegeven leent de onderhavige uitvinding zich in het bijzonder voor een groot aantal mogelijke elektroly-tische en elektrobekledingsbehandelingen met metalen, alliages en 5 verbindingen. Door geschikte keuze van een bepaald aantal, allen identieke, cellen is het mogelijk om de strook te onderwerpen aan reinigings- en etsbehandelingen alsmede aan enkelvoudige en meervoudige bekledingen uit verschillende verbindingen en metalen.

Enkele van deze mogelijkheden zijn beschreven in de volgende 10 voorbeelden.

Voorbeeld I

De inrichting volgens de uitvinding wordt gebruikt voor neu-traal elektrolytisch etsen van/warm gewalste strook die onderworpen was aan een mechanische oppervlaktelaag breekbehandeling volgens o$ 15 zichzelf bekende wijze.

Bij deze toepassing bestaan de vaste elektroden uit zacht staal voor de anodecellen en uit lood of loodbekleed staal voor de kathodecellen. De te behandelen strook wordt onderworpen aan 20 afwisselende kringlopen van kathodische en anodische polariteit.

20 20 elementaire cellen volgens de uitvinding worden derhalve bij deze inrichting gebruikt en de strook is afwisselend werkzaam als anode en als kathode in deze cellen.

Het elektrolyt is een waterige oplossing van natriumsulfaat met een concentratie van 200 g/l bij een temperatuur van 85°C, met 25 een pH van 7»0.

Onder deze omstandigheden werden strooksnelheden toegepast van 120 tot 160 m/min met stroomdichtheden tussen 75 en 100 A/dm2.

In ieder geval bleek de behandelde strook uitstekend geëtst te zijn, met een zuiver helder oppervlak dat opmerkelijk bestand was tegen 50 roesten tijdens opslag.

Onder dezelfde omstandigheden doch met een kleiner aantal cellen (4 elementaire anode/kathodecellen) werden de oppervlakken ,een van/koud gewalste zachte staalstrook, laag alliage staal en micro-alliage staalstrook voorbehandeld voor het bekleden door zachtaardig 55 etsen en aktiveren van het oppervlak. De behandeling bedroeg 0,25 tot 4 seconden. De resultaten wat betreft reinheid en oppervlakte- 8401541 I » - 6 - kwaliteit van de strook waren ook in dit geval uitstekend.

Voorbeeld II

Koud gewalst ontlaten en van de huid ontdane strook, bij voorkeur voorbehandeld als volgens het voorgaande voorbeeld, werden 5 elektrolytisch gegalvaniseerd. De behandelingsoplossing bevatte 60 tot 80 g/l zinkionen in zure waterige oplossing bij een pH tussen 0 en 2 en bij temperaturen tussen 40 en 60°C.

Vele proeven werden uitgevoerd binnen het gebied van de hierboven beschreven omstandigheden. In dit geval werkt de strook steeds 10 als een kathode, terwijl de anoden ofwel onoplosbaar, uit lood-alliage, of oplosbaar, uit zink, bestonden.

De inrichting bestond uit 12 in serie geschakelde elementaire cellen.

Onder elk van de onderzochte omstandigheden, met een vaste 15 strooksnelheid van 90 m/min, en onder toepassing van stroomdicht- heden van 100, 120 en 135 A/dm , werden gelijkmatige en kompakte zinkafzettingen verkregen van 7» 8,5 resp. 9»5/um, wat overeenkomt 2 ' met ongeveer 50, 60 resp. 70 g/m .

Uit de verkregen resultaten blijkt dat door de snelle ver-20 vanging van de oplossing in de afzettingscellen, de invloed van veranderingen in de concentratie en temperatuur van het elektrolyt binnen zeer nauwe grenzen gehouden wordt.

Voorbeeld III

Een strook gegalvaniseerd staal, bij voorkeur bereid volgens 25 het voorgaande voorbeeld, wordt volgens de uitvinding onderworpen aan een verdere bekleding met opeenvolgende lagen van metallisch chroom en chroomoxyden.

De bekleding wordt uitgevoerd in twee opeenvolgende trappen.

.· /

Deze vereisen een respektievelijk twee in serie geschakelde 30 elementaire cellen.

De anoden van deze cellen zijn allen van het onoplosbare type, dat wil zeggen zij bestaan uit loodalliage.

De werkomstandigheden in de eerste behandelingscel waren als volgt: 35 De samenstelling van het elektrolyt bedroeg CrO^ 115 g/l?

NaP 1,75 g/l? HgSO^ 0,5 ml/l, 0,5 ml/l. De pH bedroeg minder 84-0 1 5 4 t -7-.

Λ J.

dan 0,8, de temperatuur 45°C en de stroomdichtheid 85 A/dm^. Onder deze omstandigheden werden met een strooksnelheid van 50 m/min, 2 0,45 h/m metallisch chroom afgezet.

De werkomstandigheden in de tweede cellen waren als volgt.

5 De samenstelling van het elektrolyt was CrO^ 40 g/l; NaP 1,75 g/l; HBP^ 0,5 ml/l. De pH bedroeg 5» de temperatuur 50°C en de stroomdichtheid 40 A/dm^.

2

Met een strooksnelheid van 50 m/min, werd 0,05 g/m chroom afgezet als oxyden.

8401541

Claims (4)

1. Inrichting voor de kontinue elektrolytische behandeling van een metalen strook, gekenmerkt, door het feit dat deze bestaat uit een kamer verdeeld in tenminste twee vertikaal boven elkaar gelegen kamers die met elkaar in verbinding staan door mid- 5 del van twee vertikale rechthoekige dwarsdoorsnede bezittende kanalen, waarbij de brede wanden van deze cellen bestaan uit vaste elektroden, en waardoor het elektrolyt gedwongen is in vertikale richting te stromen.

2. Inrichting volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, 10 dat de vertikale kanalen zich bovenwaarts uitstrekken tot in de bovenste kamer en benedenwaarts in de onderste kamer tenminste over de halve hoogte van de onderste kamer.

3. Inrichting volgens conclusie 2,met het kenmerk, dat het deel van de kanalen dat uitsteekt in de bovenste kamer een 15 afvoer vormt voor de in de bovenste kamer aanwezige elektrolyt, welke elektrolyt in de onderste kamer stroomt via de kanalen, terwijl de onderste lippen daarvan ondergedompeld zijn in de in de onderste kamer aanwezige elektrolyt.

4· Inrichting volgens conclusie 1 tot 3» met het ken-20 merk, dat de houder verdeeld is door twee verdeelschotten in drie vertikaal boven elkaar gelegen kamers, waarvan de bovenste en onderste kamer het elektrolyt bevatten, welke elektrolyt gedwongen is om te stromen uit de onderste kamer in de bovenste kamer via de genoemde vertikale kanalen. 8401541