NL8403361A - Inrichting voor het elektrolytisch afzetten van een laag van een bedekkingsmetaal op een metalen band. - Google Patents

Description

I -. - i NL/32,467-tM-f. i elektrolytisch

Inrichting voor het* afzetten van een laag van een bedekkings-metaal op een metalen band.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het continu en met hoge stroomdichtheid elektrolytisch afzetten van een laag van een be-dekkingsmetaal op tenminste één van de twee oppervlakken 5 . van een metalen band, die zich verplaatst door een elektrolytisch bad, voorzien van tenminste een geleiderrol, die samenwerkt met een kathodestroomtoevoer, zich dwars ten opzichte van de verplaatsingsrichting van de band uitstrekt en om zijn as draait, in aanraking met de band, althans na-10 genoeg met dezelfde omtreksnelheid als de translatiesnelheid van deze laatste, waarbij tenminste één anode is aangebracht in het elektrolytische bad tegenover tenminste één van de oppervlakken van de band, die door dit bad loopt.

In de tot nu toe bekende inrichtingen 15 van het bovengenoemde type,in het bijzonder die, waarin men fijne afzettingen verkrijgt op een metalen plaat of band, die zich verplaatst met een betrekkelijk grote snelheid ten opzichte van een anode, is de stroomdichtheid tamelijk beperkt tengevolge van het risico van oververhitting.

20 In deze bekende inrichtingen wordt de kathodestroom in feite toegevoerd aan de geleiderrol door zijn rotatieas en is geconstateerd, dat de stroomdichtheid in de plaat nauwelijks 150 A/dm2 kan overschrijden zonder op het niveau van de rotatieas stroomdichtheden te ver-25 schaffen, die dermate groot zijn, dat zij een oververhitting en bijgevolg een vervorming van deze rotatieas en zelfs van de rol veroorzaken.

Dit heeft het risico van verslechtering van de rol en van vermindering van het contact tussen deze 30 laatste en de plaat met als gevolg de vorming van vonken op dit niveau, wat onvermijdelijk een weerslag op de kwaliteit van de katholische afzetting op de plaat zal hebben.

Een van de wezenlijke doelen van de onderhavige uitvinding bestaat in het verschaffen van een 35 nieuwe inrichting voor het elektrolytisch afzetten, die continu werkt en met. een stroomdichtheid, die tot 350 A/dm2 per plaatoppervlak kan bereiken zonder enig risico van over- è % ö 3 o 6 1 # % -2- verhitting of ander eventueel probleem, dat een invloed zou kunnen hebben op het functioneren van de inrichting of op de kwaliteit van de afzetting.

Voor dit doel is in de inrichting vol-5 gens de uitvinding de geleiderrol tenminste gedeeltelijk hol en omvat de kathodestroomtoevoer een serie contacten, die parallel zijn gemonteerd en verdeeld over het cilindrische binnenvlak van de rol tegenover het deel van het buitenvlak, waartegen de band wordt aangebracht.

10 Op gunstige wijze omvatten deze con tacten stroomtoevoerborstels, die elastisch en verschuifbaar worden aangebracht tegen het bovengenoemde binnenvlak van de rol tegenover dat waarmee de band samenwerkt.

Volgens een bijzonder gunstige uitvoe-15 ringsvorm van de uitvinding is het cilindrische binnenvlak van de rol excentrisch ten opzichte van zijn cilindrische buitenvlak, waarbij het krommingsmiddelpunt van dit laatste ligt op de rotatieas van de rol.

Volgens een voorkeursuitvoering van de 20 uitvinding omvat de rol een cilindrisch geleidend omhulsel, waarvan het buitenvlak samenwerkt met de band en waarvan het binnenvlak samenwerkt met de kathodestroomtoevoercontacten, welk omhulsel is gemonteerd op tenminste een naaf, die vast zit op een rotatieas, die draait om de hartlijn van het 25 buitenvlak van het omhulsel.

Andere details en bijzonderheden van de uitvinding zullen blijken uit de bij wijze van niet beperkende voorbeelden hierna gegeven beschrijving van enkele bijzondere uitvoeringsvormen van de uitvinding met verwijzing 30 naar de aangehechte tekeningen.

Fig. 1 is een schematische afbeelding in langsdoorsnede van een bijzondere uitvoering van een inrichting volgens de uitvinding.

Fig. 2 is een doorsnede op grotere 35 schaal volgens de lijn II-II van fig. 1.

Fig. 3 is een schematische afbeelding in dwarsdoorsnede, analoog aan die van fig. 2, van een tweede uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding.

Fig. 4 is een schematische afbeelding 40 in langsdoorsnede van een ander deel van een derde uitvoe- 84033 6 1 -3- 9. i ringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding.

In de verschillende fig. verwijzen dezelfde verwijzingscijfers naar identieke of analoge elementen.

5 De uitvinding omvat een inrichting voor het continu en met hoge stroomdichtheid elektrolytisch af-zetten van een bedekkingsmetaal op tenminste één van de twee oppervlakken van een metalen band, die zich door een elektrolytisch bad verplaatst.

10 De stroomdichtheid ligt in het algemeen tussen 50 en 350 A/dm2 per oppervlak.

Het gaat in het bijzonder om een inrichting, die geschikt is voor het verkrijgen van lichte afzettingen op metalen banden, die zich met zeer grote voortbe-15 wegingssnelheid verplaatsen, tot 600 m/min.

De uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding, die is afgeheeld in fig. 1 omvat een elektrolysecel 1, die een elektrolytisch bad 2 begat, waardoor een metalen band 3, in het bijzonder een stalen band 20 circuleert.

Aan weerszijden van deze cel is een ge-leiderrol 4 en 5 aangebracht, die zich dwars uitstrekt ten opzichte van de verplaatsingsrichting van de band, aangegeven door de pijl 6. Deze rollen draaien elk om een as 7.

25 De stalen band 3 wordt geleid op een deel van het cilindrische buitenvlak 8 van de rol 4 door middel van een cilinder 9, die wordt aangebracht tegen dit cilindrische oppervlak.

Zo bezit de metalen band 3 een translatiesnelheid, die gelijk is aan de omtreksnelheid van de rol 4.

30 Op dezelfde wijze wordt de metalen band, die uit de elektrolysecel 1 treedt, afgebogen langs het cilindrische buitenvlak 8 van de geleiderrol 5 door middel van een cilinder 10.

Volgens de uitvinding is elk van de ge-35 leiderrollen tenminste gedeeltelijk hol en bij voorkeur gevormd door een cilindrisch omhulsel 11, waarvan het buiten-vlak.^samenwerkt met de band 3 en waarvan het binnenvlak 12 samenwerkt met een serie kathodestroomtoevoercontacten 13, die parallel zijn gemonteerd en zijn verdeeld over het deel 40 van het cilindrische binnenvlak 12 tegenover het deel van 84033 6 1 ' * -4- het buitenvlak 8 waartegen de metalen band wordt aangebracht .

Op deze wijze maken de geleiderrollen 4 en 5 het mogelijk aan de metalen band 3 een kathodestroom 5 van grote sterkte toe te voeren zonder enig risico van plaatselijke verhitting zoals in de bekende inrichtingen.

Deze contacten 13 zijn gevormd door borstels, die elastisch en verschuifbaar worden aangebracht tegen het bovengenoemde binnenvlak 12 van het cilindrische 10 omhulsel 11 van de rollen 4 en 5.

Meer in het bijzonder zijn deze borstels verschuifbaar gemonteerd in hulzen 14 tegenover een schroefveer 15, die het contact tussen de borstels en het binnenvlak 12 verzekert.

15 Deze hulzen 14, die de borstels 13 dragen, zijn aangebracht en uitstekend verdeeld over de cir-kelrand 17 van een vaste plaat 16, die is gelegen aan de binnenzijde van het cilindrische omhulsel 11.

Op gunstige wijze is het cilindrische 20 binnenvlak 12 van het omhulsel 11 excentrisch ten opzichte van het cilindrische buitenvlak 8 en eveneens ten opzichte van de cirkelvormige binnenrand van de steunplaat 16 van de hulzen 14.

Dientengevolge is de dikte van het 25 omhulsel 11 niet constant maar varieert deze op een continue wijze tussen een maximum en een minimum.

Tijdens de rotatie van dit cilindrische omhulsel 11 ondergaan de'borstels 13 zo voortdurend een heen en weergaande beweging in hun hulzen 14, hetgeen het 30 blokkeren van dé veren 15 vermijdt en zo een volmaakt contact tussen de borstels 13 en dit binnenvlak 12 van het omhulsel 11 verzekert.

In deze uitoeringsvorm ligt het kromtemiddelpunt van het cilindrische buitenvlak 8 en van 35 de cirkelrand 17 van de plaat 16 dus op de rotatieas van de rollen 4 en 5.

In de uitvoeringsvorm, die is getoond in fig. 2 zijn de contacten 13 gelegen in de nabijheid van de zijranden van het omhulsel 11 aan weerszijden van een centrale 840 33 6 1 f ft

-5- I

naaf 18, die is vastgemaakt aan de rotatieas 7.

De platen 16, die de borstels 13 dragen, worden doorlopen door de rotatieas 7 en zijn vastgemaakt aan een bus 19, waarin deze laatste draait.

5 De platen 16, evenals de bussen 19, zouden kunnen worden uitgevoerd in een geleidend materiaal om zo direct dienst te doen voor de kathodestroomtoevoer naar de borstels 13. In een dergelijke uitvoeringsvorm zou men eventueel een isolerende beschermingslaag kunnen aanbrengen 10 op de buitenvlakken van de platen 16 en van de bussen 19.

De geleiderrollen 4 en 5 zijn gelegen buiten het elektrolytische bad 2, maar zo dicht mogelijk bij dit laatste, teneinde de spanningsval in de band op het tijdstip, waarop deze het bad doorloopt, tot het minimum terug 15 te brengen.

De elektrolysecel 1 omvat in wezen een gesloten bad 20, dat is voorzien van twee spleten 21 en 22.

De metalen band 3 treedt in de bak 20 door de spleet 21 om vervolgens het in deze bak opgenomen elektro-20 lyt 2 te doorlopen en de bak te verlaten door de spleet 22.

Het elektrolyt wordt continu in de bak 20 gevoerd door inspuitmondstukken 25, die zijn aangebracht aan de bovenwand 26 en de onderwand 27 van deze.

Het inspuiten van het elektrolyt heeft 25 plaats onder druk in de bak 20, dwars ten opzichte van de verplaatsingsrichting van de plaat door deze laatste, zoals aangegeven door de pijlen 28.

Het elektrolyt verlaat de bak 20 door deze spleten 21 en 22 en wordt opgevangen in een reservoir 30 29, dat ligt onder de bak 20. Door middel van een hercircu-latiepomp 30 wordt het elektrolyt van het reservoir 29 opnieuw onder druk toegevoerd naar de“ inspuitmondstukken 25.

In dit verband omvat de elektrolytkring-loop twee hoofdleidingen 31 en 32, die elk uitkomen aan een 35 zijde van de bak en op elk waarvan een hoofdkraan 33 is aangebracht, waarmee de elektrolytopbrengst naar de boven- of onderzijde van de bak 20 kan worden geregeld.

Van deze hoofdleidingen gaan een serie secundaire evenwijdige leidingen 34 uit naar elk van de in-40 spuitmondstukken 25.

84033 6 1

* V

-6-

In de bak 20, tegen de boven- en onderwand 26 en 27 zijn onoplosbare anoden 35 en 36 aangebracht die bijvoorbeeld zijn uitgevoerd in een loodzilverlegering.

Deze anoden bezitten tegenover de in-'37 5 spuitmondstukken 25 passages*voor het elektroliet.

De metalen band 3 passeert in het elektrolytische bad 2 in het middenvlak tussen de anoden 35 en 36, dat.wil zeggen op een gelijke afstand van elk van de anoden. Deze afstand is constant over de gehele lengte van 10 de anoden en ligt in het algemeen tussen 8 en 20 mm.

Om te vermijden, dat de rollen 4. en 5 worden bevochtigd door het elektrolyt dat uit de bak 20 overloopt door de spleten 21 en 22, passeert de metalen band tussen een paar afdichtingsrollen 38 en 39, die 15 liggen tussen de rol 4 en de spleet 21, en een paar analoge afdichtingsrollen 40 en 41, die liggen tussen de spleet 22 en de rol 5.

De fig. 3 toont een derde uitvoeringsvorm. van een geleiderrol 4 of 5 volgens de uitvinding.

20 Deze rol verschilt Van die volgens fig.

2 doordat de borstels niet zijn gelegen in de nabijheid van de zijranden van het cilindrische omhulsel 11 maar gelijkmatig zijn verdeeld over het binnenvlak 12.

In deze uitvoeringsvorm is een naaf 18 25 aangebracht aan een van de zijranden van het cilindrische omhulsel 11. Voor rollen, die een zekere lengte hebben, zou het eventueel nuttig kunnen zijn aan de tegenover de naaf gelegen zijde een verwijderbare flens (niet afgebeeld) aan te brengen, die het mogelijk maakt de tegenovergestelde zijrand 30 van het cilindrische omhulsel 11 te ondersteunen.

Het feit, dat het elektrolyt wordt ingevoerd in de bak 20 door inspuitmondstukken 25 volgens een vrijwel loodrecht op de metalen band staande richting, veroorzaakt in het elektrolytische bad een turbulent hydro-35 dynamisch regiem. Dankzij de kranen 33, 34 en 43, die zijn aangebracht aan de ingang van de inspuitmondstukken 25 is het mogelijk een zeer regelmatig hydrodynamisch regiem te verkrijgen, dat toelaat zo de vorming van een zeer homogene elektrolytische afzetting op de metalen band te verzekeren.

84033 6 1 ♦ ï * -7- i

Fig. 4 toont het detail van een andere uitvoeringsvorm van de passages 37 door de anoden 35 en 36.

In deze uitvoeringsvorm ondergaat het in de bak 20 ingespoten elektrolyt een schuine meer gecontroleerde 5 afbuiging langs de oppervlakken van de metalen band 3.

De inrichting volgens de uitvinding wordt verder toegelicht door hierna gegeven concrete toepassings-voorbeelden.

Voorbeeld I.

10 De toegepaste inrichting en het elektrolyti- sche bad hadden de volgende karakteristieken:

Lengte van de bak 20 : 500 mm.

Breedte van de bak 20 : 400 mm.

Afstand tussen de anoden 35 en 36 enerzijds en de metalen 15 band 3 anderzijds : 10 mm.

Aard van de anoden 4 en 5: lood-zilver 0,8%.

Voortbewegingssnelheid van de metalen band 3: 200 m/min. Stroomdichtheid : 300 A/dm2 /per oppervlak).

Aard van het elektrolyt: Zn++ : 85 g/1.

20 H2S04? 135 9/1··

Temperatuur van het elektrolytisch bad : 50eC.

Aard van de verkregen zinkafzetting : homogene en glanzende afzetting van 1,5 g/m2 (per oppervlak).

Kathodestroomrendement : 98%.

25 Totale stroom : 9000 A.

Breedte van de metalen band bestaande uit een staalplaat: 300 mm.

Toevoer van het elektrolyt: 30 m3/h.

Voorbeeld II.

30 De toegepaste cel was dezelfde volgens het voorbeeld 1.

0e andere parameters waren de volgende:

Voortbewegingssnelheid van de band 3 : 400 m/min.

Stroomdichtheid : 250 A/dm2 (per oppervlak).

35 Aard van het elektrolyt: Cr03 : 45 g/1.

H2S04 : 0,5 g/1.

Temperatuur van het elektrolytische bad: 60°C.

Afzetting van Cr + CrOx : 114 mg/m2 in Cr (voor de twee oppervlakken) .

84033 6 1 «*' ^ —8—

Kathodestroomrendement van afzetting van metallisch chroom: 34%.

Totale stroom : 7500 A.

Breedte van de staalband : 300 mm.

5 Toevoer van het elektrolyt door de bak 20: 25m3/h.

De maximale kathodestroomsterkte hangt af van de afmeting van de geleiderrollen 4 en 5 maar zal in. ieder geval hoger zijn dan 100.000 amperes voor een rol met een lengte van 1500 mm en een diameter van 500mm. .

10 ' Het aantal borstels 13 hangt eveneens af van de plaats, die beschikbaar is in het inwendige van de rollen.

Voor rollen van een zekere lengte zou men zo meerdere rijen borstels kunnen aanbrengen, bijvoor-15 beeld twee rijen aan elke zijde van de naaf 18, die het omhulsel 11 draagt.

Voor betrekkelijk korte bakken 20 zou men eventueel zich kunnen beperken tot een geleiderrol, die bij voorkeur stroomopwaarts van de bak 20 zal zijn ge-20 plaatst, dus tot de rol 4 van fig. 1.

Om slechts één oppervlak van de metalen band 3 te bekleden, is het voldoende slechts de tegenover de te bekleden zijde van de band geplaatste anode onder spanning te zetten.

25 De anodestroomtoevoer kan bijvoorbeeld worden ttitgevoerd door een koperen staaf, die niet is afgeheeld in de fig.

De mogelijkheid bestaat eveneens gebruik te maken van oplosbare anoden, hetgeen natuurlijk middelen 30 noodzakelijk zal maken om in het elektrolytische bad de afstand tussen de anoden en de band vrijwel constant te houden en om de anoden naargelang van hun verbruik te vervangen .

Daar men, als dit geval zich voordoet, 35 gebruik zou kunnen maken van op zichzelf bekende middelen, wordt het niet nodig geacht deze in de fig. weer te geven.

Tenslotte, aan de uitgang van de bak, bijvoorbeeld op het moment, waarop de metalen band wordt afgebogen langs de rol 5, kan deze band een afveegwerking 84 0 33 6 1 r Φ -9- ^ ondergaan door aanvullende rollen 43 en 44, die aan weerszijden van de metalen band 3 liggen. Deze aanvullende rollen kunnen evenals de rollen 38 - 41 bijvoorbeeld zijn voorzien van een laag van vrijwel elastisch materiaal 45, dat het 5 vocht absorbeert.

Het zal duidelijk zijn, dat de uitvinding niet is beperkt tot de beschreven uitvoeringsvormen en dat veel varianten kunnen worden overwogen zonder het kader van de onderhavige uitvinding te verlaten.

10 Zo kunnen de afmetingen en de vorm van de contacten evenals hun montage in het inwendige van de rollen variëren evenals hun aantal.

Overigens, om betrekkelijk dikke afzettingen te verkrijgen, kan het voldoende zijn verschillende 15 inrichtingen volgens de uitvinding in serie te plaatsen.

Eventueel kunnen zonodig middelen zijn aangebracht om de borstels 13 te koelen.

In weer een andere variant volgens de uitvinding, in het bijzonder met betrekking tot de in fig.

20 3 getoonde uitvoeringsvorm, kan de as 7 vast zijn en in dit geval zijn de platen 16 gespied op deze as, terwijl de rol 4,5 door middel van een leger samenwerkt met deze as.

84 0 33 6 1

Claims (14)

1. Inrichting voor het continu en met hoge stroomdichtheid elektrolytisch afzetten van een laag van een bedekkingsmetaal op tenminste één van de twee oppervlakken van een metalen band, die zich verplaatst door een 5 elektrolytisch bad, voorzien van tenminste één geleiderrol, die samenwerkt met een kathodestroomtoevoer, zich dwars ten opzichte van de verplaatsingsrichting van de band uitstrekt en om zijn as draait in contact met de band, althans nagenoeg met dezelfde omtreksnelheid als de translatiesnelheid 10 van deze laatste, waarbij tenminste één anode is aangebracht in het elektrolytische bad tegenover tenminste één van de oppervlakken van de door dit bad lopende band, met het kenmerk, dat de geleiderrol (4, 5) tenminste gedeeltelijk hol is en de kathodestroomtoevoer een serie contacten 15 (13) omvat, die parallel zijn gemonteerd en zijn verdeeld over het cilindrische binnenvlak (12) van de rol (4, 5) tegenover het deel van het buitenvlak (8) waartegen de band (3) wordt aangebracht. 2c Inrichting volgens conclusie 1, m e t 20 het kenmerk, dat de contacten (13) stroomtoevoer-borstels omvatten, die elastisch en verschuifbaar worden aangebracht tegen het bovengenoemde binnenvlak (12) van de rol tegenover dat waartegen de band (3) wordt aangebracht.

3. Inrichting volgens conclusie 2, m e t 25 h e t kenmerk, dat de borstels (13) verschuifbaar zijn gemonteerd in hulzen (14) tegen een veer (15), die het mogelijk maakt deze borstels (13) tegen het bovengenoemde binnenvlak (12) van de rol (4, 5) aan te brengen.

4. Inrichting volgens conclusie 2 of 3, 30 met het kenmerk, dat de borstels (13) zijn gemonteerd op tenminste één vaste steun (16, 17), die is aangebracht in het inwendige van de rol (4, 5) en waaromheen deze laatste kan draaien.

5. Inrichting volgens conclusie 4, m e t 35 het kenmerk, dat het cilindrische binnenvlak (12) van de rol (4, 5) excentrisch is ten opzichte van zijn cilindrische buitenvlak (8), waarbij het krommingsmiddelpunt van dit laatste ligt op de rotatieas (7) van de rol (4, 5).

6. Inrichting volgens een der conclusies 840 33 6 1 -11- 1 1-5, met het kenmerk, dat de contacten (13) liggen in de nabijheid van de twee zijranden van de rol (4, 5).

7. Inrichting volgens een der conclusies 1-6,met het kenmerk, dat de rol (4,5) een gelei- 5 dend cilindrisch omhulsel (11) omvat, waarvan het buitenvlak (8) samenwerkt met de band (3) en waarvan het binnenvlak samenwerkt met de kathodestroomtoevoercontacten (13), welk omhulsel (11) is gemonteerd op tenminste één schijf, die vast zit op een rotatieas, die draait om de hartlijn van 10 het buitenvlak van het omhulsel.

8. Inrichting volgens conclusie 7, m e t het kenmerk, dat de bovengenoemde steun, die de borstels (13) draagt, in wezen is gevormd uit een vaste plaat (16), die ligt aan het inwendige van het cilindrische 15 omhulsel (11), althans nagenoeg evenwijdig aan de schijf, waarop dit laatste is gemonteerd.

9. Inrichting volgens conclusie 8, m e t het kenmerk, dat de vaste plaat (16) die de borstels (13) draagt, wordt doorlopen door de rotatieas (7) van het 20 cilindrische omhulsel (11) en vastzit aan een bus (19), waarin deze rotatieas draait.

10. Inrichting volgens conclusie 9, m e t het kenmerk, dat de plaat (16) en de bus (19) zijn uitgevoerd in een geleidend materiaal, zodat deze dienst 25 doen voor het toevoeren van de kathodestroom naar de borstels (13).

11. Inrichting volgens een der conclusies 1-10, met het kenmerk, dat de bovengenoemde geleiderrol ( 4, 5) buiten het elektrolytische bad (2) ligt.

12. Inrichting volgens een der conclusies 1-11, met het kenmerk, dat de plaat (9) passeert tussen tenminste een paar afdichtingscilinders (38, 39, 40, 41. die liggen tussen de rol (4,5) en het elektrolytische bad (2), teneinde te vermijden, dat de rol (4, 5) wordt 35 bevochtigd door het elektrolyt.

13. Inrichting volgens een der conclusies 1-12, met het kenmerk, dat deze is voorzien van een bad (20) , die het elektrolytische bad (3) bevat en twee spleten (21,22) in tegenoverliggende zijwanden (26, 27) heeft, waar 40 doorheen de band (3) door het elektrolytische bad loopt, waar- 84033 6 1 - % -12- bij inspuitmiddelen (25) zijn aangebracht om het elektrolyt onder druk in de bak dwaxs ten opzichte van de verplaat-singsrichting van de band door deze laatste te brengen, waarbij het elektrolyt de bak (20) verlaat door deze sple-5 ten (21, 22) en wordt opgevangen in een reservoir (29), dat onder de bak (20) ligt om weer in circulatie naar de bovengenoemde inspuitmiddelen (25) te worden gebracht.

14. Inrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de inspuitmiddelen kranen 10 (33, 42) voor het regelen van de toevoer van het elektrolyt in de bak (20) omvatten.

15. Inrichting volgens een der conclusies 1-14, met het kenm, erk, dat de band in het elektrolytische bad (3) loopt op een afstand tussen 8 en 15 20 mm van de anode (35, 36). 84033 6 1