NO149896B - Rektangulaer katodeenhet for gjentatt anvendelse - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en rektangulær katodeenhet for gjentatt anvendelse ved elektrolyttisk avsetning av metall i form av adskilte metallansamlinger som veier minst 5 g, men ikke mer enn 50 g, og med to arbeidsflater på hver sin side av en integrert, stiv blokk av ikke-ledende materiale og med en metallanordning innleiret i blokken. Katodeenheter av denne art egner seg særlig for elektrolyttisk avsetning av metall fra en metallholdig elektrolytt ved elektroraffinering.

Ved elektrometallurgisk praksis i industriell måle-

stokk blir raffinert metall utvunnet i store mengder fra en oppløsning ved porsjonsvis elektroavsetning på flere katoder som betegnes startkatoder. Periodisk blir katodene' med av-

satt metall fjernet fra tanken og delt opp i stykker av størrelser som er hensiktsmessige for senere håndtering i de andre industrigrener de er bestemt for. Denne praksis er arbeidskrevende og det er beskrevet fremgangsmåter der indi-viduelle avsett fremstilles ved elektroavsetning på en modi-fisert katode med ledende felter regelmessig fordelt på et isolerende underlag. Avsettene blir senere fjernet mekanisk og katoden blir anvendt på nytt.

Denne grunntanke er beskrevet i US-PS 3.860.509 der

den er benyttet i fremstilling av fine pulverlignende metaller kontinuerlig på mikroskopiske felt, men den teknikk patentet omhandler er ikke egnet for kommersiell anvendelse der det dreier seg om meget større avsetninger.

For store avsetninger har industrien funnet at kompro-misser er nødvendige og istedet benyttes det porsjonsavsetning-er på rektangulære katoder av vanlig størrelse ved forholds-

vis store ledende felt. Metallet gjenvinnes ved mekanisk stripping og katoden anvendes på nytt. Et eksempel på dette er omhandlet i canadisk patent nr. 955.195, som beskriver elektroavsetning av metall på en sammensatt katodedor bestå-

ende av en grunnplate av rustfritt stål belagt med emalje og med frilagte, ledende områder. De ledende områder er sand-

blåst før metallet kan avsettes elektrolyttisk og ikke-ledende-belegg av emalje danner sammenhengende områder som er smeltet til grunnplaten. Nikkel, kobolt, mangan, zink eller kobber kan raffineres elektrolyttisk med denne prosess og dimensjon-

ene på de avsatte enheter svarer i store trekk til dorens frilagte områder.

I US patent nr. 3.577.330 er det beskrevet elektrolyttisk raffinering av nikkel ved avsetning av metallet på

en katodedor med ledende områder. Dorens overflateruhet er bestemt og de ledende områder er sirkulære eller eliptiske, nakne metallområder mellom sammenhengende linjer av ikke-ledende resistmateriale. Doren neddykkes i en elektrolytt med bestemte mengder svoveldioksyd og hydroakrylonitril for å regulere påkjenningene i det elektrolyttisk avsatte nikkel-belegg, slik at disse holder seg innenfor bestemte grenser.

US patent nr. 3.668.081 kan sies å være forbedring

av de anordninger som er omhandlet i de to tidligere nevnte patenter, der nikkel blir elektrolyttisk avsatt fra en sul-fat-kloridholdig elektrolytt som forholdsvis tunge løsbare avsetninger der de forkrummede katodeemner har avsetnings-områder som er omgitt av herdet epoksyresist i et bestemt mønster. Det elektrolyttisk avsatte nikkel kan være svovel-fritt eller kan inneholde 0.005 - 0.025 % svovel fra en svo-veldioksydholdig elektrolytt.

Felles for de tidligere kjente anordninger til elektrolyttisk utfelling av metaller er at de er svake og flere kan ikke benyttes mere enn en gang. Formålet med foreliggende forbindelse er derfor å komme frem til en integrert robust katodeenhet som kan benyttes mange ganger idet den har lenger levetid og er mer pålitelig enn tidligere kjente katodeenheter. De adskilte metallavsetninger som fåes ved elektrolyttisk avsetning på de ledende områder som er innleiret i plast i katodeenheten i henhold til oppfinnelsen har også forbedrede fysiske egenskaper f.eks. får de en grunnflate som er vesentlig større enn arealet av avsetningsområdene og metallavsetningene er halvkuleformede. Disse egenskaper gjør det lettere å håndtere metallavsetningene når de benyttes til oppløsning i elektrolysebad eller som tilsetninger ved fremstilling av legeringen med høy renhet.

De ledende felter som har en diameter på minst 15 mm er tilstrekkelig store til at metallavsetningene som stort sett i størrelse tilsvarer de ledende felter får en god binding til disse felter. Det er klart at en svak binding må unngås for å(hindre tap av produktene som faller tilbake i tanken hvis de løsner. Som en følge av dette må strippe-operasjonene som river metallproduktene løs fra feltene være en hårdhent behandling av katoden som blir utsatt for ganske betydelig mekanisk slitasje utover den håndtering katoden blir utsatt for ved overføring til og fra elektrolysetankene. Som en følge av dette må katoder for denne anvendelse være solide, selvbærende konstruksjoner som tåler den forholdsvis hårde behandling som ligger i denne industrielle anvendelse.

En tidligere kjent katode av den type som er beskrevet i de tre ovennevnte patenter består av en ledende metallplate som er delvis dekket med et tynt belegg av ikke-ledende materiale i et slikt mønster at utvalgte områder av metallplaten blir frilagt som ledende metallfelter.

Den største ulempe ved disse såkalt permanente katoder er deres korte levetid som i alminnelighet bare vil være på ti avsetningsprosesser eller mindre. I alle maskemønstere blir de ledende felter nedtrykket i forhold til maskelaget, og under den elektrolyttiske avsetning blir metall avsatt i det resulterende hulrom. Bindingen ved skilleflaten mellom maskematerialet og det underliggende metallag, er kritisk for nytten av katoden ved metallstrippingen fordi når avsetningene fjernes, blir masken utsatt for betydelige påkjen-ninger særlig ved kantene, der masken omgir de nedtrykkede felter. Der maskematerialet rives vekk blir feltene utvidet på en uønsket måte med det resultat at unormalt utvokste avsetninger danner seg ved den påfølgende elektrolyse og disse avsetninger vil når de fjernes, ødelegge belegget ytterligere. Forringelsen er både hurtig og den summerer seg opp og fører til at katoden må tas ut av drift for ny maskin etter omtrent ti elektrolyseprosesser. Forskning for å komme frem til en hensiktsmessig masketeknikk har ført til stadig mer komplekse prosesser fra elektrolysemalinger, tusj og bånd i de tidligere patenter til epoksyharpikser på-ført en forkrommet, rustfri stålplate i et senere patent og frem til vitrøse emaljelag. Hver forbedring viser at katodenes sårbare egenskaper er deres svake evne til å tåle gjentatt elektrolytisk avsetning fordi maskin brytes istykker.

Det har nu vist seg at ved å anvende et nytt mønster og en ny konstruksjon innenfor dette felt, er man kommet frem til en integrert katodeenhet med ledende flater, og denne katode kan benyttes gjentatte ganger siden den er solid, slitesterk og mer pålitelig enn tidligere kjente katoder. Samtidig har det vist seg at fordelene ved den integrerte katodeenhet i henhold til oppfinnelsen ikke bare er begrenset til dens fysiske egenskaper, men det ligger også fordeler i den forenkling katoden fører til ved elektrolyseprosessen som er tilknyttet og også fordeler når det gjelder forbedrede egenskaper ved de elektroavsetninger som blir fremstilt.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjengitte trekk og vil i det følgende bli forklart nærmere under henvisning til tegningene der:

Fig. 1"er en isometrisk projeksjon av et utsnitt av

en utførelsesform for metallanordningen som utgjør en kom-ponent i katodeenheten,

fig. 2a er en isometrisk projeksjon av ét utsnitt av

en annen utførelsesform for metallanordningen i henhold til oppfinnelsen, der man også ser det omgivende ikke-ledende mat eriale,

fig. 2b viser det samme som fig. 2a,men sett fra en kant,

fig.- 3 viser et utsnitt av en isometrisk projeksjon av metallanordningen i henhold til en tredje utførelsesform for oppfinnelsen,

fig. 4a viser et snitt gjennom en del av katodeenheten som er utført med anordningen på fig. 3,

fig. 4b viser en modifikasjon av utførelsesformen på fig. 4a,

fig. 4c er et snitt gjennom en modifikasjon av ut-førelsesformen som er beskrevet på fig. 4a,

fig. 5 viser den integrerte katodeenhet som det tas sikte på med foreliggende oppfinnelse,

fig. 6a og b gjengir elektroavsett som fremstilles ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen og

fig. 6c og 6d er gjengivelser av midtpunktsformen

av snitt gjennom de elektroavsett som er vist på fig. 6a og 6b.

De tre utførelsesformer for katodeenheten blir i

det følgende betegnet som tapp-tråd utførelse, tapp-plate ut-førelse og korrugert tråd utførelse.

Fremstillingen av en integrert katodeenhet i henhold til tapp-trådutførelsen av oppfinnelsen består i, delvis konstruksjon av en elektrisk ledende metallanordning, f.eks. som vist på fig. 1. Metallanordningen består av en ledende ramme 4 som omgir en rekke ledende metalltråder 5 og til disse er det festet flere massive sylindriske tapper 6 som hver normalt har en diameter på opptil 12,5 mm. Det foretrekkes å plasere tappene med regelmessige mellomrom og slik at de stikker ut i en retning perpendikulært på det plan trådene ligger i, men det skal påpekes at andre anordninger og orienteringer av tappene ligger innenfor oppfinnelsens ramme. Trådene får en passende understøttelse på ledende tverrstaver 7 inntil et senere trinn i fremstillingsprosessen. Elektriske kontakter 3 sveises til anordningen som vist. Det materiale som er valgt for ledning av strøm i katoden kan være et hvilket som helst ledende metall som er inert overfor den elektrolyttoppløsning den kommer i kontakt med. Kromnikkelstål, såsom"rustfritt stål AISI type 304, har vist seg å være spesielt tilfredsstillende i denne forbindelse. Metalltrådene må være tilstrekkelig tykke til å kunne føre strømmen,og diameter mellom 3 og 9 mm har vist seg å være tilstrekkelig. Antall tapper i metallanordningen velges slik at man får størst mulig antall av felter for metallavsetning på katodeenheten, samtidig med at avstanden mellom de elektrolytisk avsatte metallprodukter reduseres med et minimum.

Metallanordningen er innleiret i en blokk av ikke-ledende materiale, såsom plast. Uttrykket "plast" blir i det følgende benyttet for å beskrive forskjellige utførelsesformer for oppfinnelsen idet plast som en gruppe har vist seg å være de mest hensiktsmessige materialer. Det skal imidlertid påpekes at et hvilket som helst materiale er tilfredsstillende når det er inert overfor elektrolytten, tilstrekkelig sterk til å tåle den normale slitasje det blir utsatt for ved gjentatt bruk og har en utvidelseskoeffisient som passer til det innleirede metall for å hindre at de to komponenter skiller seg fra hverandre på grunn av de temperaturforandringer katoden blir utsatt for under fremstilling og ved bruk. Mange plastmaterialer har en slik passende kombinasjon av egenskaper og omfatter epoksy-plaster, polyuretaner, polypropylen, polyetylen og akryler. Inerte fyllmidler, såsom gass eller kjemisk aktive modifika-sjonsmidler kan også benyttes etter behov til justering av plast-materialets egenskaper.

Innleiringen kan foregå ved oppvarming av plastmaterialet: som så fylles rundt anordningen inne i en stiv form ved anvendelse av en teknikk som er kjent som sprøytestøping. Som et alternativ kan flytende harpikser helles i en støpeform eller to plater av plastmaterialet med metallanordningen lig-gende mellom dem, kan varmpresses sammen. Uansett den teknikk som benyttes er formålet å bringe plastmaterialet tett r.undt metallanordningen og dermed danne den integrerte katodeblokk som er vist på fig. 5.

Sluttresultatet er en stiv integrert blokkatodeenhet bestående av to godt sammensatte komplementære deler. Med denne utførelse er metallanordningen og den ikke-ledende blokk inn-byrdes sammenføyet og ikke delbare. Man vil se at den nye integrerte utførelse av katodeenheten gir en hensiktsmessig løsning på de problemer man tidligere har stått overfor når det gjelder å binde metall til ikke-ledende materiale.

En annen utførelsesform for oppfinnelsen (plate-tapp) er kjennetegnet ved den ledende metallanordning som er vist i isometrisk snitt på fig. 2a, og sett fra enden på fig.

2b. En ledende metallplate 8 med elektrisk forbindelse 3 er for-synt med en rekke massive sylindriske fremspring eller tapper 9 som i den utførelsesform som er vist på fig. 2, er rettet inn med deres akser perpendikulære på platens plan. Platen er 1,5 mm tykk og kan være av rustfritt stål selv om andre materialer også kan anvendes. Metalltappene som også med fordel er av rustfritt stål, er mindre enn 12,5 mm i diameter og opp til 12,5 mm lange. Festemidlene for disse tapper kan være forskjellige og innbefatter sveising, nagling eller andre teknikker. Den resul-

terende metallanordning blir så innleiret i ikke-ledende materiale/ f.eks. plast 2 (bare vist med stiplede liner som omriss på fig. 2a), med en hvilken som helst av de tidligere beskrevne fremgangsmåter slik at man får den integrerte katodeenhet som er vist på fig. 2 og som har det utvendige utseende som er gjengitt på fig. 5 med flate ledende metallfelter i flukt med overflaten av den ikke-ledende blokk 2. Tappene gir tilstrekkelig grep for plastmaterialet 2, men for ytterligere å forbedre sam-menlåsningen mellom metallanordningen og plastmaterialet er det fordelaktig, for å få sammenheng i plastmaterialet gjennom metallanordningen, f.eks. å perforere stålplaten i en rekke punkter mellom fremspringene. En slik perforering 16 er vist på fig. 2.

Den tredje utførelsesform for oppfinnelsen (korrugert tråd) omfatter den ledende metallanordning som er vist på fig. 3. Med denne utførelsesform er metallanordningen dannet av en rekke korrugerte metalltråder 10 som er festet til en ende-ramme 11 på en slik måte at trådene ligger stort sett parallelle og toppene av korrugeringene er forskjøvet i forhold til hverandre. Tverrdeler 12 kan danne midlertidig understøttelse og utgjøre avstandsholdere før anordningen innleires i et ikke-ledende materiale. Elektriske kontakter 3 er festet til ende-rammen. De korrugerte tråder har samme sammensetning som tappene som er beskrevet tidligere, og har diametere mellom 3 og 9 mm. Metallanordningen blir innleiret i en blokk av ikke-ledende materiale ved hjelp av en modifikasjon av de støpe- og forme-teknikker som er beskrevet tidligere. Sidene av formen eller stålstøtteplater er i dette tilfellet på forhånd belagt med gummi eller annet mykt materiale som tillater inntrykning av toppene av trådkorrugeringene. Denne teknikk har som resultat en integrert katodeenhet med forhøyede felter som vist i snitt på fig. 4a. Toppene av korrugeringene stikker gjennom plasten og danner dermed elliptiske felter 13 som stikker ut fra den ikke-ledende blokk 2.

Fig. 4b viser en modifikasjon av denne utførelsesform der de utstikkende felter på fig. 4a er avkortet, f.eks. ved slipning, for å danne flate, elliptiske felter 14 på den ikke-ledende blokk 2.

Alle utførelsesformene for den katode som her er beskrevet kan endres ved at det pålegges et mykt deformerbart plastmateriale eller gummiliknende materiale på metallanordningen før denne innleires i blokken. Det deformerbare materiale danner en sone mellom den ledende metallanordning og plastmaterialet som den er innleiret i. Et passende materiale er f.eks. en vinylharpiks dispergert i et ikke-flyktig plastifi-seringsmiddel som er kjent som en plastisol selv om man skal merke seg at et hvilket som helst annet materiale med liknende egenskaper kan benyttes. Den resulterende katodeenhet, vist på fig. 4c, med utstikkende korrugerte tråder har en elastisk sone 15 mellom metallfeltene 13 og det ikke-ledende blokkmateriale

2 som ligger rundt.

Av den foregående beskrivelse fremgår det at alle utførelsesformer og modifikasjoner av den integrerte katodeenhet i henhold til oppfinnelsen har et felles særpreg. Den del av de ledende metallfelter som ligger sammen med plastmaterialet er enten i flukt med overflaten av dette materiale eller stikker ut fra dette. Skilleflaten er av største viktig-het for katodeenheten fordi det er dette område som blir utsatt for størst slitasje når metallavsetningene skal fjernes. Metallfeltene kan ha en hvilken som helst form under forutsetning av at feltenes overflate er i flukt med eller ligger noe høyere enn overflaten av plastmaterialet.

Fig. 5 er en generell gjengivelse av katodeenheten

i henhold til oppfinnelsen, med ledende metallfelter 1 integrert i blokken av ikke-ledende materiale 2. Elektriske for-bindelser 3 fører strøm til feltene for elektrolytisk avsetning av metall på disse.

En fagmann på dette felt vil se at anvendelse av utførelsesformene med flate felter på den integrerte katodeenhet som her er beskrevet, er særlig fordelaktig fordi det blir enkelt å bringe frem en ny arbeidsflate når reparasjon er nødvendig. En enkel behandling med sandpapir, slipning, polering eller liknende fjerner slitt eller skadet materiale

og frilegger en frisk katodeflate. Denne enkle rekondisjonerings-mulighet som oppfinnelsen byr på får øket betydning når, som det fremgår av det følgende, det viser seg at katodeenheten i henhold til oppfinnelsen har bedre ytelse og levetid mellom

reparasjoner enn tidligere kjente katoder.

Ved anvendelse av katodeenheten i en elektrolytisk prosess til fremstilling av metall har det vist seg ganske overraskende at resultatet blir et egenartet kroneformet produkt når feltenes areal er mindre enn 1,25 cm 2. De kroneformede avsetninger fra elektrolysen, på sirkulære og elliptiske felter, er vist på fig. 6a og 6b, med snitt gjennom avsetningenes midt-punkt vist på fig. 6c og 6d.

Det kroneformede produkt har en stor vektkomponent

i den retning som er-perpendikulær på katodeflaten. Det er derfor hensiktsmessig kvantitativt å beskrive formen på elektro-avsetningen ved angivelse av en formparameter S definert som høyden av avsetningen h dividert med grunnflatens areal A. Man får således, under henvisning til fig. 6c,

For kroneformede elektroavsetninger er formpara-meteren S minst 0,12 og vanligvis omtrent 0,18. I motsetning til dette vil elektroavsetninger som er avsatt på felter som er større enn 1,25 cm 2 være knappformet og ha en verdi av S

på 0,8 eller lavere.

Man vil se av fig. 6 at det kroneformede produkt i henhold til oppfinnelsen er kjennetegnet ved en størrelse som er flere ganger større enn de felter som de er avsatt på. I motsetning til dette er det kjent at de knappformede produkter forekommer i størrelser som stort sett tilsvarer størrelsen av de ledende felter. Vekten av de kroneformede avsetninger holdes mellom 5 g og 50 g ved regulering av lengden av elektrolyse-perioden. For avsetninger under 5 g vekt krever katodene ombyt-ning omtrent hver annen dag og dermed går noe av fordelen ved den opprinnelige arbeidsbesparelse tapt. Over 50 g blir avsetningene så tykke at det er fare for kontakt med den tilstøtende anode.

Formen på produktet og dets størrelse i forhold til det ledende felt er av vesentlig praktisk betydning. De kroneformede avsetninger i henhold til oppfinnelsen viser således en stor vekstkomponent i en retning perpendikulært på elektro-lyseplaten sammenliknet med vekst ved grunnflaten som er definert som vekst parallellt med elektrolyseflaten. Elektrolytisk avsetning av metall på katoder med ledende felter er normalt begrenset av berøring mellom naboavsetninger som er resultat av vekst på grunnflaten og mellom ledende felter. For en gitt grunnflatediameter kan derfor et kroneformet produkt være vesentlig tyngre enn et skiveformet produkt på grunn av dets økte høyde. Resultatet av dette er at elektrolysesyklusen kan være meget lenger, f.eks. to uker i stedet for den mer vanlige ene uke, og den takt katodene må strippes med for å fjerne avsetningene kan reduseres tilsvarende. Den lenger elektrolyse-syklus er av stor praktisk betydning fordi den reduserer drifts-omkostningene samtidig med at den øker katodeenhetens levetid.

En ytterligere fordel ved kroneformen og elektro-avsetningen i henhold til oppfinnelsen er at denne form har en forholdsvis stor overflate. Denne egenskap er heldig når det gjelder oppløsningshastigheter ved elektrolyse eller smelte-operasjoner. Den stort sett halvkuleform avsetningene har vil ha en teoretisk overflate på 3irr 2, der r er grunnflatens radius. Dette er 50% større areal enn det man får med en knappformet avsetning med tilsvarende radius. Den egentlige økning er sann-synligvis langt større enn 50% på grunn av den bølgede struktur kroneformene har, som vist på fig. 6.

Selv om den foretrukne fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen anvender feltarealer som er mindre enn 1,25 cm<2 >behøver ikke dette være tilfellet. Det er klart at alle fordeler ved den robuste katodeenhet som her er beskrevet også

har sin gyldighet ved elektrolyseprosesser der det anvendes feltarealer som er større enn 1,25 cm <2>.

En ytterligere fordel man får med den integrerte katodeenhet og fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen ligger i oppfinnelsens mulighet til automatisering. Denne mulighet eksisterer i første rekke fordi de integrerte katodeenheter i henhold til oppfinnelsen nettopp er solide og robuste, ikke krever noen forbehandling før elektrolysen, såsom oppruing av overflaten og har meget lang levetid. Det er således her tenkt på at strippingen av produktet kunne utføres i elektrolysetankene hvorfra de kroneformede produkter senere kan fjernes uten behov for å ta katodeenhetene ut.

Katodeenheten i henhold til oppfinnelsen kan benyttes til fremstilling av et hvilket som helst metall, men er- særlig fordelaktig ved elektrolytisk avsetning av nikkel, kobolt og kobber eller legeringer av disse.

De følgende eksempler forklarer oppfinnelsen ytterligere og angir de fordeler som oppnås.

Eksempel 1

To katodeenheter med korrugert tråd, en preparert

i henhold til den korrugerte tråd-modifikasjon, der overflaten er slipt for å frilegge flate felter (katode A) og den annen i henhold til modifikasjonen med hevede felter (katode B), begge med dimensjonene 102,5 cm x 62,5 cm og med en tykkelse på

1,25 cm (uten elektriske kontakter), og med 1650 elliptiske ledende felter av 304 rustfritt stål. Hvert felt er omtrent 9 mm langs den store akse og 4,5 mm langs den lille akse og er omgitt av ikke-ledende epoksyharpiks. Disse katoder ble inn-satt mellom uoppløselige anoder i produksjonstanken for en nikkel-elektrolyseprosess.

Sammensetningen av elektrolytten var denne: og den hadde en pH verdi på 2,5 ved arbeidstemperaturen på 60°C. For å kontrollere den begynnende vekst av avsetningene ble strømmen til katodeenhetene øket i trinn i løpet av de første tre dager og deretter holdt stort sett konstant under de gjen-værende fire dager av avsetningen, som vist i tabell 1.

Strømtettheten under oppstartingen for katodeenheten

A var omtrent 1400 A/m <2> og for katodeenhet B 1550 A/m 2. Spenningen ved 200 amp. var 2,65 volt.

Etter syv dagers elektrolytisk avsetning ble de to katodeenheter tatt ut av produksjonstanken og nikkelavsetningene ble lett skilt fra overflaten ved hjelp av en skraper. Formen på avsetningene var ensartet og tilnærmet halve ellipso-ider. Den gjennomsnitlige vekt var 22 g og halvellipsoidens dimensjoner var gjennomsnitlig 28 mm ved grunnflaten med en total høyde på 12,5 mm målt perpendikulært på blokkens overflate. Grunnflaten for hver avsetning hadde derfor et areal som var . omtrent syv ganger større enn arealet av det opprinnelige ledende felt. Katodeenhetene ble kontrollert etterat avsetningene var fjernet og det viste seg at ikke noe av det omhyllende epoksymateriale var blitt revet løs ved fjernelse av avsetningene.

Eksempel 2

Katodeenheter fremstilt i henhold til foreliggende oppfinnelse, ble anvendt pånytt gjentatte ganger i henhold til den fremgangsmåte som er beskrevet ovenfor, og deres lange levetid uten behov for reparasjoner er vist i det følgende.

De følgende■forsøk i laboratorieskala ble gjennom-ført med katodeenheter som representerer de forskjellige modifikasjoner av flate felt og utført med korrugert tråd og tapp-tråd som beskrevet ovenfor. Elektrolytten var den samme som i eksempel 1, og hver katode målte 34 cm x 16,5 cm x 1,25 cm,

mens det ledende medium i alle forsøk var 304 rustfritt stål.

Katodeenhetene med korrugert tråd hadde 108 elliptiske ledende felter med et gjennomsnitlig areal på 0,44 cm og tapp-tråd-katodeenhetene hadde 154 sirkulære felt, hver med en diameter pa 6,25 mm og et areal pa o 0,31 cm 2. Det totale feltareal var derfor tilnærmet konstant for alle katoder og pa 47 cm 2. Start-strømmen var 1\ amp. som tilsvarer en startstrømtetthet på

2

1600 A/m . Denne strømtetthet avtok etterhvert som elektrolysen skred frem på grunn av den tredimensjonale vekst av avsetningene, og ble anslått til omtrent 220 A/m 2 ved avslutning av elektrolysen. Tre elektrolyseprosesser ble fullført hver uke og hver prosess hadde da en total strømmatning på 22,5 amp. dager. Etter hver elektrolyseprosess ble katodeenhetene med

..påsittende avsetninger fjernet fra elektrolysetanken, skylt i vann og lett skrapet for å få løs avsetningene. Katodeenhetene ble deretter ført tilbake til elektrolyseprosessen for neste gangs anvendelse. Levetiden for katodeenheten ble angitt som antall elektrolyseprosesser man oppnådde med en gitt katodeenhet før overflaten krevet reparasjon.

Det fremgår av tabell II at katodene i henhold til oppfinnelsen har en meget lenger levetid enn tidligere kjente.

Eksempel 3

En rekke avsetningsforsøk ble foretatt på to katoder med felter som hadde to forskjellige størrelser. Hver katode ble benyttet til avsetning av 14 g metallavsetninger med to forskjellige startstrømtettheter. Elektrolytten var den samme som i eksempel 1. Resultatene er vist i tabell III.

Elektroavsetningene fra feltene med 15 mm diameter var skiveformet og stort sett identiske når det gjelder den totale form, og de skilte seg bare fra hverandre når det gjelder overflatestrukturen. Elektroavsetningene som var dannet på de mindre felter var både kroneformet og skilte seg kvalitativt fra de skiveformede avsetninger.

Dette eksempel viser klart at kroneformen på produktet og de fordeler som følger med dette ikke skyldes den høyere strømtetthet som er knyttet til bruken av et mindre felt, men skyldes den absolutte størrelse av selve feltet.

Eksempel 4

Ytterligere forsøk ble foretatt, svarende til de i eksempel 3, men under anvendelse av en konstant feltstørrelse pa 10,5 mm og en konstant strømtetthet pa 2200 A/m 2. Avsetnings-tidene ble imidlertid variert slik at man fikk avsetninger med forskjellig vekt. Ved dette forsøk studerte man således virk-ningen av avsatt vekt på den avsatte form. Resultatene er vist i tabell IV.

Dette eksempel viser at avsetningene bibeholder en stort sett konstant formfaktor under veksten. Det er derfor klart at disse resultater sammenholdt med resultatene i eksempel 3, viser at den absolutte feltstørrelse er den viktigste vari-able ved bestemmelse av produktformen. De to eksemplertjener også til å fastlegge grensene for oppfinnelsen. Eksempel 3 viser at knappformene fremkommer ved avsetning på felter med en diameter på 15 mm og at foreliggende eksempel, i motsetning til dette, viser at et felt med en diameter på 10,5 mm gir en kroneformet avsetning. En praktisk begrensning for feltstør-relser for avsetning av kroneformer i henhold til oppfinnelsen synes derfor å være en diameter på omtrent 12,5 mm eller svar-

2

ende i areal til 1,25 cm .

Eksempel 5

En katode ble fremstilt som en utførelse med plasti-solbelagt korrugert tråd der det ble benyttet hevede felter i stedet for de flate felter som er beskrevet i eksempel 2. Matrisematerialet var en blanding av araldit med Hycar CTBN. Alle elektroavsetningsparametrene innbefattende strømtetthet, var de samme som i eksemplene 1 og 2. Katoden tålte 56 elektro-lytiske prosesser og ga avsetninger som var ennu lettere å fjerne enn for katodene med flate felter. De avsatte produkter var, bortsett fra en inntrykning i bunnen svarende til de hevede felter, i alle henseende lik de tidligere avsetninger.

Eksempel 6

En katode av laboratoriestørrelse ble bygget og hadde en tapp-trådanordning med et plastisolbelegg innleiret i en plastblokk av araldit med Hycar CTBN. Katoden hadde 154 felter på overflaten, hver med en diameter på 1\ mm. Katoden ble neddykket i en celle inneholdende en elektrolytt svarende til den som er gjengitt i eksempel 1. En strøm på 16^ amp. ble matet til cellen og dette tilsvarer en startstrømtetthet på 2300 A/m 2. Elektroavsetning av nikkel ble fortsatt i 14 dager, hvoretter katoden og avsetningene ble fjernet fra tanken og avsetningene løsnet ved en lett skrapning.

Ingen av avsetningene hadde gått over i hverandre

og de var alle kroneformet med ypperlig ensartet overflate.

Deres gjennomsnitlige vekt var 34 g og typiske mål var 21 mm diameter ved grunnflaten og 10,5 mm i høyde.

Eksempel 7

En katode med felter av en diameter på 7,5 mm ble bygget med en 304 rustfri stålplate-tappanordning, innleiret i polyuretan. Katoden ble neddykket i en celle inneholdende en elektrolytt svarende til den i eksempel 1, med en strømtetthet pa ° 16,5 amp. svarende til en startstrømtetthet på 2300 A/m 2. Tre elektrolyseprosesser ble utført hver uke med hver prosess avsluttet med stripping av nikkelavsetningene på den måte som tidligere er beskrevet. Katoden hadde gjennomgått 4 0 elektro-lysprosesser på det tidspunkt da dette skrives, og viste ingen tegn til forringelse.

Eksempel 8

Et avsetningsforsøk ble utført med en katode der feltene hadde en diameter på 1\ mm. Katoden ble anbrakt i en celle rned en kobberholdig sulfatelektrolytt, og kobber ble avsatt på feltene med en vekt på opptil 30 g ved anvendelse av en startstrømtetthet pa 1500 A/m 2. Forsøket ble gjentatt med felter som hadde en diameter på 15 mm. Avsetningene som vokste fra feltene på 1\ mm var kroneformet og hadde en S-faktor på 0.155, mens avsetningene på feltene med 15 mm diameter var skiveliknende og hadde en S-faktor på 0.095.

Eksempel 9

Et avsetningsforsøk ble utført svarende til forsøket i eksempel 9, bortsett fra at det ble anvendt en koboltklorid-elektrolytt. De resulterende koboltavsetninger var i form meget lik formen på kobberavsetningene i eksempel 9 og nikkelavsetningene som ble avsatt under de samme betingelser. Konklusjonen som må trekkes er derfor at fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan anvendes ved elektroavsetning av kobber og kobolt.

Claims (7)

1. Rektangulær katodeenhet for gjentatt anvendelse ved elektrolyttisk avsetning av metall i form av adskilte metallansamlinger som hver veier minst 5g, men ikke mer enn 5 0 g, og med to arbeidsflater på hver sin side av en integrert stiv blokk (2) av ikke-ledende materiale, og med en ledende metallanordning (5,8,10) innleiret i blokken, karakterisert ved at anordningen (5,8,10) har fremspring (6,9,13,14) i avstand fra hverandre stikkende gjennom overflaten av blokken (2), slik at det dannes en sats av massive, ledende metallfelter med en overflate på mindre enn 1,25 cm 2 og større enn 0,125 cm 2,. hvilke felter er i flukt med eller er hevet over overflaten av blokken (2) og er tilstrekkelig adskilt fra hverandre for elektrolyttisk avsetning av metallansamlinger som hver har en grunnflate mange ganger større enn arealet av metallfeltet, som en metallan-samling er avsatt på.

2. Katodeenhet som angitt i krav 1, karakterisert ved at de innleirede ledende metallanordninger er en rekke metalltråder (5) til hvilke det er festet ledende metalltapper (6) som danner fremspringene i avstand fra hverandre langs trådens lengder, hvilke tapper (6) stikker ut fra metalltrådene til overflaten av blokken og gjennom overflaten av ikke-ledende blokkmateriale, for derved å danne en katodeenhet med en sats av flate sirkulære metallfelter (9) som er i flukt med overflaten av blokken (2).

3. Katodeenhet som angitt i krav 1, karakterisert ved at den ledende metallanordning er en metall-* plate (8) hvortil det er festet en rekke ledende tapper i avstand fra hverandre på platens overflate, hvilke tapper (9) stikker ut fra metallplaten og gjennom overflaten av det ikke-ledende blokkmateriale (2), for derved å danne en katodeenhet med en sats av flate, sirkulære metallfelter som er i flukt med blokkens overflate.

4. Katodeenhet som angitt i krav 3, karakterisert ved at platen (8) er perforert med en flerhet av hull (16) mellom tappene.

5. Katodeenhet som angitt i krav 1, karakterisert ved at den innleirede ledende metallanordning er sammensatt av en rekke tråder (10) (fig. 3), med korrugeringer i avstand fra hverandre over trådens lengde, hvilke korrugeringer stikker gjennom overflaten av det ikke-ledende blokklegeme (2), for derved å danne en katodeenhet med en sats av elliptiske, ledende metallfelter (13) som er hevet over overflaten av blokken (2).

6. Katodeenhet som angitt i krav 1, karakterisert ved at den innleirede ledende metallanordning er dannet av en rekke tråder (10) med korrugeringer i avstand fra hverandre i trådenes lengderetning, hvilke korrugeringer stikker gjennom overflaten civ det ikke-ledende blokklegeme (2) og er avkortet ved den nevnte overflate for derved å danne en katodeenhet med en sats elliptiske, ledende metallfelter (14) som er i flukt med blokkens (2) overflate.

7. Katodeenhet som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den ledende metallanordning (5,8,10) og det omgivende ikke ledende blokkmateriale ( 2) «r adskilt av et parti ikke-ledende elastisk materiale (15) som skjærer overflaten av det ikke-ledende legeme (2), og er avkortet i planet for den nevnte overflate, for derved å danne en katode med en sats av felter (13) i flukt med eller hevet over overflaten, med feltene helt omgitt av en flat kant av det ikke-ledende materiale (15) som skiller feltene fra det ikke-ledende blokkmateriale (2).