NO152375B - Elektrode for elektro-utfelling av nikkel, og fremgangsmaate til fremstilling av elektroden - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en elektrode for elektrolytisk avsetning av nikkel med passende vedheftning slik at de avsatte nikkelflak lar seg fjerne fra underlaget. Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte til fremstilling av elektroden. Oppfinnelsen er angitt i kravene og det vises til disse.

Elektroder ifølge oppfinnelsen er kjerner (mandriller)

på hvilke nikkel kan avsettes fjernbart. De blir derfor her også kalt kjerner.

Kjerner på hvilke nikkel avsettes elektrolytisk og der-etter fjernes, fremstilles vanligvis av platemateriale av rustfritt stål, titan eller aluminium. De kan være ledende over hele sin overflate, eller deler av overflaten kan være gjort ikke-ledende på en av mange forskjellige måter, slik at avsetningen bare finner sted på de gjenværende ledende områder. Det er kjent at de ledende områder må være i stand til for det første å bevirke vedheftning av nikkel under avsetningen og for det annet tillate påfølgende fjerning av nikkelet uten betydelige vanskeligheter.

To faktorer som er viktige for oppnåelse av den nødvendige vedheftning av det avsatte materiale til kjernen, er det avsatte materiales indre spenning og overflateruheten av de ledende områder av kjerneoverflåtene. Når den indre spenning er lav, vil i alminnelighet en høy grad av kjerneruhet bevirke for sterk vedheftning, og det er vanskelig å fjerne det avsatte nikkel fra kjernen; når den indre spenning er høy, vil for liten kjerneruhet bevirke utilstrekkelig vedheftning, og det avsatte nikkel vil ha tendens til å skilles fra kjernen under den elektrolytiske avsetning.

Et problem som oppstår ved industriell fremstilling, er at det ikke er mulig å holde den indre spenning i det avsatte nikkel konstant over lengre tid. Av forskjellige grunner, både kjen-te og ukjente, har den elektrolytiske sammensetning tendens til å variere og føre til forandringer i det avsatte materiales indre spenning.

Sand har funnet alminnelig anvendelse som et middel for blåstbehandling og derved rugjøring av de ledende overflater av kjernen, men man har funnet at sandblåste overflater ikke gir den nødvendige grad av toleranse når det gjelder vedheftningen og den påfølgende fjerning eller stripping av nikkelavsetninger med forskjellige indre spenninger.

Det er derfor et behov for en kjerne hvis ledende overflater er i stand til fjernbart å motta elektrolytisk avsatt nikkel som oppviser et område for indre spenninger. For å oppnå en kjerne til hvilken det elektroavsatte nikkel vil hefte i en slik grad at det lett kan strippes av, til tross for variasjoner i den indre spenning i det avsatte materialet, er det ikke til-strekkelig bare å rugjøre overflaten. Overflater som er rugjort ved sandblåsing er ikke tilfredsstillende. Grunnen til dette var ikke kjent før den nå ble funnet å være at fordypningene hadde en avrundet perimeter. Et klart bedre resultat oppnås når fordypningene har skarpe kanter, samt en spesiell størrelse.

Fra norsk patent 143 388 er det kjent å rugjøre elektrode-kjerner for avsetning av nikkel over et sammenhengende område på minst 1 dm 2. Som slipemiddel angis sand, glass- eller A^O^-partikler, men den tilsiktede ruhet angis ikke å være avhengig av slipemidlets art. Den eneste ruhet som er angitt (for sand)

i eksemplene er relativt stor, og det er ingen antydning om at når aluminiumoksyd anvendes istedenfor sand, så bør en annen, forskjellig ruhet anvendes, heller ikke fremgår det at man derved ville kunne oppnå et bedre resultat.

Kjerner ifølge oppfinnelsen for elektrolytisk avsetning kan hensiktsmessig være i form av en plate av inert metall så som titan eller rustfritt stål. De er hensiktsmessig forsynt med hen-georganer ved den ene ende og er belagt med et elektrisk isolerende overtrekk (f.eks. epoksymaling) på begge sider av platen med unntagelse av eksponerte øer av bart, inert metall. Hver ø kan eksempelvis være hovedsakelig sirkulær og ca. 2,5 cm i diameter. Alternativt kan kjernen omfatte en oppbygget struktur av inertmetallenheter som definerer elektrisk forbundne øer,

mens hele strukturen unntatt de eksponerte øer og hengerorganene eller andre elektriske forbindelsesmidler er innleiret i en iso-lator, så som plast.

Overflatebehandling av kjernemetaller, så som rustfritt stål av type 304, for fremstilling av kjerner ifølge oppfinnelsen kan utføres i hvilket som helst hensiktsmessig apparat som vil bevirke jevn abrasjon av metalloverflaten, og i hvilket abrasjonsmidlets natur kan kontrolleres/reguleres. Gode resultater er blitt oppnådd ved anvendelse av sentrifugalblåseenheter av hjulty-pen, eksempelvis slik de produseres av Wheelabrator-Frye, Inc., kombinert med resirkuleringsutstyr for abrasjonsmidlet, herunder sikteanordninger for fjerning av underkorn. Lignende gode resultater oppnås ved anvendelse av luftblåseapparater, f.eks. slik de produseres av Zero Manufacturing Company, også her forutsatt at det anvendes midler til å holde abrasjonsmidlets kornstørrelse konstant.

Det er blitt funnet at sandblåsing ikke er en tilfredsstillende metode til å overflatebehandle kjerner. Våre undersøkel-ser har vist at sand alt for lett nedbrytes under blåseoperasjonen, slik at det er meget vanskelig å opprettholde en bestemt kornstør-relse når det gjelder sand. Den fragmentering av sandkornet som finner sted ved anslag mot metalloverflaten, medfører dessuten at mikrofordypningen i metalloverflaten får en avrundet perimeter istedenfor en skarpt definert perimeter som oppnås når jern-sand eller aluminiumoksyd anvendes som abrasjonsmiddel. Den nøyaktige type av overflatemorfologi som produseres ved behandlingen av overflaten, bestemmer det område av overflateruhet som vil være tilfredsstillende for kjerner til bruk ved elektrolytisk utvinning eller raffinering av nikkel. Støpejernsand gir hovedsakelig kopp-formede mikrofordypninger på kjerneoverflaten.

Anvendbare kjerneoverflater som har eksponerte, ledende metalloverflater med diameter 2,5 cm for elektrolytisk avsetning av nikkel, fremstilles ved blåsing med støpe jernsand til en RMS-overflateruhet på 3,3-7,6^um. I alminnelighet vil kjerner med denne konfigurasjon være tilfredsstillende for nikkelavsetninger med indre spenninger i området fra ca. 100 eller 150 til 700 N/mm<2>. Nikkelflak ("rounds") meden diameter på 2,5 cm avsatt elektrolytisk på en slik kjerne vil motstå en trekk-kraft på 11,36 kg i en retning vertikalt på kjernens plan og vil bli skilt fra kjernen når det på lignende måte utsettes for en trekk-kraft på 4 5 kg. Det er blitt funnet at nikkelflak som oppviser således målte ad-hesjonsegenskaper, vil hefte til kjernen under den elektrolytiske avsetning og være lett fjernbare fra kjernen etter endt avsetning.

Lignende resultater oppnås med kjerner som er blåst under anvendelse av aluminiumoksydsand, med unntagelse av at RMS-overflateruheten må være i området 0,6-3,8^um. Grunnen til at den mindre ru aluminiumoksydbehandlede overflate synes å ha samme virkning som den mer ru overflate som erholdes ved anvendelse av støpejernsand, synes å være at overflatefordypningene som dannes av aluminiumoksyd, er vinkelformet og pyramidale av fasong, hvilket gir bedre fastkiling av det avsatte metall til kjerneoverflaten . Disse kjerner kan med godt resultat anvendes ved avsetning av nikkel som har indre spenninger innen det samme område som angitt for de kjerner som fremstilles med støpejernsand.

De følgende eksempler vil ytterligere belyse oppfinnelsen.

Eksempel I

3 mm tykke plater av rustfritt stål, type 304, ble sand-blåst på begge sider under anvendelse av støpejernsand med stør-relser i området 0,71 - 0,125 mm. De behandlede, plater ble opp-kuttet i stykker på 18 cm x 23 cm, forsynt med elektriske kontakt-organer og påført epoksytrykkfarge i et mønster bestående av 2,54 cm diameters begynnelsessirkler på 3,5 cm sentra. Plettering med krom ble anvendt for å binde epoksytrykkfargen til kjernene. Etter påføringen av trykkfargen og herdning ble krommet fjernet fra begynnelsessirklene ved anodisk oppløsning i fortynnet natrium-hydroksydoppløsning (45 g/l NaOH).

Kjernene ble plettert i et 40 1 simulert raffinerings-bad inneholdende: 285 g/l NiS04.6H20

35 g/l NiCl2.6H20

75 g/l NaCl

20 g/l H3B03

Badtemperaturen ble holdt ved 60°C, og pH ble holdt mellom 3,5 og 4,0. En rører ble anvendt for omrøring av oppløsningen. Kato-destrømtettheten var i begynnelsen 648 A/m 2. Cellestrømmen ble opprettholdt ved begynnelsesverdien mens flakene av avsatt materiale vokste over en tidsperiode på 6 dager. Svovelholdig nikkel ble anvendt som anodemateriale.

Den indre spenning ble regulert til bestemte nivåer under anvendelse av p-toluensulfonamid. Dette ble ved hjelp av en opp-løsnings-doseringspumpe tilsatt i de mengder som var påkrevet for å opprettholde indre spenninger på ca. 0,175 og 325 N/mm 2. Bruk av spenningsnedsettende middel var ikke påkrevet for oppretthol-delse av en indre spenning på 480 N/mm^. Målingene av den indre spenning ble utført direkte i det nevnte 40 1 bad under anvendelse av Brenner-Senderoffs spirall-kontraktometer anordnet mellom to parallelle anoder. En strømtetthet på 648 A/m 2 ble anvendt, og nikkelmetallet ble avsatt til en tykkelse på bare 5^um i den hensikt å gi en nøyaktig indikasjon på spenningsnivået i begynnelsen av flakveksten.

Flakenes adhesjon ble bestemt ved måling av den kraft som var påkrevet for å trekke flakene av kjernen i retning nor-malt på kjernens plan under anvendelse av konvensjonelt strekk-prøveutstyr. Flakene ble trukket av ved hjelp av bolter som ble festet til dem med en epoksysement. Boltene kunne så gripes av strekkprøvemaskinen. En kjerneoverflate som krevet mer enn ca. 450 N for å fjerne flakene, ble ansett å tilveiebringe for sterk adhesjon. Disse flak lot seg vanligvis meget vanskelig fjerne. En kjerneoverflate som krevet mindre enn ca. 100 N for å fjerne flakene, ble ansett å tilveiebringe utilstrekkelig adhesjon. Ofte falt flakene av disse kjerner før utprøvningen.

Det ble funnet at det med en foretrukken RMS-overflateruhet på 5-6 ^um, målt ved hjelp av en "PROFILOMETER"-overflateruhet-analysator, ble oppnådd tilfredsstillende vedheftning av det avsatte materiale og påfølgende fjerning fra kjernen ved indre spenninger fra ca. 100 til ca. 500 N/mm 2.

Eksempel II

Kjerner av samme form og størrelse som de i eksempel I ble blåst med aluminiumoksyd under anvendelse av luftblåseutstyr kombinert med innretninger for klassifisering og returnering av aluminiumoksydsanden, hvorved kornstørrelsen av den aluminiumoksydsand som ble tilført sandblåsningsenhetene, ble regulert. Disse kjerner ble maskert, og nikkel ble avsatt elektrolytisk på de umaskerte kjerneoverflater på samme måte og fra den samme bad-typen som i eksempel I. Ved utprøvning på samme måte som i eksempel I ble det funnet at kjerner som hadde en foretrukken RMS-overf lateruhet på 1,1-1,5/Um RMS var tilfredsstillende for avsetning av nikkelflak med indre spenninger på o ca. 325 N/mm 2.

Claims (2)

1. Elektrode for elektroutfelling av nikkel, hvilken elektrode har en overflate som består av flere adskilte elektrisk ledende overflater, elektrisk forenet med hverandre, men skilt fra hverandre på overflaten av elektroden gjennom et elektrisk isolerende materiale, og hvor den eller de ledende overflater er rugjort ved blåsing med slipende partikler, karakterisert ved at ruheten ut-gjøres av mikrofordypninger med skarp kant, og at ruheten er 0,6-7,6ym RMS.

2. Fremgangsmåte til fremstilling av en elektrode ifølge krav 1,karakterisert ved at den eller de ledende overflater blåses (a) med aluminiumoksyd-slipemiddel, hvorved det erholdes hovedsakelig pyramideformige mikrofordypninger og en overflateruhet på 0,6-3,8pm RMS, eller (b) med støpejern-slipemiddel, hvorved det erholdes hovedsakelig koppformige mikro-fordypninger og en overflateruhet på 3,3-7,6ym RMS.