NO772046L - Gjentatt anvendbar katode til bruk ved fremstilling av metallstykker - Google Patents

Description

"Gjentatt anvendbar katode til bruk ved fremstilling

av metallstykker"

Den foreliggende oppfinnelse angår en gjentatt anvendbar katodekjerne til bruk ved fremstilling av metallstykker eller "-knapper".

Elektrolytisk dannede rundlegemer av nikkel, som er hovedsakelig sirkulære og har en diameter på ca. 25 mm og en tykkelse på ca. 6 mm, anvendes i elektropletteringsindustrien som oppløselige anoder. Disse knapper fremstilles ved elektrolytisk avsetting av nikkel som har en lav indre spenning slik det erholdes avsatt på gjentatt anvendbare, såkalte permanente, kjerner (mandrels). Et avsatt materiale med høy indre spenning etter avsettingen har tendens'til å avskrelles fra en konven-sjonell, gjentatt anvendbar kjerne under den elektrolytiske avsettingsprosess, eller knappene kan falle av idet kjernen fjernes fra elektrolysebadet. Disse tendenser forårsaker vanskelig-heter ved fremstilling av rundlegemer av nikkel i stor målestokk.

Skjønt den konvensjonelle maskerte kjerne som har ledende områder eller "øer" av metall eksponert for elektrolysebadet, ofte kalles en permanent kjerne, er den ikke egentlig permanent. Masken av dekkmiddel på kjernen taper seg i elektrolysebadet og må fjernes og erstattes gjennomsnittlig etter ca. 10 produksjonscykler eller deromkring. De behandlinger av de bare metall-øer som hittil har vært foreslått til forbedring av adhesjonen mellom avsetninger med høye spenninger og underlaget, har enten ikke vært effektive i det hele tatt når det gjelder løsningen av problemet med utilstrekkelig knapp-adhesjon, eller de duger bare for opp til 5 produksjonscykler eller deromkring. De beste av de tidligere kjente forslag medfører således for-nyet behandling av katodekjernene omkring dobbelt så ofte som nødvendig er for'å reetablere masken av dekkmiddel,'som er mindre ledende enn metallet i den ledende ø.

US-patent nr.-3 577 330 og nr. 3. 668 081 og kanadisk patent nr. 955 195 beskriver prosesser og apparat for fremstilling av knapper av elektrolytisk nikkel, men det er vanskelig-heter, som angitt ovenfor, ved anvendelsen av disse prosesser og apparater.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse modifiseres de.ledende øer på en gjentatt anvendbar katodekjerne, slik at de kan bibeholde de elektrolytisk avsatte knapper til tross for høye indre strekkspenninger i knappene.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer således

en gjentatt anvendbar katodekjerne til bruk ved fremstilling av elektrolytisk avsatte, fjernbare knapper av metall eller legering med høye indre spenninger,karakterisert vedat kjernen omfatter en hovedsakelig flat plate med et vedheftende dekkmiddel som avgrenser ledende øer som har en hoveddimensjon på 7-50 mm på platen som steder for dannelse av knappene, idet hver av øene langs omkretsen er forsynt med en kontinuerlig eller hovedsakelig kontinuerlig fure med en dybde på 0,12-1,6 mm, hvor forholdet mellom furens dybde ogøens hoveddimensjon er fra 1:5 til 1:50. Fortrinnsvis er furen hovedsakelig paralle.il med perimeter-

eller omkrets-linjen for vedkommende ø.

Oppfinnelsen tilveiebringer også- en fremgangsmåte,

hvor et metall eller en legering avsettes elektrolytisk fra en elektrolytt for dannelse av fjernbare knapper som har en indre strekkspenning på minst 140 MPa og en tykkelse på 2-15 mm, på

en gjentatt anvendbar kjerne ifølge oppfinnelsen som er motstandsdyktig overfor betingelsene ved den elektrolytiske avsettingsprosess. Når den elektrolytiske avsetting er ferdig, fjernes knappene fra kjernen, slik at kjernen kan anvendes på ny.

I det følgende skal oppfinnelsen og dens utførelse beskrives nærmere ved hjelp av eksempler under henvisning til tegningen. Fig. 1 er en perspektivskisse av en kjerne ifølge oppfinnelsen, hvor målestokken er for liten til å vise furene i de sirkulære deler. Fig. 2 er et tverrsnitt, i større målestokk enn fig. 1, gjennom en av de sirkulære deler som er vist på fig. 1, og viser én form for furedannelse. Fig. 3 er et tverrsnitt, i en målestokk større enn på fig. 1, gjennom en av de sirkulære deler som er vist på fig.. 1,

og viser en annen form for furedannelse.

Den på fig. 1 viste kjerne består vesentlig av en flat plate 1, som i det vesentlige er av metall og er belagt med et vedheftende dekkmiddel eller maske 2 som avgrenser isolerte øer 3 av bart eller blottlagt metall, samt en opphengningsanordning 4. Denne anordning 4 tjener til å tilveiebringe elektrisk kontakt med en likestrømskilde (ikke vist) og til å holde kjernen opphengt i et elektrolyseb.ad (ikke vist) ..

Platen 1 er laget av metall, hvilket er valgt med hen-blikk' på at det skal være motstandsdyktig overfor det korrosive miljø ved den aktuelle elektrolytiske fremstilling av knappene. Det metall som er eksponert i øene 3, danner bare en kortvarig eller forbigående, brytbar forbindelse med et elektrolytisk avsatt metall. Når det gjelder bad for elektrolytisk fremstilling og raffinering av nikkel, kan det vanligvis anvendes metaller så som rustfritt stål (særlig et austenitisk stål), titan og aluminium. Når det arbeides i industriell målestokk, er platen 1 normalt ca. Imi kvadrat og ca. 3 mm tykk. Masken 2 har ikke en betydelig elektrisk ledningsevne ved spenninger som normalt anvendes for elektrolytiske avsettingsbad, eksempelvis mindre enn 10 volt. Masken 2 kan med fordel være et organisk belegg, for eksempel en epoksy-basert maling. Andre organiske belegg og også keramiske belegg kan anvendes for masken 2 forutsatt at de er motstandsdyktige overfor elektrolytten og har en passende lav elektrisk ledningsevne.

Hver av øene 3. har en hoveddimensjon på 7-50 mm og

er essensielt todimensjonale (bortsett fra furedannelsen) og kan i alminnelighet ha hvilken som helst form, eksempelvis kan ■ de være ovale, kvadratiske og rektangulære, men er fortrinnsvis ensartet sirkulære, som på fig. 1, slik at hoveddimensjonen er diameteren. Som illustrert på fig. 2 er det en fure eller fordypning 5, som fortrinnsvis har et V-formet tverrsnitt, i metall-overflaten av platen 1 nær overflaten av en ø, som kan være hvilken som helst av de sirkulære øer 3 som er vist på fig. 1.

Furen 5 er kontinuerlig rundt, men innenfor omkretsen (periferien) av øen 3 og er fortrinnsvis i det vesentlige parallell med øens periferi. For at knappene skal kunne fjernes fra øene 3 må furen 5 være slik utformet, hvilket kan skje ved hjelp av skjæreverktøy eller stanseverktøy, at mekanisk fastlåsing av elektrolytisk avsatt metall til øens overflate unngås. En annen egnet form for furer eller fordypninger eller illustrert på fig.

3, som viser en rekke konsentriske furer eller fordypninger 5

med fortrinnsvis V-formet tverrsnitt over størstedelen av overflaten av øen 3. Den viktige fure er den som ligger nær. omkretsen, av øen 3. Den eller de ytterligere furer er fortrinnsvis hovedsakelig parallelle med den første, vesentlige fure og har større avstand til periferien. Andre tverrsnittsformer kan.anvendes. forutsatt at de ikke medfører mekanisk fastlåsing av det avsatte materiale. Hvis det ikke anvendes en kontinuerlig eller hovedsakelig kontinuerlig fure 5 nær periferien, vil det elektrolytisk avsatte materiale på øen 3 ha tendens til å løsne ved kantene. Furen (særlig dens dybde og posisjon i forhold til periferien av øen 3) er avgjørende for den indre spenning i det avsatte materiale som kan motstås uten at kantene løsner eller det elektrolytisk avsatte metall skaller av. Innenfor den perifere fure eller fordypning kan andre furer eller fordypninger tilveie-bringes i hvilken som helst ønsket form, forutsatt at formen ikke medfører fastlåsing av det avsatte materiale. Eksempelvis kan et produktidentifiseringsnummer eller et varemerke dannes som fordypninger i de sentrale deler av øene 3. Skjønt det selvsagt, er mulig å ha både noen øer forsynt med furer som illustrert på fig. 2 og også andre øer forsynt med furer som vist på fig.. 3

på en og samme kjerne, er det vanlig å anvende bare en furetype på en gitt kjerne.

. Som nevnt ovenfor er dybden av den perifere fure eller fordypning 5 viktig. Den må være innen området 0,12-1,6 mm, f.eks. 0,12-1,3 mm.. Forholdet mellom hoveddimensjonen av den (todimensjonale) ø 3 og dybden av nevnte (perifere) fure 5 må være fra 5:1 til 50:1. Denne dybde og relasjon sikrer at elektrolytisk avsatt metall som har en indre strekkspenning høyere enn ca. 200 megapascal (MPa),kan hefte til kjernen under den elektrolytiske avsettingsprosess til tykkelser fra 2 mm opp til ca. 10 mm og vil være vedheftende til kjernen ved endt elektrolytisk avsetting, men slik at knappene relativt lett lar seg fjerne fra kjernen. Kraften mellom kjernen og knappen overstiger i alminnelighet ikke ca. 50 newton (N). Etter fjerningen fra kjernen forandres den indre spenning i knappene til en viss grad, av-hengig av furedannelsen på kjernen.

Ved konstruksjonen av en kjerne ifølge oppfinnelsen

er det viktig at dybden av furen 5 i alminnelighet ikke overstiger halvparten av tykkelsen av platen 1, fordi masken (dekk-midlet) 2 og øene 3 normalt er til stede på begge sider av platen 1. ■ Ved å anbringe øene 3 på den ene side av platen 1 forskjøvet i forhold til øene på den andre siden, vil man imidlertid kunne anvende furer"som er dypere enn halvparten av tykkelsen av platen 1, men dette vil i alminnelighet ikke være ønskelig. Skjønt fig. 2 og 3 viser furer på bare den ene side, vil det for-ståes at de furer som er vist, like godt kunne foreligge på begge sider. Det foretrekkes at bredden av en fure 5 på metallover-flaten av en ø 3 er omtrentlig like stor som dybden av furen 5.

Kjernen ifølge den foreliggende oppfinnelse er først

og fremst egnet til bruk i elektrolytiske avsettingsprosesser hvor det avsatte metall eller legering har en indre strekkspenning (eller trykkspenning) på 140 MPa eller mer og avsettes over et tilstrekkelig langt tidsrom til at det erholdes en avsetning med en tykkelse på 2-15 mm. Ved anvendelse av elektrolytisk avsetting' av nikkel, som eksempel er det vanskelig å angi bredt de nøyaktige avsettingsbetingelser som vil resultere i en gitt' indre strekkspenning, fordi den indre strekkspenning er følsom overfor forurensninger i elektrolytten, hvilke kan være vanskelig å identifisere eller måle. Med mindre tidligere erfaring er tilgjengelig bør den indre spenning i et avsatt materiale følgelig måles ved hjelp av en av de kjente metoder. Den metode som er beskrevet av Robert Brugger på side 69 og 70 i "Nickel Plating", publisert av Robert Draper Ltd., i 1970, ble anvendt til måling av de spenninger som er omtalt i det foreliggende.

De følgende eksempler vil ytterligere belyse oppfinnelsen.

EKSEMPEL 1

Kjerner ifølge oppfinnelsen av rustfritt stål med fure-mønsteret i det vesentlige som vist på fig. 2 og 3, og som var fremstilt ved snitting på separate sirkulære øer 3 begrenset av et epoksy-dekkmiddel 2, ble anvendt som katoder for fremstilling av nikkel fra et elektrolysebad inneholdende følgende:

Øene med et furemønster som på fig. 2 hadde en diameter på 9,52 mm, og furedybden var 1,58 mm. De øer som hadde et furemønster som vist på fig. 3, hadde en diameter på 31,7 mm, mens furedybden var den samme. Nikkel ble.avsatt elektrolytisk fra badet ved en katode-strømstetthet på ca. 486 ampere/m 2 (A/m 2) målt på basis av det eksponerte område av bart metall (som om øene ikke hadde furer), 1 to tidsperioder på 6 dager, idet knappene ble fjernet etter hver 6-dagers periode. Etter de 6 dager heftet de knapper som hadde en indre strekkspenning på 402 MPa, til kjernen med en gjennomsnittlig kraft på ca. 18 N.

EKSEMPEL 2

En lignende test som den i eksempel 1 ble utført med furemønsteret som illustrert på fig. 2 og 3 senkestanset i overflaten av de sirkulære øer, diameter 15,9 mm, på en maskert kjerne av rustfritt stål. Innenfor de furer som er vist på fig.

2 og 3, var det senkestanset yt-cerligere fordypninger med en dybde innen området 0,20-0,38 mm. På disse kjerner ble det i løpet av 6 dager avsatt nikkelknapper fra én syntetisk raffi-neringselektrolytt, og disse hadde en indre strekkspenning på

303 MPa. Den kraft som var påkrevet for fjerning av knappene fra kjernene, var i gjennomsnitt 30 N.

Ovenstående eksempler illustrerer bruken av kjernen ifølge oppfinnelsen ved elektrolytisk avsetting av nikkel, men kjernen er også egnet til bruk ved andre elektrolytiske avsettingsprosesser hvor metall avsettes med meget høy indre spenning. Slike metaller innbefatter kobolt, jern, krom og legeringsavset-ninger av nikkel-kobolt og nikkel-jern.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også elektrolytisk avsatt metall eller legering med indre spenninger, fortrinnsvis nikkel, i form av knapper med en tykkelse på 2-15 mm og med tp hovedflater hvor det på den flateste er en hovedsakelig kontinuerlig kant av metallet eller legeringen, med en høyde på 0,12-1,6 mm, innenfor, nær omkretsen av en del av knappen som, under dannelsen av knappen ved elektrolytisk avsetting, hadde vært i kontakt med en elektrisk ledende del som hadde en hoveddimensjon på 7-50 mm på katoden, hvor forholdet mellom høyden av kanten og hoveddimensjonen av den elektrisk ledende del av katoden er fra 1:5 til 1:50.

Claims (17)

1. Gjentatt anvendbar katodekjerne til bruk ved elektrolytisk avsetting av metall eller legering i form av stykker eller knapper med høy indre spenning, karakterisert ved at kjernen omfatter en hovedsakelig flat plate forsynt' med et vedheftende dekkmiddel som avgrenser ledende øer med en hoveddimensjon på 7-50 mm på platen som steder for dannelse av knappene, • hvor hver av øene nær sin omkrets (perimeter) har' en rundtgående kontinuerlig eller hovedsakelig kontinuerlig fure med en dybde på 0,12-1,6 mm, hvor forholdet mellom furens dybde og øens hoveddimensjon er fra 1:5 til 1:50.

2. Kjerne ifølge krav 1, karakterisert ved at øene er sirkulære.

3. Kjerne ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at furen er hovedsakelig parallell med øens om-kretslinje.

4. Kjerne ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved atø ens overflate innenfor nevnte fure har en eller flere ytterligere fordypninger.

5. Kjerne ifølge krav 4, karakterisert ved at den ytterligere fordypning eller de ytterligere fordypninger består av en ytterligere fure eller furer som er hovedsakelig parallelle med den i krav 1-3 angitte fure.

6. Kjerne ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at furen eller furene er dannet ved snitting.

7. Kjerne ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at furen eller furene er dannet ved stansning.

8. Kjerne ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at furen eller furene har et V-formet tverrsnitt.

9. Kjerne ifølge krav 1, hovedsakelig som beskrevet i det foregående.

10. Kjerne ifølge krav 1 hovedsakelig som beskrevet i det foregående og illustrert på tegningens fig. 1 og 2 eller fig. 1 og 3.

11. Fremgangsmåte til fremstilling av fjernbare knapper med en indre strekkspenning på minst 140 MPa og en tykkelse på 2-15 mm, idet et metall eller en legering avsettes elektrolytisk fra en elektrolytt, karakterisert ved at det anvendes en gjentatt anvendbar katodekjerne ifølge et av de foregående krav som er motstandsdyktig ved de anvendte elektrolyse-betingelser, og at knappene fjernes fra kjernen når den elektrolytiske avsettingsprosess er fullført.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at metallet er nikkel.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 11 hovedsakelig som beskrevet i eksejnplene 1 og 2.

14. Metall- eller legeringsknapper fremstilt ved en fremgangsmåte ifølge et av kravene 11-13.

15. Metall- eller legeringsknapp med indre spenninger, hvor knappen er fremstilt ved elektrolytisk avsetting med en tykkelse på 2-15 mm og har to hovedflater, karakterisert ved at den flateste av disse er forsynt med en hovedsakelig kontinuerlig kant av metallet eller legeringen med en høyde på 0,12-1,6 mm innenfor, nær perimeteren av en del av knappen som under den elektrolytiske avsettingsprosess hadde vært i kontakt med en elektrisk ledende del som har en hoveddimensjon på 7-50 mm, på katoden, hvor forholdet mellom kantens høyde og hoveddimensjonen av den elektrisk ledende del av katoden er fra 1:5 til 1:50.

16. Metall- eller legeringsknapp ifølge krav 15, hvor metallet er nikkel.

17. Metall- eller legeringsknapp ifølge krav 15, hovedsakelig som beskrevet.