NO874705L - Forming av aluminiumoksydark. - Google Patents

Description

ALCAN INTERNATIONAL LIMITED.

Når et aluminiumetallsubstrat anodiseres i en elektrolytt så som svovelsyre eller fosforsyre dannes en anodlsk oksydfllm på overflaten. Denne film har et relativt tykt porøst lag omfattende Jevnt adskilte porer som utstrekker seg fra den ytre overflate og innad mot metallet og et relativt tynt ikke-porøst barrierelag tilstøtende metall/oksydgrense-flaten. Når anodiseringen fortsetter vil metallet omdannes til oksyd ved metall/oksydgrenseflaten og porene vil utstrekke seg ytterligere inn i filmen, slik at tykkelsen av barrierelaget forblir konstant. Tverrsnittet og avstanden mellom porene og tykkelsen av barrierelaget er alle proposjo-nale med anodiseringspenningene.

Det er mulig å separere den anodiske oksydfilm fra metallsubstratet. Hvis barrierelaget også fjernes så blir det tilbake et porøst, anodisk aluminiuoksydark. Slik ark er nyttige som filter eks. for avsaltning av saltvann, avvanning av myse eller for dialyse. Andre anvendelser innbefatter bakteriefil-teret for kaldsterilisering, samt gassrensning.

I EPA 178831 beskrives en fremgangsmåte for fremstilling av et porøst, anodisk aluminiumsoksydark ved å anodisere et aluminiummetallsubstrat, langsomt nedsette den pålagte spenning under kontrollerte betingelser til et nivå generelt under 3V, forsiktig løfte det anodiske oksydark fra metallsubstratet og tørke arket.

Avhengig av tykkelsen har det resulterende ark en ganske god bruddstykke men et relativt dårlig bøystyrke og er relativt skjør og sprø.

For høy virkningsgrad må filteret ha et høyt filterareal per enhetsvolum. Dette er ikke lett å oppnå med flate ark av filtermateriale. Det er således vanlig å brette, folde eller rulle filterarkene til spiraler for å forøke overflatearealet per enhetsvolum. Imidlertid kan konversjonelle teknikker ikke anvendes for anodiske aluminiumoksydark pga deres skjørhet.

Foreliggende oppfinnelse er delvis basert på oppdagelsen at hvis slike ark omhyggelig fuktes blir de meget mere fleksible enn når de er tørre. Denne oppdagelse var uventet. Oppfinnelsen tilveiebringer således i henhold til et trekk en fremgangsmåte ved å forme et anodisk aluminiumoksydark til en ønsket form, hvilken fremgangsmåte omfatter å fukte arket, forme det fuktede ark til den ønskede form og deretter tørke arket i denne form.

Oppfinnelsen er delvis også basert på oppdagelsen av at arket bedre tolerer (uten sprekking) bøying i en retning enn i en annen. Denne oppdagelse gjelder både for fuktige og tørre ark, selv om våte ark er mere istand til å tolerere bøying i en hvilken som helst retning enn for tørre. Som nevnt ovenfor blir aluminiumoksydarket fremstilt ved anodisering av et aluminiumsubstrat, hvilket substrat i seg selv har blitt formet ved forlengelse, eksempelvis valsing i en spesiell retning. Det har vist seg at det anodiske aluminiumoksydark, etter separasjon fra substratet er mere tolerant mot (uten sprekker) bøying i en retning på tverrs av, dvs i rett vinkel til forlengelsesretningen. I henhold til et annet trekk tilveiebringer oppfinnelsen en fremgangsmåte for å forme et aluminiuoksydark til en ønsket form, idet arket er fremstilt ved anodisering av et aluminiumsubstrat som på forhånd er forlenget i en spesiell retning, hvilken fremgangsmåte omfatter å bøye arket i en retning på tverrs av den spesielle retning og således forme arket uten sprekking til den ønskede form. Dette trekk ved oppfinnelsen gjelder både fuktige og tørre ark. Tverretningen er fortrinnsvis minst 30° i forhold til forlengelsesretningen.

Selv om andre fremgangsmåter er beskrevet i litteraturen så fremstilles utgangsarket fortrinnsvis i henhold til fregangsmåten ifølge EPA 178831. Generelt fuktes arket med vann da andre væsker kan representere en brannfare, og ved romtemperatur. Arket blir fortrinnsvis formet til den ønskede form ved valsing. I denne forbindelse betyr valsing eller rulling en oppkrølling av membranen, eksempelvis til en rør-formet eller spiralform. For å unngå bøying og sprekking av arket under denne operasjon så blir en sylindrisk former fortrinnsvis anvendt. For å sikre vedheftning av arket til formeren, kan et klebemiddel anvendes på overflaten av denne. Alternativt er formeren hul og perforert og det anodiske oksydlag kan holdes på plass ved å senke trykket inne i formeren. Etter valse/rulleoperasjonen er ferdig kan arket temporært holdes i stilling på formeren ved hjelp av klips eller klemmer.

Alternativt kan arket deformeres til den ønskede form ved å pålegge en trykkskjell over arket, eksempelvis å pålegge vakuum på en side av arket eller ved trykkformning.

Arket har fortrinnsvis en tykkelse på 10 - 80 pm, mere spesielt 15 - 75 pm. Tykke ark har en tendens til å være ganske ufleksible selv i fuktet tilstand.

En enkelt tykkelse av arket kan rulles rundt formeren. Mere vanlig er imidlertid at flere tykkelser av arket vikles rundt formeren av en spiral med avstandsanordninger mellom tilstøtende lag av det anodiske ark. For dette formål kan et fuktet ark legges på en flat oveflate og et avstandsark legges på toppen av dette og de to rulles sammen rundt formeren. Alternativt kan en stabel av flere ark, idet anodiske oksydark og skilleark kan legges vekselsvis på en flat overflate og deretter rulles opp sammen. Når det anodiske oksydark er så tynt at det er sprøtt i seg selv så kan det anvendes på en porøs bærer, i hvilke tilfelle en stabel av vekselvise (bærer + anodisk oksyd) ark og skilleark kan bygges opp.

De beskrevne deformasjoner er generelt elastiske, dvs at når den deformerede kraft fjernes vil arkene returnere i det vesentlige til dets opprinnelige form. Dette er også tilfelle selv om arkene deformeres i våt tilstand og deretter tørkes ved lav temperatur i deformerte tilstand.

Forskjellige teknikker kan anvendes for å holde det formede ark i den ønskede form, innbefattende støtteklips, klebemiddel og varmestabling. Når den ønskede form innbefatter overlappende deler av arket kan det formede ark holdes iform ved hjelp av et klebemiddel. Som påføres mellom overlappende deler. Arket kan fordelaktig formes i nærvær av en oppløsning av fosforsyre som kan være fordelaktig, spesielt ved å virke som et klebemiddel ved tørking.

Oppfinnelsen er ytterligere basert på oppdagelsen at det formede ark kan oppvarmes under betingelser som varmesetter det i det ønskede form. Hvis det formede ark, i våt eller tørr tilstand, oppvarmes fortrinnsvis til en temperatur i området 200 - 650°C i 5 - 500 min så er det funnet at det vil bibeholde sin form uten behov for klips, støtter eller klebemiddel. Lengere tider og/høyere temperturer kan anvendes. Det formede ark kan anvendes i posisjon på en former som tilveiebringer mekanisk styrke eller anvendelse. Alternativt kan formeren fjernes men en annen form for bærer er generelt nødvendig for å unngå risikoforbruk. Det eksisterer allerede en filteranordning som innbefatter en opprullet membran, men de anvendte membraner er organiske og polymere og er nødvendigvis ikke av sprø natur. Den eksister-ende anordning kjent som en spiralviklet membranmodul, hvor membranen er plassert som en sandwich i en porøs bærer og deretter viklet til en spiral konfigurasjon. Et relativt høyt overflateareal kan installeres per enhetsvolum og omkost-ningene er relativt lave. Anvendelse av anodiske aluminiumoksydark for å erstatte organiske polymermembran i denne anvendelse kan være fordelaktig fordi de anodiske membranark har høy porøsitet og en snever porestørrelsefordeling hvilket gir høye strømningshastigheter med skarp "cut-off".

Eksempel .

For å utføre denne operasjonen ble et anodisk alumiumoksydark (60mm x lOOmm, tykkelse 30>jm) plassert i en grunn skål med avionisert vann inntil arket var fullstendig vått. Det ble deretter fjernet forsiktig og plassert på en ren flat overflate, dvs en glassplate idet man unngikk å brette eller bryte arket i prosessen. Kantene av membranarket ble forsiktig løftet opp og underkastet en forsiktig rullende bevegelse. Et ekstremt lavt trykk ble påført arket mens det ble rullet. Når det fullstendige ark var dannet til et rør ble den løse ende festet i sin endelige stilling. Arket var i rørform og forsiktig plassert i en ovn ved 40°C og forble der til det var fullstendig tørt. Festeklippen på rullen ble deretter fjernet og røret gjeninntok sin form. Det er mulig å fremstille en holder for denne rull for anvendelse i en filtreringsprosess.

Eksempel 2.

Forsøket beskrevet i eksempel 1 ble gjentatt med 2 ark anodisk oksydfilm med en tykkelse på 30jjm, fremstilt ved anodisering i fosforsyre. Begge ark ble renset omhyggelig i avionisert vann. Det første ark ble fuktet med avionisert vann før det ble formet til et rør. Det andre ark ble fuktet med fortynnet svovelsyre før det ble formet til et rør. Begge rørene ble deretter holdt i form ved hjelp av en holdeanord-ning og tørket ved 40°C i 17 timer. Ved fjerning av holdean-ordningen ble den velvaskede membran funnet å gjenvinne sin opprinnelige flateform. Det andre ark som var fuktet med fortrynnet fosforsyre bibeholdt sin rørform.

Det er antatt at fosforsyren gjør membranoverflaten svakt klebrig og ved tørking vil det overlappende lag bli limt sammen og bibeholder rørformen.

Eksempel 3.

Velvaskede 30pm tykke asymetrlske membraner med størrelse ca. lOcm x 4cm, fremstilt ved anodisering i blandet syre, ble bløtlagt i avionisert vann i 15 min ved 20°C og deretter rullet til å gi en sylindrisk form hvor kantene av membranen overlappet. De rullede membraner ble holdt iform i et beger og oppvarmet i en ovn til temperaturer mellom 100°C og 650°C i tider fra 60 min til 480 min. Ved avkjøling til romtemperatur ble membranene tatt ut av begeret og den resulterende form observert. Ved temperaturer under 200°C var det ingen bibeholdelse av den sylindriske form og membranene gikk enkelt tilbake til deres opprinnelige flatearkform. Oppvarming i flere timer ved 200°C resulterte i en viss retensjon av formen og god formretensjon ble oppnådd ved oppvarming i 1 time ved 400°C eller 650°C, se tabell 1). Sylinderen ble oppvarmet til 400°C eller 650°C bibeholdt deres form etter eksponering med kaldt eller varmt (60°C) avionisert vann i flere timer, hvilket indikerer at en permanent forandring i formen ble tilveiebragt ved disse varmebehandlinger.

Eksempel 4.

Tørre, velrensede 30jjm og 60jjm tykke asymertriske og asymetriske membraner på ca. 26cm x 12cm ble fremstilt ved anodisering i fosforsyre og rullet rundt en 24mm diameterform. Membranene ble med hell fremstilt når lengde-akselen av sylinderen dannet 90°, 45° eller 30°C til utvals-ningsretningen av arket av aluminium fra hvilket det anodiske oksydlag ble dannet. Sprekking oppsto når sylinderene ble formet med deres lengdeakse paralell med valseretningen for aluminumarket.

En sylinder dannet ved å rulle den tørre film ble festet og oppvarmet til 650°C i 1 time. Ved avkjøling og frigjøring av formholderen så ble sylinderformen bibeholdt.

Eksempel 5.

Dette eksempel viser vakuumforming av en anodisk membran for å tilveiebringe et korrugert ark.

Formen som ble anvendt ved formingen var fremstilt fra en flat aluminiumplate i hvilken 2 sett spor ble utskåret. I et sett sporene var toppene lOmm fra hverandre og dalene var 4mm dype. Det andre sett var finere med topper 5mm fra hverandre og kun 2mm dype. Sporene hadde generelt en sinus-bølgeform og de øverste delene av toppene i begge sett var i samme plan. Forming ble utført ved å legge anodisk membran med dimensjonen lOcm x 7cm over begge sett av sporene. En fleksibel plastvakuumpose ble plassert rundt kombinasjonen og luften evakuert langsomt over periode på 1 time ved hjelp av en roterende vakuumpumpe. Når luften ble fjernet falt vakuum-posen sammen ned på membranen og presset denne ned i formen.

Membranene ble undersøkt enten i tørr tilstand eller etter bløting i avionisert vann i 15 min ved 20"C. 30pm tykke asymetriske membraner fremstilt ved anodisering i fosforsyre eller 60pm asymetrisk membraner fremstilt ved anodisering i blandede syrer ble anvendt. I alle disse forsøk inntok den våte membran en form i overenstemmelse med profilen av de grove og fine spor uten sprekking. De tørre membraner sprakk langs toppene eller bunnene av dalene. Når vakuum ble frigjordt inntok den ikke-brukne membran dens opprinnelige form.

Eksempel 6.

Dette eksempel viser pressforming av en anodisk membran.

En anodisk membran med dimensjonen lOcm x 7cm ble lagt flat på et sjikt av fint sirkonium oksydpulver. Formen anvendt i eksempel 5 ble plassert på membranen og presset ned med en 4kg vekt mens kombinasjonen ble oppvarmet til 400°C i 1 time. Våte eller tørre membraner tilsvarende de anvendt i eksempel 5 ble pressformede. I alle tilfeller bibeholdt membranene en svak innpresning av formen etter avkjøling, men pga den lille deformasjon som ble pålagt under disse betingelser var det ikke mulig å fremstille en eksakt "avstøpning" av formen.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte ved forming av et anodisk aluminiuoksydark til ønsket form, karakterisert ved å flikte arket, forme det fuktede ark til den ønskede form og tørke arket i denne formen.

2. Fremgangsmåte ved forming av et aluminiumoksydark til ønsket form, hvilket ark er dannet ved anodisering av et aluminiummetallsubstrat som på forhånd er forlenget i en spesill retning, karakterisert ved å bøye arket i en retning på tverrs av den spesielle retning som aluminiumarket ble forlenget i, til å gi et ark med ønsket form uten sprekkdannelse.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det anvendes et ark med en tykkelse på 15 - 70 pm tykkelse.

4. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at arket formes til ønsket form ved rulling.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at flere arktykkelser vikles rundt iform av en spiral med en skylleanordning mellom tilstøtende lag av det anodiske oksydark.

6. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at arket pressformes til ønsket form.

7. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-6, karakterisert ved at arket formes i nærvær av en oppløsning av fosforsyre.

8. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-7, karakterisert ved at det formede ark holdes i ønsket form ved festing til en bærer eller til en tilstøtende del av arket.

9. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-7, karakterisert ved at det formede ark oppvarmes under betingelser for å varmesette det i ønsket form.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at oppvarmningsbeting-elsene er en temperatur i området 200 - 650°C for en tids-periode på 5 - 500 min.