TWI841670B - 用於電解鋅-鎳合金沉積之膜陽極系統 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於用於電解鋅-鎳合金沉積之膜陽極系統、使用膜陽極系統在欲處理之基板上電解沉積鋅-鎳合金層之方法及膜陽極系統用於藉由此一方法在欲處理之基板上酸性或鹼性電解沉積鋅-鎳合金層之用途。
Description
本發明係關於用於電解鋅-鎳合金沉積之膜陽極系統。
本發明進一步係關於使用膜陽極系統在欲處理之基板上電解沉積鋅-鎳合金層之方法及膜陽極系統用於藉由此一方法在欲處理之基板上酸性或鹼性電解沉積鋅-鎳合金層之用途。
金屬或金屬合金(稱為塗層)在其他金屬或金屬塗佈之塑膠上之電化學沉積係用於表面之提升、裝飾及增加電阻之確立技術(Praktische Galvanotechnik, Eugen G. Leuze Verlag)。金屬或金屬合金之電化學沉積通常使用浸於充滿電解質之電解池中之陽極及陰極實施。在該等兩個電極(陽極及陰極)之間施加電位時，金屬或金屬合金沉積於基板(陰極)上。
在一些情形中，此構造有所變化且提供其中電解質藉助半透膜分成陰極電解液室(陰極空間中之電解質)及陽極電解液室(陽極空間中之電解質)之電解池。基板(陰極)在此處浸於含有欲沉積金屬離子之陰極電解液中。施加電位時，電流經由陽極電解液穿過膜進入陰極電解液中。
US 2017/016137 A1涉及用於在晶圓上電鍍銅之電鍍處理器，其中容器中之惰性陽極在陽極膜管內具有陽極線。
WO 2004/013381 A2揭示用於銅電沉積之電化學電鍍系統，該系統包含電鍍池，其中該電鍍池通常包括安置於陽極電解液室與陰極電解液室之間之離子交換膜。
WO 2009/124393 A1係關於用於自富鐵硫酸鹽廢液、採礦殘餘物及浸酸液回收金屬鐵及硫酸有用材料之電化學製程。
WO 2004/059045 A2係關於用於電鍍之陽極，其包含基本構件及遮蔽件，其中該遮蔽件較佳包含膜。
GB 2103658 A係關於電解設備，其包含陰極及陽極以及位於其間之離子交換膜。
DE 20 2015 002 289 U1在用於電解沉積鋅-鎳合金之方法中揭示包含膜之陽極系統。
US2011031127 A1 (Hillebrand)揭示用於塗層電鍍鋅-鎳之鹼性電鍍浴，其具有陽極及陰極，其中該陽極藉由離子交換膜與鹼性電解質隔開。
然而，在用於電鍍鋅-鎳塗層之該等「古典途徑」中，膜與各別陽極間之距離較大以提供足夠陽極電解液體積，以確保足夠電流。陽極電解液室之此一大空間要求通常係不可用的。另外，若出於維護原因必須更換陽極電解液，則需要提供大量陽極電解液，此導致後續廢水處理需要巨大努力。陽極電解液通常係具有一定量包含之硫酸的水溶液、特別地於水中之10%硫酸。
在其替代方法中，US 2013/0264215 A1 (Umicore)揭示陽極系統，其構造成使得其適於由於簡單地浸於陰極電解液而沉積電解塗層之電鍍池中，其中，在浸於陰極電解液中之後，陰極電解液藉助能透過陽離子或陰離子之溶脹聚合物膜與陽極隔開，且聚合物膜與陽極直接接觸而不與陰極直接接觸，其中膜借助電解質可透過支架及壓緊裝置借助多層結構固定於陽極上，此確保膜與陽極之良好接觸。
在沒有任何陽極電解液空間之情況下工作之該替代系統已嘗試簡化現有膜電解系統，以使得該系統可直接在現有設施中執行而無需昂貴的修改工作。因此，可用之聚合物膜應能夠理想地在整個表面上建立與陽極之直接接觸。在理想之情形下，重要的係建立與陽極之直接接觸，即，膜與陽極材料之間較佳地必須沒有間隙。在聚合物膜與陽極之間極緊密結合之情況下，給出有利的電流流動，此導致較低電池電壓。
然而，此一沒有任何陽極電解液室之系統的工業適用性極受限於特殊的小規模電解製程，例如每天僅以0.5安培運行2小時之金沉積浴。因此，離子藉助溶脹聚合物膜擴散即足以。但是，若應用需要較長之應用時間，例如工業鋅-鎳沉積製程(通常每天需要高達10 000安培小時)，則在沒有陽極電解液室之情況下，溶脹聚合物膜不能持續提供足夠的離子以保持沉積製程運行。
本發明之目標
鑒於先前技術，因此本發明之目標係提供用於電解鋅-鎳合金沉積之膜陽極系統及方法，其將不展現已知先前技術系統之前述缺點。
具体而言，本发明之目标係提供應能夠在欲处理之基板上沉積锌-镍合金层而同時應使阳极电解液之體積最小化之膜阳极系统及沉积方法。
此外，本發明之目標係提供膜陽極系統及沉積方法，其中應最小化或甚至理想地完全避免廢水處理之巨大成本。
該等目標以及未明確說明但可自本文藉助介紹討論之關係中立即推導出或辨別之其他目標係藉由具有技術方案1之所有特徵的膜陽極系統達成。本發明膜陽極系統之適當修改保護於附屬技術方案2至8中。此外，技術方案9主張使用此一本發明膜陽極系統在欲處理之基板上電解沉積鋅-鎳合金層之方法。該方法之適當修改保護於附屬技術方案10至14中。此外，技術方案15主張此一膜陽極系統之用途，其用於藉由此一方法在欲處理之基板上酸性或鹼性電解沉積鋅-鎳合金層。
本文字一般而言係關於用於電解鋅-鎳合金沉積之膜陽極系統，其特徵在於該系統包含至少反應槽、至少第一膜、至少陽極、至少陰極、至少第一陽極電解液室及至少陰極電解液室；其中該至少第一膜配置於該陽極與該陰極之間，其中該至少第一膜與該陽極之距離在0.5 mm至5 mm、較佳0.75 mm至4 mm且更佳1 mm至3 mm之範圍內。
然而，本發明係關於用於電解鋅-鎳合金沉積之膜陽極系統，其包含
- 至少反應槽，
- 至少第一膜，
- 至少陽極，
- 至少陰極，
- 至少第一陽極電解液室，及
- 至少陰極電解液室；
- 其中該至少第一膜配置於該陽極與該陰極之間，其中該至少第一膜與該陽極之距離在0.5 mm至5 mm之範圍內，
其特徵在於
- 該膜陽極系統進一步包含具有複數個開口之至少第一非金屬前板及至少非金屬容器，其中該至少第一非金屬前板及該非金屬容器連同該至少第一膜、該陽極及位於該第一膜與該陽極之間之該至少第一陽極電解液室一起形成至少單側膜陽極模組單元，且
-該陽極可個別地自該至少單側膜陽極模組單元移除或插入其中，而不需要將該整個至少單側膜陽極模組單元自該反應槽移除或插入其中。
較佳者係本發明之膜陽極系統，其特徵在於至少第一膜與陽極之距離在0.75 mm至4 mm、較佳1 mm至3 mm之範圍內。
因此，以不可預知之方式提供用於電解鋅-鎳合金沉積之膜陽極系統，其不展現已知先前技術系統之前述缺點。
此外，提供能夠在欲處理之基板上沉積鋅-鎳合金層而同時使陽極電解液之體積最小化之膜陽極系統。
此外，提供其中最小化或甚至理想地完全避免廢水處理之巨大成本的膜陽極系統。
膜與各別陽極之間之距離(其界定陽極電解液室之體積)的減小提供優於所引用現有技術之該等上述優點，即，陽極電解液體積本身之大幅降低，且其表明必須在隨後配置之廢水處理設備中進行處理之陽極電解液體積的大幅降低。
已驚訝地發現，將距離減小至如此低之距離提供其他優點，即此一膜陽極系統與Hillebrand之「古典途徑」相比需要少得多的安裝空間，Hillebrand之「古典途徑」與之相比包含大量陽極電解液體積。
在工業規模應用中，對於鋅-鎳沉積製程，通常選擇在隨後配置之廢水處理設備中處理之Hillebrand陽極電解液體積在1000 l至3000 l之間，而本發明膜陽極系統僅包含100 l欲在隨後配置之廢水處理設備中處理之陽極電解液體積。
在工業規模應用中，在Hillebrand膜陽極系統中，各別膜與陽極間之距離為約45 mm，而在本文中之距離小得多(5 mm最大值)。
此提供可使整個膜陽極系統之尺寸最小化之額外優點。
如本文所用，術語「膜陽極系統」當應用於本發明之電解鋅-鎳合金沉積時係指包含至少反應槽、至少膜、至少陽極及至少陰極之系統。此一系統之該等基本部分總是用於基於膜之電解鋅-鎳合金沉積系統。
在本文中，膜之配置界定反應槽之各部分，該等部分代表陽極電解液室及陰極電解液室。此術語在電鍍行業中通常用於利用陽極及陰極(最常見地欲處理之基板)工作之基於膜之系統。
已發現本發明適用於滾鍍及掛鍍製程(膜陽極系統及沉積之方法二者)。
如本文所用，術語「距離」當應用於本發明之電解鋅-鎳合金沉積時係指陽極表面之位點與膜之相對配置表面之位點之間最緊密地在一起之距離。
在本文中，有利的係利用扁平陽極，其以與各別膜平行之方式配置，以提供陽極之各別表面至各別膜之恆定距離。
在本文中，進一步有利的係利用扁平膜，其以與陽極、較佳扁平陽極平行之方式配置，以提供陽極、較佳扁平陽極之各別表面至各別膜、較佳扁平膜之恆定距離。
在最佳實施例中，扁平膜以與扁平陽極平行之方式配置，此導致在彼此相對配置之膜與陽極之整個各別表面上膜與陽極之各別表面之間之恆定距離。
上文所提及之陽極及膜的變化當然亦適於並提供給本發明之所有其他實施例，即使在下文未針對每一其他實施例明確重複。
根據本文字之一般揭示內容，膜陽極系統進一步較佳包含具有複數個開口之至少第一非金屬前板及至少非金屬容器，其中該至少第一非金屬前板及該非金屬容器連同該至少第一膜、該陽極及位於該第一膜與該陽極之間之該至少第一陽極電解液室一起形成至少單側膜陽極模組單元。
較佳者係本發明之膜陽極系統，其中該至少單側膜陽極模組單元藉由囊封該至少第一非金屬前板與該非金屬容器提供至少第一膜、至少第一陽極電解液室及陽極之至少第一囊封；其中該至少單側膜陽極模組單元進一步包含至少第一密封元件，其密封該至少第一非金屬前板與該非金屬容器之該至少第一囊封。
此提供以下優點：此一單側膜陽極模組單元提供極緊湊設計並有利於維護工作，例如藉由將整個單側膜陽極模組單元自反應槽移除或插入其中進行更換。
提供此一單側膜陽極模組單元，以使得離子可穿過通常由PP (聚丙烯)製成之至少第一非金屬前板之複數個開口到達至少第一膜，並遷移穿過該至少第一膜到達該至少第一陽極電解液室；且反之亦然。
在較佳實施例中，膜陽極系統進一步包含具有複數個開口之至少第二非金屬前板、至少第二膜及位於該至少第二膜與該陽極之間之至少第二陽極電解液室；其中該陽極包含含有第一陽極表面之至少第一側及含有第二陽極表面之至少第二側，其中該陽極之該第一側與該陽極之該第二側相對配置；其中在該陽極之該第一側上，該至少第一膜及該至少第一非金屬前板係以與該陽極之該第一側之表面平行之方式配置，而在該陽極之該第二側上，該至少第二膜及該至少第二非金屬前板係以與該陽極之該第二側之表面平行之方式配置；其中該等至少第一及第二膜連同該等至少第一及第二非金屬前板、該非金屬容器、該等至少第一及第二陽極電解液室及該陽極一起形成至少雙側膜陽極模組單元。
在其較佳實施例中，至少雙側膜陽極模組單元藉由囊封該至少第一非金屬前板與該非金屬容器提供該至少第一膜、該至少第一陽極電解液室及該陽極之至少第一囊封；其中該至少雙側膜陽極模組單元進一步包含至少第一密封元件，其密封該至少第一非金屬前板與該非金屬容器之該至少第一囊封；且其中該至少雙側膜陽極模組單元藉由囊封該至少第二非金屬前板與該非金屬容器進一步提供該至少第二膜、該至少第二陽極電解液室及該陽極之至少第二囊封；其中該至少雙側膜陽極模組單元進一步包含至少第二密封元件，其密封該至少第二非金屬前板與該非金屬容器之該至少第二囊封。
此提供以下優點：此一雙側膜陽極模組單元提供極緊湊設計並有利於維護工作，例如藉由將整個雙側膜陽極模組單元自反應槽移除或插入其中進行更換。除上述單側膜陽極模組單元以外，其提供其他優點：此一甚至更緊湊設計允許利用兩個膜與僅一個雙側膜陽極模組單元之結合，即一個膜在雙側膜陽極模組單元之每一側上。此藉由節省整個陽極進一步減小此一系統之空間需求。
根據本文字之一般揭示內容，陽極較佳可個別地自至少單側膜陽極模組單元或至少雙側膜陽極模組單元移除或插入其中，而不必將整個至少單側膜陽極模組單元或整個至少雙側膜陽極模組單元自反應槽移除或插入其中。
在本發明之膜陽極系統中，陽極可個別地自至少單側膜陽極模組單元移除或插入其中，而不必將整個至少單側膜陽極模組單元自反應槽移除或插入其中。
較佳者係本發明之膜陽極系統，其特徵在於陽極可個別地自至少雙側膜陽極模組單元移除或插入其中，而不必將整個至少雙側膜陽極模組單元自反應槽移除或插入其中。此應用於該至少雙側膜陽極模組單元。
在本發明之上下文中，此「可以(can be)」表示「經調適使得陽極個別地自[各別模組單元]移除或插入其中」。
此一實施例提供有利的可能性，以打開少量在本文中所包含之緊固元件(例如少量螺釘)用於僅僅移除或插入陽極。與被迫將整個膜陽極系統、具體而言整個單側或雙側膜陽極模組單元自反應槽移除及插入其中相比，此使得維護及更換用過的陽極容易得多。
在一個實施例中，每一膜不與每一陽極直接接觸。
根據本發明，膜與陽極之間之距離的既定範圍僅針對構造情形對下限側進行限制。在一定距離(由所要求範圍之下限給出)下，確保在膜與陽極之間提供足夠陽極電解液體積以保持系統運行仍具挑戰性。陽極表面上必須保留小的陽極電解液液體膜以保持製程運行。因此，此實施例再次表示，本發明不側重於提供如Umicore (參見上文先前技術)所提供之直接接觸膜陽極。
在一個實施例中，每一膜係陽離子離子交換膜及/或其中每一陽極係不溶性陽極、較佳銥塗佈之混合金屬氧化物陽極。
此外，本發明之目標亦藉由在欲處理之基板上電解沉積鋅-鎳合金層之方法來解決，其特徵在於該方法使用至少膜陽極系統，該系統包含：
- 至少反應槽，
- 至少第一膜，
- 至少陽極，
- 至少陰極，
- 至少第一陽極電解液室，及
- 至少陰極電解液室；
其特徵在於該至少第一膜配置於該陽極與該陰極之間，其中該至少第一膜與該陽極之距離在0.5 mm至5 mm之範圍內。
上述關於本發明膜陽極系統之內容較佳同樣適用於本發明之方法。
較佳者係本發明之方法，其中該至少第一膜與該陽極之距離在0.75 mm至4 mm、更佳1 mm至3 mm之範圍內。
更佳者係本發明之方法，其中該膜陽極系統係本發明之膜陽極系統，最佳如上文定義為較佳者。
上述方法為各別本發明膜陽極系統之不同實施例提供上述優點。另外，與Hillebrand技術相比，此一方法因極大地減小陽極電解液之體積(其係由自陽極至膜之極大減小的距離界定)，而能夠使輔助設備(例如幫浦)小型化。
在方法之較佳實施例中，方法包含至少陽極電解液進給系統，其用於控制及/或調節至少陽極電解液體積流以將至少陽極電解液提供給該膜陽極系統之該至少第一陽極電解液室或該等至少第一及第二陽極電解液室；其中該陽極電解液進給系統包含至少陽極電解液槽、至少計量幫浦及至少計量噴嘴；其中該陽極電解液體積流係自該陽極電解液槽運行至該計量幫浦，進一步運行至該計量噴嘴及進一步運行至該膜陽極系統之該至少第一陽極電解液室或該等至少第一及第二陽極電解液室。
此一陽極電解液進給系統提供以下優點：與Hillebrand技術相比，由於陽極電解液體積極大地減小，故可選擇明顯更小之陽極電解液槽(參見上文關於廢水處理之解釋；約100 l而非1000 l至3000 l)。客戶通常必須每週一次更換整個陽極電解液槽。此突出表明，將1000 l或3000 l降低至100 l極大地降低陽極電解液化學品本身以及隨後在客戶現場所需之廢水處理的成本。
在方法之更佳實施例，陽極電解液進給系統不使用流量計及球閥來控制及/或調節陽極電解液體積流。
此更佳實施例藉由避免昂貴的流量計及球閥為客戶節省成本。計量噴嘴在自計量幫浦至膜陽極系統之陽極電解液室之各別陽極電解液導線中提供恆定高陽極電解液體積壓力，此使能夠在電解鋅-鎳沉積方法中恆定並安全地支撐複數個、較佳高達100個膜陽極系統。
在方法之較佳實施例中，陽極電解液體積流係以陽極電解液進給系統係閉路循環系統之方式來控制及/或調節，其中該陽極電解液體積流在再次離開該膜陽極系統之該至少第一陽極電解液室或該等至少第一及第二陽極電解液室之後流動返回至初始陽極電解液槽。
此一陽極電解液進給系統提供以下優點：廢水處理變得無關緊要且可忽略，此在客戶現場節省巨大成本。
在方法之較佳實施例中，陽極電解液係水性液體，較佳純蒸餾水。
本發明之此實施例提供避免使用化學品且在理想情形中代替使用純蒸餾水(綠色技術)之優點。此一純蒸餾水之使用迄今尚未執行，此乃因膜與陽極之間之距離一直過高(在Hillebrand中約50 mm)或甚至更低(在Umicore中0 mm)。若選擇高於技術方案1中給出之上限的距離，則該距離對於使用純蒸餾水而言過高，此乃因純蒸餾水之電導率太低而不能起始電解沉積方法。初始電流將接近零，此導致無法自水產生足夠氫離子。此突出表明，技術方案1中所主張之距離範圍並非隨機選擇的，而是本發明系統及方法所需的。
在方法之較佳實施例中，陽極電解液實質上不含任何酸，較佳完全不含酸，特定地不含無機酸，尤其不含硫酸。
常用陽極電解液包含5與10%之間之硫酸而非純蒸餾水。通常，客戶現場沒有必要的人力來關注陽極電解液中硫酸之濃度。客戶通常希望具有自動化系統，該系統在運行時沒有任何維護要求，例如時常添加硫酸以使陽極電解液中之各別濃度保持在所需範圍內。
另外，此一本發明膜陽極系統可藉由執行此一本發明方法用於在欲處理之基板上酸性或鹼性電解沉積鋅-鎳合金層。
本發明係關於膜陽極系統之用途，該膜陽極系統包含
- 至少反應槽，
- 至少第一膜，
- 至少陽極，
- 至少陰極，
- 至少第一陽極電解液室，及
- 至少陰極電解液室
其特徵在於該至少第一膜配置於該陽極與該陰極之間，其中該至少第一膜與該陽極之距離在0.5 mm至5 mm之範圍內，
該膜陽極系統藉由本發明之方法(較佳如界定為較佳者)用於在欲處理之基板上酸性或鹼性電解沉積鋅-鎳合金層。
上述關於本發明之膜陽極系統及本發明之方法本發明之內容較佳同樣適用於本發明之用途。
較佳者係本發明之用途，其中該至少第一膜與該陽極之距離在0.75 mm至4 mm、更佳1 mm至3 mm之範圍內。
更佳者係本發明之用途，其中該膜陽極系統係本發明之膜陽極系統、最佳如上文界定為較佳者之膜陽極系統。
因此，本發明解決了使陽極電解液之所需體積最小化的問題，從而使廢水處理之工作最小化，理想地甚至完全避免了廢水處理，而同時在本發明之較佳實施例中，可使用不含任何硫酸之純蒸餾水作為陽極電解液，此係迄今為止從未有過的。
儘管本發明之原則已關於某些特定實施例進行解釋，且其係出於說明目的而提供，但應瞭解，熟習此項技術者在閱讀本說明書後將明瞭其各種修改。因此，應理解，本文所揭示之本發明意欲將該等修改涵蓋於隨附申請專利範圍之範圍內。本發明之範圍僅由隨附申請專利範圍之範圍限制。
Claims (13)
- 一種用於電解鋅-鎳合金沉積之膜陽極系統，其包含至少反應槽，至少第一膜，至少陽極，至少陰極，至少第一陽極電解液室，及至少陰極電解液室；其中該至少第一膜配置於該陽極與該陰極之間，其中該至少第一膜與該陽極之距離在0.5mm至5mm之範圍內，該膜陽極系統進一步包含具有複數個開口之至少第一非金屬前板及至少非金屬容器，其中該至少第一非金屬前板及該非金屬容器連同該至少第一膜、該陽極及位於該第一膜與該陽極之間之該至少第一陽極電解液室一起形成至少單側膜陽極模組單元，且該陽極可個別地自該至少單側膜陽極模組單元移除或插入其中，而不需要將該整個至少單側膜陽極模組單元自該反應槽移除或插入其中，其特徵在於該至少第一非金屬前板係由聚丙烯製成，且其特徵在於該至少單側膜陽極模組單元藉由囊封該至少第一非金屬前板與該非金屬容器提供該至少第一膜、該至少第一陽極電解液室及該陽極之至少第一囊封；其中該至少單側膜陽極模組單元進一步包含至少第一密封元件，其密封該至少第一非金屬前板與該非金屬容器之該至少第一囊封。
- 如請求項1之膜陽極系統，其特徵在於該至少第一膜與該陽極之距離在0.75mm至4mm之範圍內。
- 如請求項1或2之膜陽極系統，其特徵在於該膜陽極系統進一步包含具有複數個開口之至少第二非金屬前板、至少第二膜及位於該至少第二膜與該陽極之間之至少第二陽極電解液室；其中該陽極包含含有第一陽極表面之至少第一側及含有第二陽極表面之至少第二側，其中該陽極之該第一側係與該陽極之該第二側相對配置；其中在該陽極之該第一側上，該至少第一膜及該至少第一非金屬前板係以與該陽極之該第一側之表面平行之方式配置，而在該陽極之該第二側上，該至少第二膜及該至少第二非金屬前板係以與該陽極之該第二側之表面平行之方式配置；其中該等至少第一及第二膜連同該等至少第一及第二非金屬前板、該非金屬容器、該等至少第一及第二陽極電解液室及該陽極一起形成至少雙側膜陽極模組單元。
- 如請求項3之膜陽極系統，其特徵在於該至少雙側膜陽極模組單元藉由囊封該至少第一非金屬前板與該非金屬容器提供該至少第一膜、該至少第一陽極電解液室及該陽極之至少第一囊封；其中該至少雙側膜陽極模組單元進一步包含至少第一密封元件，其密封該至少第一非金屬前板與該非金屬容器之該至少第一囊封；且其中該至少雙側膜陽極模組單元藉由囊封該至少第二非金屬前板與該非金屬容器進一步提供該至少第二膜、該至少第二陽極電解液室及該陽極之至少第二囊封；其中該至少雙側膜陽極模組單元進一步包含至少第二密封元件，其密封該至少第二非金屬前板與該非 金屬容器之該至少第二囊封。
- 如請求項3之膜陽極系統，其特徵在於該陽極可個別地自該至少雙側膜陽極模組單元移除或插入其中，而不需要將該整個至少雙側膜陽極模組單元自該反應槽移除或插入其中。
- 如請求項1或2之膜陽極系統，其特徵在於每一膜不直接接觸每一陽極。
- 如請求項1或2之膜陽極系統，其特徵在於每一膜係陽離子離子交換膜及/或其中每一陽極係不溶性陽極。
- 一種在欲處理之基板上電解沉積鋅-鎳合金層之方法，其特徵在於該方法使用至少膜陽極系統，該至少膜陽極系統包含：至少反應槽，至少第一膜，至少陽極，至少陰極，至少第一陽極電解液室，及至少陰極電解液室；其特徵在於該至少第一膜配置於該陽極與該陰極之間，其中該至少第一膜與該陽極之距離在0.5mm至5mm之範圍內，且其特徵在於該陽極電解液係水性液體。
- 如請求項8之方法，其特徵在於該方法包含至少陽極電解液進給系統，其用於控制及/或調節至少陽極電解液體積流以將至少陽極電解液提供給該膜陽極系統之該至少第一陽極電解液室或該至少第一陽極電解液室及第二陽極電解液室；其中該陽極電解液進給系統包含至少陽極電解液槽、至少計量幫浦及至少計量噴嘴；其中該陽極電解液體積流係自該陽極電解液槽運行至該計量幫浦，進一步運行至該計量噴嘴並進一步運行至該膜陽極系統之該至少第一陽極電解液室或該等至少第一及第二陽極電解液室。
- 如請求項9之方法，其特徵在於該陽極電解液進給系統不使用流量計及球閥來控制及/或調節該陽極電解液體積流。
- 如請求項9或10之方法，其特徵在於該陽極電解液體積流係以該陽極電解液進給系統係閉路循環系統之方式來控制及/或調節，其中該陽極電解液體積流在再次離開該膜陽極系統之該至少第一陽極電解液室或該等至少第一及第二陽極電解液室之後流動返回至初始陽極電解液槽。
- 如請求項8至10中任一項之方法，其特徵在於該陽極電解液實質上不含任何酸。
- 一種膜陽極系統之用途，該膜陽極系統包含至少反應槽， 至少第一膜，至少陽極，至少陰極，至少第一陽極電解液室，及至少陰極電解液室其特徵在於該至少第一膜配置於該陽極與該陰極之間，其中該至少第一膜與該陽極之距離在0.5mm至5mm之範圍內，該膜陽極系統用於藉由如請求項8至12中任一項之方法在欲處理之基板上酸性或鹼性電解沉積鋅-鎳合金層。
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW200413573A (en) * | 2002-08-06 | 2004-08-01 | Applied Materials Inc | Insoluble anode loop in copper electrodeposition cell for interconnect formation |
| TW201718953A (zh) * | 2015-07-17 | 2017-06-01 | 應用材料股份有限公司 | 惰性陽極電鍍處理器和補充器 |
Family Cites Families (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5816082A (ja) | 1981-07-21 | 1983-01-29 | Permelec Electrode Ltd | イオン交換膜を用いる電解装置及びその製造方法 |
| JPS5893893A (ja) * | 1981-11-30 | 1983-06-03 | Tokuyama Soda Co Ltd | 連続メツキ装置 |
| US5047128A (en) * | 1990-01-02 | 1991-09-10 | Shipley Company Inc. | Electrodialysis cell for removal of excess electrolytes formed during electrodeposition of photoresists coatings |
| DE4003516C2 (de) * | 1990-02-06 | 1994-06-23 | Heraeus Elektrochemie | Elektrodenelement für elektrolytische Zwecke und dessen Verwendung |
| DE4015141A1 (de) * | 1990-05-11 | 1991-11-14 | Lpw Anlagen Gmbh | Verfahren zum betreiben einer galvanotechnischen anlage |
| JPH04176893A (ja) * | 1990-11-08 | 1992-06-24 | Kawasaki Steel Corp | Ｓｎ―Ｎｉ合金めっき方法 |
| JPH08232081A (ja) * | 1995-02-27 | 1996-09-10 | Toto Ltd | 水栓金具 |
| JPH11343598A (ja) * | 1998-05-29 | 1999-12-14 | Toyo Kohan Co Ltd | 不溶性陽極に付設した陽極室、それを用いためっき方法及びめっき装置 |
| DE19834353C2 (de) * | 1998-07-30 | 2000-08-17 | Hillebrand Walter Gmbh & Co Kg | Alkalisches Zink-Nickelbad |
| ES2250166T5 (es) * | 2000-06-15 | 2016-05-20 | Coventya Inc | Electrochapado de zinc-níquel |
| US8377283B2 (en) * | 2002-11-25 | 2013-02-19 | Coventya, Inc. | Zinc and zinc-alloy electroplating |
| DE10261493A1 (de) * | 2002-12-23 | 2004-07-08 | METAKEM Gesellschaft für Schichtchemie der Metalle mbH | Anode zur Galvanisierung |
| ES2574158T3 (es) * | 2005-04-26 | 2016-06-15 | Atotech Deutschland Gmbh | Baño galvánico alcalino con una membrana de filtración |
| JP4738910B2 (ja) * | 2005-06-21 | 2011-08-03 | 日本表面化学株式会社 | 亜鉛−ニッケル合金めっき方法 |
| WO2009124393A1 (en) | 2008-04-11 | 2009-10-15 | Cardarelli Francois | Electrochemical process for the recovery of metallic iron and sulfuric acid values from iron-rich sulfate wastes, mining residues and pickling liquors |
| DE102010044551A1 (de) * | 2010-09-07 | 2012-03-08 | Coventya Gmbh | Anode sowie deren Verwendung in einem alkalischen Galvanikbad |
| DE102010055143B4 (de) | 2010-12-18 | 2022-12-01 | Umicore Galvanotechnik Gmbh | Direktkontakt-Membrananode für die Verwendung in Elektrolysezellen |
| US20160024683A1 (en) * | 2013-03-21 | 2016-01-28 | Atotech Deutschland Gmbh | Apparatus and method for electrolytic deposition of metal layers on workpieces |
| DE102014001799B3 (de) * | 2014-02-11 | 2015-02-05 | Eisenmann Ag | Anlage zur Beschichtung von Gegenständen |
| CN104073862A (zh) * | 2014-07-11 | 2014-10-01 | 张钰 | 一种用于碱性锌镍合金电镀的不溶性阳极装置 |
| DE202015002289U1 (de) * | 2015-03-25 | 2015-05-06 | Hartmut Trenkner | Zweikammer - Elektrodialysezelle mit Anionen- und Kationenaustauschermembran zur Verwendung als Anode in alkalischen Zink- und Zinklegierungselektrolyten zum Zweck der Metallabscheidung in galvanischen Anlagen |
| RU2613826C1 (ru) * | 2015-07-22 | 2017-03-21 | Дипсол Кемикалз Ко., Лтд. | Способ гальваностегии цинковым сплавом |
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW200413573A (en) * | 2002-08-06 | 2004-08-01 | Applied Materials Inc | Insoluble anode loop in copper electrodeposition cell for interconnect formation |
| TW201718953A (zh) * | 2015-07-17 | 2017-06-01 | 應用材料股份有限公司 | 惰性陽極電鍍處理器和補充器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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