SE462980B - Foerfarande och anordning foer kontinuerlig elektroplaetering av metaller vid hoeg stroemtaethet i vertikala celler - Google Patents

Description

462 980 2 Såsom exempel innebär behovet att höja produktiviteten hos elektropläteringslinjer att bandets hastighet måste ökas, i vissa fall till mer än l5O m/minut, så att den strömtäthet (A/dmz), som användes i elektrolyscellerna, även måste höjas.

Detta förvärrar i sin tur elektropläteringsproblemen, eftersom när strömtätheten ökar, ökar även den hastighet med vilken metalljoner som närvarar i elektrolyten avsättes på bandet; detta medför att elektrolyten närmast bandet blir utarmad jäm- fört med återstoden av badet. När strömtätheten höjes över en viss nivå, överstiger utfällningshastigheten den hastighet med vilken metalljoner vandrar från huvudkvantiteten av lösningen till närheten av bandet. Denna situation medför en drastisk minskning av elektropläteringsverkningsgrad och processens hastighet, varför resultaten uppenbarligen är exakt motsatsen till vad som önskas.

Det har visat sig att för att övervinna denna svårighet måste strömningen av elektrolyten vara förhållandevis turbulent, väsentligen för att minimera tjockleken av den utarmade zonen hos elektrolyten i kontakt med bandet.

Olika anordningar har provats för att åstadkomma detta resul- tat, vilka alla varit baserade på konceptet att tvinga elekt- rolyten in i utrymmet mellan bandet (katoden) och anoderna.

Dessa anordningar är antingen av den horisontella typen, i vilken bandet föres genom en cell, vars längsta dimension är horisontell, eller också är de av den vertikala typen, i vilken bandet avlänkas nedåt och införes i ett bad med en returrulle vid bottnen, som sänder bandet uppåt igen. Bandet följer sålunda två banor, en nedåtgående och den andra uppåt- gående, genom elektrolyscellerna.

Fördelen med det horisontella arrangemanget är att anlägg- ningen blir enklare än i fallet med det vertikala arrange- manget, vilket emellertid säkerställer en mer kompakt linje.

En olägenhet med det horisontella arrangemanget är att metall- bandet, som sträcker sig horisontellt, har en tendens att 462 980 3 bilda en kedjekurva eller nedhängande kurva och därför är det icke samma avstånd i alla punkter från båda elektroderna.

Detta medför icke endast ojämn utfällning utan leder i vissa fall även till uppkomst av svängningar, som påverkar bandet i _cellen och kan medföra kortslutning av bandet med elektro- derna. Dessa olägenheter minskas genom användning av anord- ningar, i vilka elektrolyten tvångsmatas från centrum av elektroderna och sålunda bildar en typ av hydraulisk dämpning, som stöder bandet vid den maximala nedhängningen av kedjekur- van och även tenderar att dämpa svängningarna. Med denna lös- ning är det emellertid uppenbart att elektrolytflödet i elekt- rolyscellerna delvis sker i samma riktning som bandet och del- vis i motström mot detta.

Anläggningar som utnyttjar det vertikala arrangemanget har icke nedhängningsproblemet och svårigheten med svängningar minskas även. Exakt på grund av det naturliga arrangemanget strömmar elektrolyten antingen nedåt i cellen genom inverkan av tyngdkraften eller tvingas från bottnen till toppen, exem- pelvis med pumpar. På detta sätt är, såsom redan påpekats, eftersom bandet i dessa anordningar följer en bana som först är riktad nedåt och därefter uppåt, den relativa rörelsen mellan bandet och elektrolyten givetvis i motström i en cell och i medström i den andra. Även om en sådan situation kan tolereras ifråga om elektroplä- tering med en enda metall - även om det oundvikligen måste bli skillnader ifråga om beläggningsutbyten och -verkningsgrader under motströms- och medströmsflödesbetingelserna - är den helt oacceptabel ifråga om elektrosamplätering, eftersom det har visats klart att sammansättningen av en blandad elektro- pläteringsutfällning beror intimt på de vätskedynamiska betingelserna vid gränsytan band/elektrolyt. Ifråga om elektrosamplätering med moderna metoder med hög strömtäthet och med existerande eller föreslagna anläggningar skulle där- för i varje medströmsflödesbana beläggningen ha en annan sam- mansättning än sammansättningen i motströmsbanan. Slutsatsen är därför att numera, med de senaste med hög strömtäthet arbe- 4-62 980 4 tande elektrolyspläteringsanläggningarna (över 100 A/dmz och med upp till l80 A/dm” föreslaget), kan beläggningar innefat- tande en enda metall vid vissa tillfällen vara något otill- fredsställande vad beträffar utseende och/eller kvalitet, beroende på de olika vätskedynamiska betingelserna i de två halvorna av en horisontell cell eller i paret av vertikala celler, och att, av samma skäl, elektropläteringen leder till olikformiga beläggningar av varierande sammansättning.

Hittills har det därför för genomförande av elektrosampläte- ringar varit nödvändigt antingen att använda linjer med låg strömtäthet (mindre än ca 80 A/dmz), vilka därför är lång- samma, varför produktiviteten går förlorad, eller att använda moderna anläggningar med vertikal cell, där en av varje par av celler måste uteslutas (bandet behandlas antingen enbart i den nedåtgående banan eller enbart i den uppåtgående), varför man sålunda förlorar fördelen med kompakt utformning som erbjudes med sådana anläggningar.

Enligt uppfinningen övervinnes de ovan angivna svårigheterna med ett förfarande och en lämplig anordning för dess genom- förande, som säkerställer väsentligen likformiga vätskedyna- miska betingelser i elektrolyten i anläggningar med vertikal tank samt även likformig relativ hastighet mellan band och elektrolyt i par av celler i anordningen, som arbetar med hög strömtäthet. Vidare säkerställes mycket god likformighet hos beläggningarna, både vid avsättning av endast en metall och vid samutfällning av olika metaller. Vidare avser uppfin- ningen en anordning, som är kompakt och extremt flexibel och möjliggör mycket likformiga elektropläteringar eller elektro- sampläteringar av god kvalitet med hög strömtäthet.

Förfarandet enligt föreliggande uppfinning är extremt enkelt men även i hög grad sinnrikt och avser kontinuerlig elektro- plätering med hög strömtäthet av metaller på metallband, var- vid bandet som skall beläggas först bringas att följa en nedåtriktad bana och därefter en uppåtriktad bana samt i var- dera banan passerar genom minst en elektropläteringscell fylld med elektrolyt, varvid varje elektropläteringscell är försedd 462 980 5 med olösliga elektroder samt en inloppssida och en utloppssida för bandet, vilket verkar såsom motelektrod. Förfarandet kän- netecknas av att elektrolyten för elektropläteringen tvingas att passera genom varje cell turbulent och vertikalt med hjälp av pumporgan anordnade nära samma ände hos de båda cellerna, dvs. antingen vid inloppssidan eller vid utloppssidan för ban- det, varvid strömningsriktningen för elektrolyten i den nedåt- riktade banan är motsatt strömningsriktningen för elektrolyten i den uppâtriktade banan.

Elektrolyten tvingas företrädesvis att passera i motström mot bandet i cellerna.

Den anordning som i samband med föreliggande uppfinning är utformad för den ovan beskrivna processen kännetecknas i sin tur av det förhållandet, att elektrolyscellerna för den nedåt- gående banan och dessa för den uppåtstigande är utrustade med medel, samma för båda, för säkerställande av intensiv rörelse av elektrolyten i cellerna, varvid detta medel är anordnat i varje cell nära samma ände därav, nämligen nära sidan, där antingen bandet införes i cellerna eller lämnar dessa.

På detta sätt är det möjligt att säkerställa att rörelserikt- ningen av elektrolyten i förhållande till bandet är densamma i cellen med den uppåtstigande banan som den är i den med den nedåtstigande banan. Turbulent strömning av elektrolyt i cel- lerna kan åstadkommas antingen genom en tryckpump eller en sugpump (som kan vara exempelvis av ejektortypen).

Om man, såsom är föredraget, önskar ha motströmsrörelse mellan elektrolyten och bandet, måste tillflödet från tvångsström- ningspumparna givetvis vara nära den sida från vilken bandet lämnar cellerna och måste tillföra elektrolyten till cellerna; ifråga om sugpumpar, å andra sidan, måste dessa ha sugsidan i cellerna nära den sida där bandet inträder i cellerna och måste suga elektrolyten från cellerna.

Vid provningar i liten skala som genomförts har strömtätheter 462 980 6 av upp till 250 A/dm* uppnåtts med bandhastigheter av mellan 2 och 20 m/minut. Provningen gav exempelvis likformiga kompakta beläggningar av zink vägande mellan 15 och 100 g/m2 och kom- pakta samavsättningar av zink och järn med likformig samman- sättning bestående av mellan 10 och 75 % Fe (av vikten), beroende på den använda strömtätheten och den relativa hastig- heten mellan bandet och elektrolyten liksom på sammansätt- ningen av själva elektrolyten.

Föreliggande uppfinning beskrives nu, enbart för exemplifie- ring som på intet sätt skall anses begränsande, genom hänvis- ning till en möjlig utföringsform, som åskådliggöres schema- tiskt på den bifogade ritningen.

Bandet l, som rör sig generellt från vänster till höger, såsom anges, avböjes nedåt med en vals 2 och införes i en tank 6 fylld med elektrolyt, rör sig ned genom en första cell 7, avböjes uppåt med en vals 3 genom en andra cell 7' och lämnar tanken 6, på vilket ställe bandet avböjes till den horison- tella riktningen med en vals 4.

Bandet är kopplat elektriskt genom strömbärande valsar (som kan vara valsarna 2, 3 och 4) till den negativa polen av en elektrisk likströmskälla och verkar sålunda såsom katod, och den positiva polen av denna krets är kopplad till anoder 8 genom strömtilledningsstänger 12. Kretsen slutes givetvis av elektrolyten i utrymmet mellan bandet (katoden) och anoderna 8 i varje cell.

På den sida där bandet inträder i cellerna har var och en av dessa en ejektoranordning, som schematiskt visas med en tom kammare 10 och med ejektorer 9, som tryckmatas via en till- föringsledning 5, som i sin tur matas av ett breddavlopp 13 i tanken 6. Detaljerna ll och ll' är skyddsanordningar som erfordras för att förhindra elektrolyt från att kastas ut ur tanken 6 av cellen 7 och för att förhindra att luft suges in i cellen 7'. När anoderna 8 är av den olösliga typen är det nödvändigt att inkoppla en reaktor mellan breddavloppet 13 och 7 elektrolyttillföringsrören 5 för att återställa den erforder- liga koncentrationen av metalljoner i elektrolyten för utfäll- ningen och eventuellt för att justera pH och göra sådana sam- mansättningskorrektioner som kan erfordras.

Under drift åstadkommes ett partiellt vakuum i kammaren 10 på grund av strömningen av elektrolyt, som tillföres med ejekto- rer 9 och riktas mot utsidan av cellerna, och detta partiella vakuum drager in annan elektrolyt kraftigt genom cellerna med turbulent strömning. Såsom är uppenbart kommer med det åskåd- liggjorda arrangemanget elektrolyten att sugas från bottnen till toppen i cellen 7 och från toppen till bottnen i cellen 7'. De önskade och nödvändiga vätskedynamiska betingelserna säkerställas sålunda i båda cellerna.

Claims (5)

462 980 PATENTKRAV

1. l. Förfarande för kontinuerlig elektroplätering av metaller vid hög strömtäthet på metallband, varvid bandet som skall beläggas först bringas att följa en nedåtriktad bana och därefter en uppåtriktad bana samt i vardera banan passerar genom minst en elektropläteringscell fylld med elektrolyt, varvid varje elektropläteringscell är försedd med olösliga elektroder samt en inloppssida och en utloppssida för bandet, vilket verkar såsom motelektrod, k ä n n e t e c k n a t därav, att elektrolyten för elektropläteringen tvingas att passera genom varje cell turbulent och vertikalt med hjälp av pumporgan anordnade nära samma ände hos de båda cellerna, dvs. antingen vid inloppssidan eller vid utloppssidan för bandet, varvid strömningsriktningen för elektrolyten i den nedåtrik- tade banan är motsatt strömningsriktningen för elektrolyten i den uppåtriktade banan.

2. Förfarande enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k - n a t därav, att elektrolyten i varje cell tvingas att strömma i motström mot bandet.

3. Anordning för kontinuerlig elektroplätering av metaller med hög strömtäthet på metallband innefattande minst ett par elektropläteringsceller (7, 7') nedsänkta i en tank (6) fylld med elektrolyt, varvid varje cell är försedd med olösliga elektroder (8) och en inloppssida samt en utloppssida för bandet (1), vilket verkar såsom motelektrod, k ä n n e - t e c k n a d därav, att pumporgan (9) är anordnade nära samma ände hos de båda cellerna, dvs. antingen vid inlopps- sidan eller vid utloppssidan för bandet, för att tvinga elektrolyten att strömma genom respektive cell turbulent och vertikalt, varvid strömningsriktningen för elektrolyten i den ena cellen är motsatt strömningsriktningen i den andra cellen, samt cellerna är försedda med samma slags pumporgan, antingen av typen tryckpump eller av typen sugpump. 7 462 980

4. Anordning enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k - n a d därav, att sugpumporganen är ejektorer (9).

5. Anordning enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k - n a d därav, att ejektorerna (9) är anordnade med inloppen i närheten av den sida av cellen, där bandet införes i respek- tive cell (7, 7').