DE3418039C2

DE3418039C2 - Vorrichtung für die elektrolytische Behandlung metallischer Bänder

Info

Publication number: DE3418039C2
Application number: DE3418039A
Authority: DE
Inventors: Maurizio Rom/Roma Podrini
Original assignee: Centro Sperimentale Metallurgico SpA
Current assignee: Rina Consulting Centro Sviluppo Materiali SpA
Priority date: 1983-05-16
Filing date: 1984-05-15
Publication date: 1986-11-27
Also published as: DE3418039A1; LU85359A1; SE459261B; NO841922L; NO165116B; JPS59222598A; NO165116C; BE899669A; FR2546187A1; IT8348300A1; DE8414836U1; ES532500A0; ATA152684A; SE8402621L; ES8504277A1; BR8402415A; FR2546187B1; AT382899B; GB2140037A; IT1173714B

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für die kontinuierliche elektrolytische Behandlung metallischer Bänder, wobei die Elementarzelle für die elektrolytische Behandlung aus einer hohlen Kammer rechteckigen Querschnittes besteht, durch welche das zu behandelnde Band geführt wird und welches unlösliche Elektroden auf seinen beiden größeren Flächen aufweist, wobei der elektrolytische Kreis durch das zu behandelnde metallische Band geschlossen ist. Wesentlich für die Erfindung ist, daß die Elementarzelle in den Elektrolyten getaucht wird und daß dessen Zwangsströmung innerhalb der Behandlungskammer durch einen Ejektor sichergestellt ist.

Description

einrichtung; und

F i g. 3 eine Darstellung der gesamten Vorrichtung.

Nach Fig. 1 besteht die Zelle 1 in Form einer länglichen horizontalen hohlen Kammer, die an ihrem Ende offen ist, aus einem Mantel 2, der die Anoden 3 und 3' auf der Innenfläche trägt Die Anoden bilden die größeren Innenflächen der Galvanisierkamnier.

Das zu überziehende Band 6, welches als Kathode wirkt, läuft durch die Galvanisierzelle von rechts nach links in der Figur und wird in seiner Lage mittels rwei Paaren von Rollen 7 und T gehalten, die an den Eintritts- und Austrittsstellen der Kammer jeweils angeordnet sind.

Die Ejektoreinrichtang ist am Eintrittsende dieser Kammer angeordnet; der Elektrolyt wird durch die Leitungen 5 und 5' gefördert und durch die Verteilerkammer 4 und 4' transportiert Der Ejektor ist in F i g. 2 genauer gezeigt

Der durch die Leitungen 5 und 5' gepumpte Elektrolyt wird durch die Kammern 4 und 4' verteilt, fließt durch die Schlitze 8 und 8' in die Kammer 9 und erzeugt einen Unterdruck, der den Elektrolyten aus der Kammer 10 abzieht

Fig. 3 zeigt eine Gesamtansicht der Vorrichtung nach der Erfindung.

Die Zelle 1 wird in ein Bad 13 eingesetzt und taucht in den Elekirolyten. Die isolierten Leiter 11 und 12 führen den Strom zu den oberen und unteren Anoden, während die Leitungen 5 und 5' den Elektrolyten unter Druck zum Ende der Zelle, an dem das Band eintritt, fördern.

Mit dieser Vorrichtung erfüllt der frische, durch den Ejektor gepumpte Elektrolyt die Doppelfunktionen, mehr Elektrolyt in die Behandlungskammer zu saugen und ihn innerhalb des Behälters zu erneuern, wobei die Lösung ihn an den Austragsstellen 14 und 14' verläßt.

Die extreme Einfachheit der Vorrichtung, auf die sich die Erfindung bezieht, ist offenbar.

Unter Anwendung der Meßnahme nach der Erfindung wird es möglich, Relativgeschwindigkeiten zwischen Band und Elektrolyt in der Größenordnung von w 0,5 bis 3,(1 m/s innerhalb der Galvanisierkammer zu erhalten, wodurch es möglich wird, die Dicke des Überzugs sehr einfach zu steuern.

Wie vorher erwähnt, kann mit der Maßnahme nach der Erfindung eine große Anzahl möglicher Elektrolyt- und Galvanisierbehandlungen mit Metallen, Legierungen und Verbindungen durchgeführt werden.

Kombiniert man in geeigneter Weise eine gegebene Anzahl von sämtlich identischen Zellen, so wird es möglich, die Reinigungs- und Beizbehandlung des Bandes sowie Mehrschichtenüberzüge aus unterschiedlichen Verbindungen und Metallen zu realisieren.

Einige dieser Möglichkeiten werden durch die folgenden Beispiele deutlich:

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Beispiel 1

Die Vorrichtung nach der Erfindung wird für das neutrale elektrolytische Beizen warmgewalzten Bandes benutzt, das einer mechanischen Zunderbrechbehandlung nach bekannten Verfahren unterworfen wurde.

Bei dieser Anwendung bestanden die festen Elektroden aus Weichstahl für die Anodenzellen und Blei oder mit Blei überzogenem Stahl für die kathodischen Zellen.

Das zu behandelnde Band wurde 20 Wechselzyklen kathodischer und anodischer Polarität ausgesetzt.

40 Elementarzellen nach der Erfindung werden daher bei dieser Vorrichtung verwendet; das Band wirkt ab-

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65 wechselnd als Anode und als Kathode bei diesea

Der Elektrolyt ist eine wäßrige Lösung aus Natriumsulfat mit einer Konzentration von 200 g/l bei einer Temperatur von 85° C bei einem pH-Wert von 7,0.

Unter diesen Bedingungen wurden Bandgeschwindigkeiten von 120 bis 160 m/min mit Stromdichten zwischen 75 und 100 A/dm² versucht In jedem Fall zeigte sich das Band ab vollständig gebeizt mit sauberer heller Oberfläche, die merklich widerstandsfähig gegen Rosten während der Lagerungsperiode war.

Unter den gleichen Bedingungen, jedoch bei geringerer Anzahl von Zellen (vier Paare von anodischen-kathodischen Elementarzellen) wurden die Oberflächen von kaltgewalztem Weichstahlband, niedrig-legiertem Stahl und mikro-legiertem Stahlband vorbereitet für den Oberzug durch leichtes Beizen und Aktivieren der Oberfläche.

Die Behandlung dauert 0,25 bis 4 s.

Die Ergebnissse, was Reinheit und Oberflächenqualität des Bandes angeht, waren auch in diesem Fall ausgezeichnet.

Beispiel 2

Kaltgewalztes, geglühtes und geglättetes Band, das vorzugsweise nach dem vorhergehenden Beispiel vorbehandelt war, wurde elektrolytisch galvanisiert

Die Behandlungslösung enthielt 60 bis 80 g/I an Zinkionen in saurer, wäßriger Lösung bei einem pH-Wert zwischen 0 und 2 und bei Temperaturen zwischen 40 und 6O⁰C.

Viele Versuche wurden im Bereich der vorbeschriebenen Bedingungen durchgeführt. In diesem Fall wirkt das Band immer als Kathode, während die Anoden, die unlöslich sind, aus Bleilegierung bestehen.

Die Anlage besteht aus 24 Elementarzellen in Reihe.

Unter den Versuchbedingungen, bei einer festen Bandgeschwindigkeit von 90 m/min und unter Anwendung von Stromdichten von 100, 120 und 135 A/dm² wurden gleichförmige und kompakte Zinküberzüge von 7,8,5 und 9,5 μπι jeweils erhalten, was 50,60 und 70 g/m² entsprach.

Aus den erhaltenen Ergebnissen sieht man, daß dank des schnellen Umsatzes der Lösung in den Abscheidungszellen der Einfluß von Änderungen in Konzentration und Temperatur des Elektrolyten innerhalb sehr enger Grenzen gehalten wurde.

Beispiel 3

Ein Band aus galvanisiertem Stahl, das vorzugsweise nach dem oben beschriebenen Beispiel hergestellt wurde, wurde erfindungsgemäß einer weiteren Überzugsbehandlung mit aufeinanderfolgenden Schichten metallischen Chroms und Chromoxyden ausgesetzt.

Das Überzugsverfahren wurde in zwei aufeinanderfolgenden Stufen durchgeführt.

Hierbei sind zwei und vier Elementarzellen jeweils in Reihe erforderlich.

Die Anoden dieser Zelle sind sämtlich vom unlöslichen Typ aus Bleilegierung. Die Arbeitsbedingungen in den Zeilen der ersten Stufe sind wie foigi: Die Zusammensetzung des Elektrolyten betrug CrO₃115 g/l; NaF 1,73 g/l; H2SO4 0,5 ml/1; HBF₄ 0,5 ml/1. Der pH-Wert lag unterhalb 0,8, die Temperatur bei 45⁰C und die Stromdichte bei 85 A/dm².

Unter diesen Bedingungen wurden bei einer Bandgeschwindigkeit von 50 m/min 0,45 g/m² Chrom abge-

schieden.

Die Arbeitsbedingungen in der zweiten Stufe mit vier Zellen waren wie folgt: Die Zusammensetzung des Elektrolyten betrug CrO₃ 40 g/I; NaF 1,73 g/l; HBF₄ 0,5 ml/1. Der pH-Wert lag bei 3, die Temperatur bei 30⁰C und die Stromdichte bei 40 A/dm².

Bei einer Bandgeschwindigkeit von 50 m/min wurden 0,05 g/m² Chrom als Oxyd abgeschieden.

Soll nur eine Oberfläche des Bandes mit Überzug versehen werden, so reicht es aus, eine der Anoden, beispielsweise die untere 3' durch eine Isolierplatte zu ersetzen, die in die Kammer 10 hineinreicht und die Unterseite des Bandes 6 berührt und so, insbesondere an den Rändern, gegen Stromdispersion an den Rändern oder Kanten abschirmt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

1 2 was zu einer Steigerung im Behandlungsstrom führt Patentansprüche: - Um diese Defekte auf ein Minimum zu bringen, ist es notwendig, mit relativ niedriger Stromdichte zu arbei-

1. Vorrichtung für die kontinuierliche elektrolyti- ten, es sei denn, sehr lange Behandkingszeiten, die indusche Behandlung metallischer Bänder, wobei die EIe- 5 striell nicht wirtschaftlich sind, werden zur Anwendung mentarzelle für die elektrolytische Behandlung aus gebracht

einer hohlen Kammer rechteckigen Querschnitts be- Trotzdem hat das elektrochemische Abscheiden sosteht, durch welche das zu behandelnde Band ge- viele Vorteile, daß erhebliche Anstrengungen unterführt wird und welche unlösliche Elektroden auf bei- nommen wurden, um die vorbeschriebenen Probleme den ihrer großen Flächen aufweist und der elektroly- io zu überwinden.

tische Kreis durch das zu behandelnde metallische In neuerer Zeit wurde ein extrem einfaches Verfahren

Band geschlossen ist, dadurch gekennzeich- vorgeschlagen und verwirklicht Dies besteht darin, im-

n e t, daß diese Elementarzelle in den Elektrolyten mer frische Lösung an das Band heranzuführen und die

taucht, dessen Zwangsströmung innerhalb der Be- Gase zu eliminieren, indem man den Elektrolyt bei einer

handlungskammer durch einen Ejektor sicherge- 15 gegebenen Geschwindigkeit im Gegenstrom — bezo-

stellt ist gen auf das zu behandelnde Band — zwangsweise führt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Erreicht wird dies durch eine Zelle rechteckigen zeichnet, daß der Ejektor am Ende der Zelle auge- Querschnitts, welche unlösliche Anoden enthält Das ordnet ist, an dem das zu behandelnde Band in die Band läuft durch die Zelle unter der gleichen Entfer-Zelle eintritt 20 nung zu beiden Anoden und wirkt als Kathode. Der

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- Elektrolyt wird in die Zelle an dem Ende gepumpt, das zeichnet, daß der Ejektor so ausgebildet ist daß er dem Bandeintritt gegenüberliegt und strömt durch die frischen Elektrolyten gegen das Ende der Zelle for- Zelle bei hoher Geschwindigkeit in einer Richtung entdert an dem das Band eintritt und Elektrolyten bei gegengesetzt zu der des Bandes.

hoher Geschwindigkeit vom anderen Ende der Zelle 25 Es wird auf diese Weise möglich, schnell Überzugs-

durch die Behandlungskammer abzieht dicken zu erreichen, die viel größer als die nach den

üblichen elektrolytischen Techniken sind; in gewissen

Fällen sind sie vergleichbar den nach den Heißtauchverfahren erhaltenen.

30 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine GaI-

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die elek- vanisiervorrichtung anzugeben, die hohe Stromdichten trolytische Behandlung von Metallbändern und insbe- verwendet und dabei einfach, kompakt und vorteilhaft, sondere eine Zelle für die elektrolytische Behandlung verglichen mit ähnlichen bekannten Einrichtungen ist
und für die Abscheidung von metallischen und/oder Erfindungsgemäß wird eine Ejektoreinrichtung in einicht-metallischen Überzügen auf Metallbänder, bei- 35 ner Elektroplattier- oder Galvanisierzelle angeordnet spielsweise Stahlbänder. Diese Zelle hat die Form einer Kammer mit flachem Es besteht der allgemeine Trend, im wesentlichen auf- rechteckigem Querschnitt und enthält unlösliche Angrund der Notwendigkeit, die Nutzlebensdauer von öden, welche die größeren planen Flächen innerhalb Produkten aus Metallbänderh, insbesondere von Stahl- dieser Zelle bilden, wobei das zu überziehende Metallbändern, zu erhöhen, Bandüberzüge auf einer oder bei- 40 band in der Mitte der Kammer durchläuft wobei seine den Seiten durch Metalle, Metallegierungen oder Me- Oberflächen parallel zur Oberfläche dieser unlöslichen tallverbindungen, die das Band schützen, vorzusehen Anoden sind. Die Ejektoreinrichtung wird am Ende die- und daher die so hergestellten Produkte gegen Korro- ser Zellen, wo das Metallband hierin eintritt, angeordsion zu schützen. net

Solche Überzüge können im wesentlichen nach einer 45 Die Ejektoreinrichtung liefert 10—40% der Menge

der folgenden beiden Möglichkeiten hergestellt werden: an Elektrolyt, die für das Galvanaisieren in der Richtung

entweder durch Tauchen des Bandes in ein Bad entgegengesetzt zu der, in welcher das Metallband sich

schmelzflüssigen Metalls oder schmelzflüssiger Legie- bewegt, notwendig ist.

rung oder auf elektrolytischem Wege. Diese Zelle wird in einen Behälter eingeführt und in

Beide Überzugstechniken zeitigen Vorteile und 50 den Elektrolyten getaucht.

Nachteile. Das Galvanisieren bzw. Elektroplattieren Als Ergebnis des Einführens des Elektrolyten mittels

macht es möglich, Überzüge zu erzeugen, die mit ande- der Ejektoreinrichtung im Endteil dieser Galvanisierzel-

ren Mitteln sich nicht erreichen ließen, beispielsweise Ie wird mehr Elektrolyt in die Zelle von seinem entge-

solche mit Legierungen, deren Komponenten hinsieht- gengesetzten Ende gesaugt und erzeugt so den ge-

lich des Schmelzpunktes sich stark unterscheiden oder 55 wünschten Gegenstrom von Metallband und Elektrolyt

mit Oxiden oder anderen Verbindungen, die schwierig Erfindungsgemäß wird also eine Einrichtung vorge-

zu schmelzen sind oder die, wenn sie heiß sind, sich schlagen, die eine horizontale Zelle für elektrolytische

zersetzen. Andererseits werden hierdurch nicht allge- Behandlungen mit hoher Stromdichte betrifft, bei denen

mein dicke Überzüge bei Arbeiten bei industriellen Ge- der Elektrolyt gezwungen wird, sich schnell im Gegen-

schwindigkeiten erzeugt. Dies passiert, weil der Elektro- 60 strom bezüglich des zu behandelnden Metallbandes mit-

lyt nahe des Bandes an Metallionen als Ergebnis der tels eines Ejektors zu bewegen, der am Ende der Zelle

elektrolytischen Abscheidungen verarmt, so daß ein Ab- angeordnet ist, wo das Band in die Zelle selbst eintritt,

fall im Stromwirkungsgrad erfolgt und somit die Morp- Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sol-

hologie des Überzugs nicht gut ist und sich mehr Gas len nun mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert

;, entwickelt; darüber hinaus haften die beim elektrolyti- 65 werden; diese zeigen in

sehen Verfahren freigesetzten Gase, Sauerstoff an den F i g. 1 schematisch einen Schnitt durch eine Galvani-

\ Anoden und Wasserstoff an den Kathoden, an den Elek- sierzelie;

.. troden und erzeugen physikalische Defekte im Überzug, F i g. 2 schematisch einen Schnitt durch die Ejektor-