EP1712660A1 - Insoluble anode - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an insoluble anode for electroplating.
- Galvanic processes such as copper plating, nickel plating, galvanizing or tinning, are operated by means of soluble or insoluble anodes.
- soluble anodes which are also referred to as an active anode system
- the anode changes into solution during the electrolysis.
- insoluble anodes also referred to as inert anode systems
- insoluble anodes consist of a carrier material on the one hand and a coating applied thereto, which can be referred to as an active layer, on the other hand.
- Titanium, niobium or other reaction carrier metals are usually used as the carrier material, but in any case those materials which passivate under the electrolysis conditions.
- As material for the active layer are usually electron-conducting materials, such as platinum, iridium or other precious metals, their mixed oxides or compounds of these elements are used.
- the active layer can either be directly on the surface of the Carrier material may be applied or located on a distance to the substrate arranged substrate. Among others, such materials may be used as substrate, which may be considered as support material, for example titanium, niobium or the like.
- additives which, for example, act as brighteners, increase the hardness and / or increase the scattering.
- organic compounds are preferably used as additives.
- gases such as oxygen or chlorine are formed at the insoluble anode. These gases can cause the additives contained in the electroplating bath to oxidize, which can lead to partial or even complete degradation of these additives. This circumstance weighs twice as hard. On the one hand, the additives must be replaced continuously, on the other hand disrupt the degradation products of the additives, so that it is necessary to renew the plating baths more often or clean or regenerate, which is uneconomical and beyond also ecologically meaningful.
- anode for electroplating which has an anode base body and a Shielding, wherein the anode base body comprises a support material and a substrate having an active layer, the shield is spaced from the anode base attached thereto and reduces the mass transfer to the anode base body and away from it.
- Such an anode allows in contrast to the embodiment of the EP 1 102 875 B1 a reduction in the expenditure on equipment and also has the advantage that the additives contained in the electroplating bath oxidize less strongly.
- the anode base body of the anode is formed in two parts, which makes their production very expensive and therefore expensive.
- the anode base body consists of a carrier material on the one hand and an active layer on the other hand, wherein preferably titanium is used as carrier material.
- Suitable materials for the active layer are, in particular, platinum, iridium, mixed oxides of platinum metals or diamonds. Also for this reason, the proves out of the DE 102 61 493 A1 Prior art anode as relatively expensive, which is why the economics of operated using such an anode galvanic process in question. There is a need for improvement.
- the invention proposes an insoluble anode for electroplating, which is formed in two or more phases and an anode base body on the one hand and a shield on the other hand, wherein the anode base body is integrally formed and made of steel, stainless steel or nickel ,
- the anode according to the invention is formed in two or more phases and consists of an anode base body on the one hand and a shield on the other hand.
- the anode body is different from that of the DE 102 61 493 A1 previously known anode is not in two parts, that is, from a substrate and formed an active layer consisting, but rather in one piece and consists of steel, stainless steel or nickel.
- the anode according to the invention advantageously proves to be much less expensive to manufacture, allowing a more economical operation, especially with alkaline zinc and zinc alloy baths.
- the anode according to the invention is suitable for electrolytes which work with inert anodes, for example also for high-speed systems, as well as for electrolytes with divalent tin or other easily oxidizing components.
- the particular advantage of the anode according to the invention is that present in the electrolyte components or additives less or not oxidize, in the case of divalent tin, the disturbing oxidation of tin (II) to tin (IV) is prevented.
- two-phase or multi-phase anode is understood to mean an anode which consists of an anode base body on the one hand and a shield for the anode base body on the other hand.
- the anode base body represents the first phase and the shielding represents the second phase.
- the shield of the anode is preferably arranged at a distance from the anode base body and consists of a non-conductive material, plastic or metal.
- the shield is preferably formed in the manner of a fabric, mesh, mesh or the like.
- the shield consists of a grid or mesh made of titanium.
- the shield is made by a polypropylene existing tissue formed. Preference is given to the use of a two-part shield, wherein the first part of the shield is formed of a mesh or mesh made of titanium, whereas the second part of the shield is a fabric made of polypropylene.
- the existing polypropylene fabric between the anode base body on the one hand and the grid made of titanium mesh or network on the other hand is arranged.
- An anode with a two-part shield is three-phase.
- the two-phase or multi-phase electrode system prevents too high a contamination of the electrolyte with oxygen and thus too high an additive consumption.
- a galvanic bath operated with the anode according to the invention proves to be particularly economical.
- the invention further proposes a method of electroplating in which an anode according to the above-described features is used.
- the deposition is preferably by means of direct current. In this way, a particularly fine crystal structure can be achieved, which leads to improved physical properties of the deposited layer.
- the process can be used in both horizontal and vertical systems.
- the deposition can also be done by means of pulse current or pulse-reverse current.
- the invention further proposes a galvanic bath, in particular an alkaline galvanic bath, with an anode according to the aforementioned features.
- a galvanic bath in particular an alkaline galvanic bath
- an anode according to the aforementioned features.
- electroplating baths are alkaline zinc and zinc alloy baths, gold baths, silver baths, tin baths, tin alloy baths and bronze baths.
- Fig. 1 shows a schematic representation of an anode 1 according to the invention in a partially sectioned side view.
- the anode 1 is plate-shaped and has an anode base body 2 and a shield. 3
- the shield 3 is arranged at a distance from the anode base body, wherein the distance between the anode base body 2 and shield 3 is referred to as "A".
- the distance A between anode base body 2 and shield 3 can be 0.01 mm to 100 mm, preferably 0.05 mm to 50 mm, particularly preferably 0.5 mm to 10 mm.
- the shield 3 is formed in two parts. It consists of a polypropylene fabric 4 on the one hand and a platinum metal fabric 5 on the other.
- Fig. 1 reveals, the polypropylene fabric 4 between the anode base body 2 on the one hand and the metal fabric 5 on the other hand arranged.
- the metal fabric 5 may be electrically conductively connected to the anode base body 2, which is not shown in FIG. 1 for the sake of clarity.
- the anode 1 shown in Fig. 1 is three-phase.
- a first phase provides the anode base 2 ready.
- the second and third phases result from the shield 3, wherein the second phase is caused by the polypropylene fabric 4 and the third phase by the metal fabric 5.
- the shield 3 is arranged only on one side of the anode base body 2. It goes without saying that a shield 3 can also be arranged on the other side, that is to say with reference to the sheet plane according to FIG. 1 on the left-hand side of the anode main body 2.
- Fig. 2 shows in a schematic sectional view from above another embodiment of the anode 1 according to the invention.
- the anode 1 of Fig. 2 is in correspondence of the embodiment of FIG. 1 also of an anode base body 2 and a shield 3.
- the anode 1 of FIG. 2 is not plate-shaped, but formed with respect to its cross-section circular in the manner of a rod.
- the shield 3 surrounds the anode main body 2 completely in the manner of a shell.
- the shield 3 according to the embodiment of FIG. 2 is single-phase and consists for example of a metal mesh or a plastic fabric.
- the distance A between anode base body 2 and shield 3 corresponds to the distance A according to the embodiment of FIG. 1.
- the anode base body 2 is formed in one piece. It is made of steel, stainless steel or nickel.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine unlösliche Anode zur Galvanisierung.The invention relates to an insoluble anode for electroplating.
Anoden, auch unlösliche Anoden zur Galvanisierung sind aus dem Stand der Technik an sich bekannt, weshalb es eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises an dieser Stelle nicht bedarf.Anodes, also insoluble anodes for electroplating are known from the prior art per se, which is why it does not require a separate documentary proof at this point.
Galvanische Verfahren, wie zum Beispiel das Verkupfern, das Vernickeln, das Verzinken oder das Verzinnen werden mittels löslicher oder unlöslicher Anoden betrieben.Galvanic processes, such as copper plating, nickel plating, galvanizing or tinning, are operated by means of soluble or insoluble anodes.
Bei löslichen Anoden, die auch als aktives Anodensystem bezeichnet werden, geht die Anode während der Elektrolyse in Lösung über.In the case of soluble anodes, which are also referred to as an active anode system, the anode changes into solution during the electrolysis.
Unlösliche Anoden, auch als inertes Anodensystem bezeichnet, gehen hingegen während der Elektrolyse nicht in Lösung über. Unlösliche Anoden bestehen aus einem Trägermaterial einerseits und einer darauf aufgebrachten Beschichtung, die als Aktiv-Schicht bezeichnet werden kann, andererseits. Dabei werden als Trägermaterial üblicherweise Titan, Niob oder andere Reaktionsträgermetalle verwendet, in jedem Fall aber solche Materialien, die unter den Elektrolysebedingungen passivieren. Als Material für die Aktiv-Schicht kommen üblicherweise elektronenleitende Materialien, wie zum Beispiel Platin, Iridium oder andere Edelmetalle, deren Mischoxyde oder Verbindungen dieser Elemente zum Einsatz. Dabei kann die Aktiv-Schicht entweder direkt auf die Oberfläche des Trägermaterial aufgebracht sein oder sich auf einem zum Trägermaterial beabstandet angeordneten Substrat befinden. Als Substrat können unter anderem auch solche Materialien dienen, die als Trägermaterial in Betracht kommen, also beispielsweise Titan, Niob oder dergleichen.In contrast, insoluble anodes, also referred to as inert anode systems, do not dissolve into solution during electrolysis. Insoluble anodes consist of a carrier material on the one hand and a coating applied thereto, which can be referred to as an active layer, on the other hand. Titanium, niobium or other reaction carrier metals are usually used as the carrier material, but in any case those materials which passivate under the electrolysis conditions. As material for the active layer are usually electron-conducting materials, such as platinum, iridium or other precious metals, their mixed oxides or compounds of these elements are used. The active layer can either be directly on the surface of the Carrier material may be applied or located on a distance to the substrate arranged substrate. Among others, such materials may be used as substrate, which may be considered as support material, for example titanium, niobium or the like.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, galvanische Verfahren unter Einsatz von Additiven zu betreiben, die beispielsweise als Glanzbildner wirken, die Härte steigern und/oder die Streuung erhöhen. Dabei werden als Additive vorzugsweise organische Verbindungen eingesetzt.From the prior art, it is known to operate galvanic processes using additives which, for example, act as brighteners, increase the hardness and / or increase the scattering. In this case, organic compounds are preferably used as additives.
Während des Galvanisierungsvorganges entstehen an der unlöslichen Anode Gase, wie zum Beispiel Sauerstoff oder Chlor. Diese Gase können dazu führen, daß die im Galvanikbad enthaltenen Additive oxidieren, was zu einem teilweise oder sogar vollständigen Abbau dieser Additive führen kann. Dieser Umstand wiegt doppelt schwer. Zum einen müssen die Additive fortlaufend ersetzt werden, zum anderen stören die Abbauprodukte der Additive, so daß es erforderlich wird, die Galvanikbäder häufiger zu erneuern oder zu reinigen bzw. regenerieren, was unwirtschaftlich und darüber hinaus auch ökologisch nicht sinnvoll ist.During the electroplating process, gases such as oxygen or chlorine are formed at the insoluble anode. These gases can cause the additives contained in the electroplating bath to oxidize, which can lead to partial or even complete degradation of these additives. This circumstance weighs twice as hard. On the one hand, the additives must be replaced continuously, on the other hand disrupt the degradation products of the additives, so that it is necessary to renew the plating baths more often or clean or regenerate, which is uneconomical and beyond also ecologically meaningful.
Um diesem Problem zu begegnen, wurde mit der
Es wurde deshalb bereits mit der
Es ist allerdings bei der aus der
Ausgangspunkt für die Erfindung ist die aus der
Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung vorgeschlagen eine unlösliche Anode zur Galvanisierung, die zwei- oder mehrphasig ausgebildet ist und einen Anoden-Grundkörper einerseits sowie eine Abschirmung andererseits aufweist, wobei der Anoden-Grundkörper einteilig ausgebildet ist und aus Stahl, Edelstahl oder Nickel besteht.To solve this problem, the invention proposes an insoluble anode for electroplating, which is formed in two or more phases and an anode base body on the one hand and a shield on the other hand, wherein the anode base body is integrally formed and made of steel, stainless steel or nickel ,
Die erfindungsgemäße Anode ist zwei- oder mehrphasig ausgebildet und besteht aus einem Anoden-Grundkörper einerseits und einer Abschirmung andererseits. Dabei ist der Anoden-Grundkörper im Unterschied zu der aus der
In überraschender Weise hat sich gezeigt, daß es bei alkalischen Zink und Zinklegierungsbädern, aber auch bei Goldbädern, Silberbädern, Zinnbädern, Zinnlegierungsbädern und Bronzebädern nicht einer zweiteiligen, aus einem Trägermaterial und einer Aktiv-Schicht bestehenden Anode bedarf, sondern daß vielmehr hervorragende Beschichtungsergebnisse auch mit einer vergleichsweise einfach aufgebauten Anode, deren Anoden-Grundkörper einteilig ausgebildet ist und aus Stahl, Edelstahl oder Nickel besteht, erreicht werden können. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Anode erweist sich daher gegenüber der aus der
Die erfindungsgemäße Anode eignet sich für Elektrolyte, die mit inerten Anoden arbeiten, so zum Beispiel auch für High-Speed-Anlagen, sowie für Elektrolyte mit zweiwertigem Zinn oder anderen leicht oxidierenden Komponenten. Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Anode liegt darin, daß im Elektrolyten vorhandene Komponenten bzw. Zusätze weniger oder gar nicht oxidieren, wobei im Falle von zweiwertigem Zinn die störende Oxidation des Zinn (II) zu Zinn (IV) verhindert wird.The anode according to the invention is suitable for electrolytes which work with inert anodes, for example also for high-speed systems, as well as for electrolytes with divalent tin or other easily oxidizing components. The particular advantage of the anode according to the invention is that present in the electrolyte components or additives less or not oxidize, in the case of divalent tin, the disturbing oxidation of tin (II) to tin (IV) is prevented.
Unter "zwei- oder mehrphasig" ausgebildete Anode ist im Sinne der Erfindung eine Anode zu verstehen, die aus einem Anoden-Grundkörper einerseits und einer Abschirmung für den Anoden-Grundkörper andererseits besteht. Dabei stellen der Anoden-Grundkörper die erste Phase und die Abschirmung die zweite Phase dar.For the purposes of the invention, the term "two-phase or multi-phase" anode is understood to mean an anode which consists of an anode base body on the one hand and a shield for the anode base body on the other hand. The anode base body represents the first phase and the shielding represents the second phase.
Die Abschirmung der Anode ist vorzugsweise zum Anoden-Grundkörper beabstandet angeordnet und besteht aus einem nicht leitenden Material, Kunststoff oder Metall. Die Abschirmung ist vorzugsweise nach Art eines Gewebes, Gitters, Netzes oder dergleichen ausgebildet. In einer ersten Ausführungsform besteht die Abschirmung aus einem aus Titan bestehenden Gitter oder Netz. In einer zweiten Ausgestaltungsform wird die Abschirmung durch ein aus Polypropylen bestehendes Gewebe gebildet. Bevorzugt ist die Verwendung einer zweiteilig ausgebildeten Abschirmung, wobei der erste Teil der Abschirmung aus einem aus Titan bestehenden Gitter oder Netz gebildet ist, wohingegen der zweite Teil der Abschirmung ein aus Polypropylen bestehendes Gewebe ist. Dabei ist das aus Polypropylen bestehende Gewebe zwischen dem Anoden-Grundkörper einerseits und dem aus Titan bestehenden Gitter oder Netz andererseits angeordnet. Eine Anode mit einer zweiteilig ausgebildeten Abschirmung ist dreiphasig.The shield of the anode is preferably arranged at a distance from the anode base body and consists of a non-conductive material, plastic or metal. The shield is preferably formed in the manner of a fabric, mesh, mesh or the like. In a first embodiment, the shield consists of a grid or mesh made of titanium. In a second embodiment, the shield is made by a polypropylene existing tissue formed. Preference is given to the use of a two-part shield, wherein the first part of the shield is formed of a mesh or mesh made of titanium, whereas the second part of the shield is a fabric made of polypropylene. In this case, the existing polypropylene fabric between the anode base body on the one hand and the grid made of titanium mesh or network on the other hand is arranged. An anode with a two-part shield is three-phase.
Das zwei- oder mehrphasige Elektrodensystem verhindert eine zu hohe Kontamination des Elektrolyten mit Sauerstoff und somit einen zu hohen Zusatzmittelverbrauch. Ein mit der erfindungsgemäßen Anode betriebenes Galvanikbad erweist sich insofern als besonders wirtschaftlich.The two-phase or multi-phase electrode system prevents too high a contamination of the electrolyte with oxygen and thus too high an additive consumption. A galvanic bath operated with the anode according to the invention proves to be particularly economical.
Darüber hinaus findet eine geringe oxidative Zerstörung der Zusätze mit nur geringen Mengen an Sauerstoff statt, was die erforderliche Reinigung des Elektrolyten, beispielsweise durch Aktivkohlebehandlung oder durch die klassische oxidative Behandlung erheblich hinauszögert. In diesem Zusammenhang durchgeführte Versuche haben ergeben, daß die Arbeitsdauer eines mit einer erfindungsgemäßen Anode ausgerüsteten Galvanikbades gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Galvanikbädern auf 300 % gesteigert werden kann.In addition, little oxidative destruction of the additives takes place with only small amounts of oxygen, which considerably delays the required purification of the electrolyte, for example by activated carbon treatment or by the classical oxidative treatment. Tests carried out in this connection have shown that the working life of a galvanic bath equipped with an anode according to the invention can be increased to 300% in comparison with the electroplating baths known from the prior art.
Mit der Erfindung wird des weiteren ein Verfahren zur Galvanisierung vorgeschlagen, bei dem eine Anode gemäß der vorbeschriebenen Merkmale verwendet wird. Die Abscheidung erfolgt vorzugsweise mittels Gleichstrom. Hierdurch kann eine besonders feine Kristallstruktur erreicht werden, die zu verbesserten physikalischen Eigenschaften der abgeschiedenen Schicht führt. Dabei kann das Verfahren sowohl in Horizontal- wie auch in Vertikalanlagen eingesetzt werden.The invention further proposes a method of electroplating in which an anode according to the above-described features is used. The deposition is preferably by means of direct current. In this way, a particularly fine crystal structure can be achieved, which leads to improved physical properties of the deposited layer. The process can be used in both horizontal and vertical systems.
Anstelle von Gleichstrom kann die Abscheidung auch mittels Pulsstrom oder Puls-Reverse-Strom erfolgen.Instead of DC, the deposition can also be done by means of pulse current or pulse-reverse current.
Mit der Erfindung wird des weiteren ein Galvanikbad vorgeschlagen, insbesondere ein alkalisches Galvanikbad, mit einer Anode gemäß vorgenannter Merkmale. Als nicht abschließende Beispielaufzählung seien als Galvanikbäder alkalische Zink und Zinklegierungsbäder, Goldbäder, Silberbäder, Zinnbäder, Zinnlegierungsbäder und Bronzebäder genannt.The invention further proposes a galvanic bath, in particular an alkaline galvanic bath, with an anode according to the aforementioned features. As a non-exhaustive example enumerating as electroplating baths are alkaline zinc and zinc alloy baths, gold baths, silver baths, tin baths, tin alloy baths and bronze baths.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:
- Fig. 1
- in schematischer Schnittdarstellung eine erfindungsgemäße Anode in Plattenform und
- Fig. 2
- in schematischer Schnittdarstellung eine erfindungsgemäße Anode in Stabform.
- Fig. 1
- in a schematic sectional view of an anode according to the invention in plate form and
- Fig. 2
- in a schematic sectional view of an anode according to the invention in rod form.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Anode 1 in teilgeschnittener Seitenansicht. Die Anode 1 ist plattenförmig ausgebildet und verfügt über einen Anoden-Grundkörper 2 sowie eine Abschirmung 3.Fig. 1 shows a schematic representation of an
Wie Fig. 1 erkennen läßt, ist die Abschirmung 3 beabstandet zum Anoden-Grundkörper angeordnet, wobei der Abstand zwischen Anoden-Grundkörper 2 und Abschirmung 3 als "A" bezeichnet ist. Je nach Anwendung kann der Abstand A zwischen Anoden-Grundkörper 2 und Abschirmung 3 0,01 mm bis 100 mm, vorzugsweise von 0,05 mm bis 50 mm, besonders bevorzugt von 0,5 mm bis 10 mm betragen.As can be seen Fig. 1, the shield 3 is arranged at a distance from the anode base body, wherein the distance between the
Nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die Abschirmung 3 zweiteilig ausgebildet. Sie besteht aus einem Polypropylengewebe 4 einerseits sowie einem aus Platin bestehenden Metallgewebe 5 andererseits. Dabei ist, wie Fig. 1 erkennen läßt, das Polypropylengewebe 4 zwischen dem Anoden-Grundkörper 2 einerseits und dem Metallgewebe 5 andererseits angeordnet. Das Metallgewebe 5 kann mit dem Anoden-Grundkörper 2 elektrisch leitend verbunden sein, was in der Fig. 1 der besseren Übersicht wegen nicht dargestellt ist.According to the embodiment of FIG. 1, the shield 3 is formed in two parts. It consists of a
Die in Fig. 1 gezeigte Anode 1 ist dreiphasig. Eine erste Phase stellt der Anoden-Grundkörper 2 bereit. Die zweite und dritte Phase ergeben sich durch die Abschirmung 3, wobei die zweite Phase durch das Polypropylengewebe 4 und die dritte Phase durch das Metallgewebe 5 bedingt ist.The
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die Abschirmung 3 nur auf der einen Seite des Anoden-Grundkörpers 2 angeordnet. Es versteht sich von selbst, daß eine Abschirmung 3 auch auf der anderen Seite, das heißt mit Bezug auf die Blattebene nach Fig. 1 linken Seite des Anoden-Grundkörpers 2 angeordnet sein kann.According to the embodiment of FIG. 1, the shield 3 is arranged only on one side of the
Fig. 2 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung von oben ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anode 1. Die Anode 1 nach Fig. 2 besteht in Entsprechung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 gleichfalls aus einem Anoden-Grundkörper 2 und einer Abschirmung 3. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist allerdings die Anode 1 nach Fig. 2 nicht plattenförmig, sondern mit Bezug auf ihren Querschnitt kreisförmig nach Art eines Stabes ausgebildet. Die Abschirmung 3 umgibt den Anoden-Grundkörper 2 vollständig nach Art einer Hülle. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die Abschirmung 3 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 einphasig ausgebildet und besteht beispielsweise aus einem Metallgewebe oder einem Kunststoffgewebe. Der Abstand A zwischen Anoden-Grundkörper 2 und Abschirmung 3 entspricht dem Abstand A gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.Fig. 2 shows in a schematic sectional view from above another embodiment of the
Beiden vorerläuterten Ausführungsbeispielen ist gemein, daß der Anoden-Grundkörper 2 einteilig ausgebildet ist. Er besteht aus Stahl, Edelstahl oder Nickel.Both vorerläuterten embodiments is common that the
- 1 Anode1 anode
- 2 Anoden-Grundkörper2 anode base body
- 3 Abschirmung3 shielding
- 4 Polypropylengewebe4 polypropylene fabric
- 5 Metallgewebe5 metal mesh
- AA
- Abstanddistance
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