NO148193B - Anordning for elektrolytisk belegging av flater. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en anordning for elektrolytisk belegging av flater i et lukket kammer ved undertrykk,

for tilveiebringelse av et metallisk belegg som beskytter overflaten til en gjenstand, hvilken anordning omfatter et prosesskammer som inneholder en elektrolyttoppløsning, som inne i prosesskammeret står i direkte kontakt med den flate på den nevnte gjenstand som skal belegges, samt anordninger for tilførsel av elektrisk strøm til gjenstanden og elektro-lyttoppløsningen.

Kjente elektrolytiske flatebeleggingsmetoder be-heftes med relativt alvorlige såvel tekniske som miljømessi-

ge problemer. Av de tekniske vanskeligheter kan nevnes varia-sjoner i tykkelsen, langsom økning av belegg, porøsitet og dårlig vedhefting for belegget. Dette utgjør dog bare et lite eksempel på de mest iøyenfallende vanskeligheter. Sannsyn-ligvis er det største problemet ujevnheten i tykkelsesøknin-gen, som særlig kommer til syne i form av såkalte utvekster, dvs. belegget vokser i visse deler altfor hurtig i forhold til de øvrige deler.

Sett ut fra miljøvernsynsynspunkter og arbeider-vernsynspunkter medfører de kjente fremgangsmåter store problemer først og fremst på grunn av den rike utvikling av gass og støvdamper. De utviklede gasser og damper er giftige og forårsaker yrkesskader.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en anordning for elektrolytisk flatebelgging med hvis hjelp de fleste ulemper ved den kjente teknikk kan eli-mineres .

Dette oppnås ved en anordning av den innledningsvis nevnte type som er kjennetegnet ved det som fremgår av kravene.

Omfattende praktiske forsøk har vist at anordningen ifølge oppfinnelsen som er basert på elektrolytisk flatebelegging i en sirkulerende elektrolytt ved undertrykk, gir en mengde uventede fordeler. Beleggets kvalitet forbedres bety-delig, og de tåkedamper som vanligvis utvikles bindes til den s/irkulerende elektrolytt allerede ved et lavt undertrykk på

0.85 ata. Ettersom mengde tåkedamper også beror på hvilken

elektrolytt som henyttes og på strømtettheten, er det hensikts-messig at det for oppnåelsen av større sikkerhet benyttes et større undertrykk, dvs. at man går ned til et trykk som er mindre enn 0,8 ata.

Det er mest fordelaktig å la bare selve prosessrom-raet stå. under undertrykk og la elektrolyttoppløsningen sirkulere gjennom dette rom. Det blir da mulig å utnytte sirkula-sjonskretsen for å tilveiebringe eventuell nødvendig kjøling eller oppvarming. Det er også mulig, særlig ved små anlegg,

å ikke la elektrolyttvæsken sirkulere, hvorved således elektrolyttens forvarmingsrom samtidig utgjør prosessrom.

Videre er det mulig og i visse tilfeller særlig fordelaktig å forenkle anordningen ifølge oppfinnelsen, slik at prosessrommet dannes ved at en i sin ene ende åpen beholder i opp- og nedvendt stilling anordnes med åpningen under væskeflaten i en elektrolyttbeholder og kobles til en undertrykks-kilde, slik at den opp- og nedvendte beholder på grunn av det der dannede undertrykk fylles med elektrolyttvæske til ønsket høyde. Elektrolyttbeholderen kan samtidig utgjøre oppbevar-ingsrommet for systemets elektrolyttvæske, hvorved således bare en beholder er nødvendig.

Det har vist seg at det ikke er nødvendig at det største undertrykk hersker i det egentlige prosessrom. Hoved-saken er at elektrolytten sirkulerer gjennom et slikt rom hvor trykket er tilstrekkelig lavt. Herved unngås utvikling av tåkedamper og skadelige gasser, som allerede i og for seg betyr betydelige fordeler.

Gode resultater kan oppnås allerede når høydefor-skjellen mellom elektrolyttbeholderens frie væskeflate og un-dertrykksystemets høyeste punkt utgjør ca. 1,5 m. Undertrykk-systemets høyeste punkt kan være beliggende utenfor selve prosessrommet. Når elektrolyttvæsken sirkulerer gjennom prosessrommet og det dertil tilsluttede undertrykksystem, er det fordelaktig at en luftpute anordnes i prosessrommets øvre ende,

'idet eventuelt nødvendige strømtilførselskabler kan trekkes gjennom prosessrommets hylster ved et punkt som ikke kommer i

berøring med elektrolyttvæsken. Det blir derved lettere å be-herske tetningsproblemene ved kabelgjennomføringene.

Anordningen er videre fordelaktig utstyrt med en sluseanordning gjennom hvilken den væske som har strømmet fra elektrolyttbeholderen til prosesskammeret kan føres tilbake til elektrolyttbeholderen. Sluseanordningen kan være av i og for seg kjent type, f. eks. i prinsipp av samme type som de såkalte "releasers", som benyttes i forbindelse med rørmelke-maskiner. Fra elektrolyttbeholderen kan elektrolyttvæsken suges opp til prosesskammeret direkte ved hjelp av det i kammeret herskende undertrykk. Også pumpestyrt sirkulasjon kan benyttes.

Ettersom elektrolyttvæsken oppvarmes under en elek-trolyseprosess kreves vanligvis kjøling. I anordningen ifølge oppfinnelsen kan kjøling tilveiebringes f. eks. ved at en

varmeveksler anordnes mellom prosesskammeret og sluseanordningen, hvilken varmeveksler tilsluttes til elektrolyttens sirkulasjonssystem og til et kjølesystem. Eventuelt kreves kjøling også i elektrolyttbeholderen eller i visse tilfeller oppvarming. Det er derfor ønskelig at beholderen utstyres med egnede temperaturreguleringsanordninger. Oppvarming kan skje med elektrisk varmemotstand, mens kjølingen kan tilveiebringes ved å tilslutte beholderen til samme kjølesystem som elektro-lyttsirkulasjonskretsens varmeveksler.

Anordningen kan videre med fordel utstyres med flere forskjellig store prosesskajnre for flatebehandling av forskjellig store gjenstander. Anordningen kan oppbygges slik at de forskjellige prosesskamre kan benyttes parallelt eller alternativt. Videre kan anordningen utvikles slik at eventuelt nødvendige skyllinger av arbeidsstykkene kan utføres i samme anordning som selve behandlingen. For skyllingen kreves en eller flere beholdere for skyllevæske, og en slik beholder kan tilsluttes til elektrolyttvæskens sirkulasjonssystem i stedet for elektrolyttbeholderen. Skylleyæsken vil da sirkulere i det nevnte sirkulasjonssystem på nøyaktig samme måte som elektrolyttvæsken. Skyllingen tilveiebringes således ved at elektrolyttbeholderen kobles fra sitt sirkulasjonssystem, mens skylleyæskebeholderen kobles inn i stedet. Dette kan i praksis skje meget enkelt ved hjelp av på egnet måte anordnede treveisventiler.

Det kan videre anføres at det f. eks. fra britisk patent nr. 865919 og US patent nr. 2465747 er kjent anordninger for elektrolytisk flatebelegging. Ingen av disse kjente anordninger har imidlertid en kontinuerlig sirkulasjon av samme art som man benytter ved oppfinnelsen, og disse kjente anordninger har således også de ulemper som er nevnt innledningsvis.Anordningen i henhold til US patent nr. 2465747 omfatter et lukket prosesskammer med anoder og katoder, som er tilsluttet til en likestrømskilde. Videre omfatter anordningen en vakuumpumpe som via et sugerør er tilsluttet til luft-rommet over elektrolyttoppløsningen i det lukkede prosesskammer. I utsugningsrøret er det dessuten kjøleanordninger. Anordningen i henhold til US patentet gir imidlertid ingen mulighet for kontinuerlig sirkulasjon av elektrolyttoppløs-ning gjennom prosesskamre, hvilken sirkulasjon skal finne sted mens beleggingsprosessen gjennomføres.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere ved hjelp av utførelseseksempler som er fremstilt på tegnin-gen, . som viser: fig. 1 skjematisk oppbyggingen av en anordning ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 skjematisk en annen utførelsesform av en anordning ifølge oppfinnelsen, og

fig. 3 en tredje utførelsesform for en anordning ifølge oppfinnelsen.

På fig. 1 betegner 1 en elektrolyttbeholder, 2 et mindre prosesskammer og 3 et større prosesskammer. Fra beholderen 1 fører et rør 4 til det mindre prosesskammer 2. Gjennom dette rør suges elektrolytten fra beholderen 1 til prosesskammeret 2 og fortsetter sin sirkulasjon derfra gjennom et rør 5 og en treveisventil 6 til en varmeveksler' 7-, i hvilken den sirkulerende væske ved behov avkjøles. Sirkulasjons-kretsen fortsetter til en sluseanordning 8 hvor væsken strøm-mer inn i et øvre kammer 9. Når sluseanordningens nedre

kammer 13 også står under undertrykk, kan væske strømme dit

fra det øvre kammer 9 gjennom røret 12 og tilbakeslagsyentilen 11. Når det nedre kammer 13 fylles til en viss høyde, Bryter sluseanordningens automatiske styresystem forbindelsen 14 mellom det nedre kammer og anordningens vakuumpumpe 10 og stiller det nedre kammer under atmosfæretrykk. Herved strømmer den sirkulerende elektrolyttvæske på grunn av sin egen tyngde gjennom et rør 15 til elektrolyttbeholderen 1.

Elektrolyttvæsken kan også suges opp gjennom et rør 16 til det større prosesskammer 3 og derfra videre gjennom røret 17 og treveisventilen 6 til varmeveksleren 7 og sluseanordningen 8. Den ønskede sirkulasjonsvei innstilles ved hjelp av treveisventilen 6. Eventuelt kan ventilen 6 være slik konstruert at elektrolyttvæsken samtidig kan sirkulere såvel gjennom det mindre som det større prosesskammer.

Den på fig. 1 viste anordning omfatter også en sluttet kjølekrets 18 med et ekspansjonskar 19 og en kjøler 21, i hvilken kjølingen gjennomføres ved hjelp av en vifte 20. Videre er det anordnet en sirkulasjonspumpe 22 samt nød-vendig hjelpeutstyr, som f. eks. avstengningsventiler 23 og en tilbakeslagsventil 24. Kjølevæsken sirkulerer gjennom varmeveksleren 7 og ved behov også rundt eller gjennom elektrolyttbeholderen 1. I visse tilfeller, f. eks. i prosessens begynnelsestrinn, kan elektrolytten ha altfor lav temperatur og må da oppvarmes. For oppvarming av elektrolytten er elektrolyttbeholderen utstyrt med en elektrisk varmeanordning 25.

Selve flatebeleggingsprosessen finner sted i prosesskammeret 2 eller 3, vanligvis ved hjelp av en ytre til-førsel av elektrisk strøm. Strømtilførselen skjer gjennom kablene 26 og 27. I prinsippet finner prosessen sted på samme måte som en konvensjonell elektrolytisk flatebeleggingsprosess. forskjellen ligger deri at prosessrommet står under undertrykk.

På fig. 2 er prosesskammeret 2 nedsenket i elektrolyttbeholderen 1 og er åpent i sin nedre ende. Ved at prosesskammeret 2 er tilsluttet til en undertrykkspumpe 10, vil elektrolyttbeholderens 1 elektrolyttvæske 34 stige innenfor prosesskammerets 2 skall 33 til ønsket høyde. Fra prosesskammeret 2 strømmer elektrolytten videre gjennom røret 5 til sluseanordningen 8 og derfra tilbake gjennom returrøret 15 til elektrolyttbeholderen 1. på figuren vises også helt skjematisk strømtilførselskahler 26 og 27, deres gjennomføringer 40, elektrodene 41 og et arbeidsstykke 42. Ved gjennomfør-ingene 40 er det dannet en luftpute 43 i prosesskammeret 2, som medfører at kabelgjennomføringene ikke behøver å komme i direkte berøring med elektrolytten.

Anlegget ifølge fig. 3 svarer i alt vesentlig til anlegget ifølge fig. 1. Det er dog tilføyet en skillevæske-beholder 45 som ved hjelp av treveisventilene 46 og 47 kan kobles til elektrolyttvæskens sirkulasjonssystem i stedet for elektrolyttbeholderen 1. Når elektrolyttbeholderen 1 kobles fra sirkulasjonssystemet og skyllevæskebeholderen 45 kobles inn i sirkulasjonssystemet, skjer sirkulasjonen fra skyllevæskebeholderen 45 gjennom røret 48 og treveisventilen 46 til prosesskammeret 2 hvor det behandlede arbeidsstykke skylles. Skyllevæsken fortsetter sirkulasjonen på vanlig måte gjennom røret 5, sluseanordningen 8 og returrøret 15 samt via treveisventilen 47 og røret 49 tilbake til skyllevæskebeholderen 45. Denne utførelsesform for oppfinnelsen medfører den fordel at det behandlede arbeidsstykke ikke behøver forflyttes for skylling, men skyllingen skjer i selve prosesskammeret med anvendelse av det samme undertrykksdreyne sirkulasjonssystem som under,den egentlige behandlingsprosess. På denne måte kan skyllingen skje hurtig og spilltiden reduseres til et minimum.

Som eksempel på hvorledes man yed hjelp av oppfinnelsen kan gjennomføre en flatebeleggingsprosess kan følgende

hårdforkrommingsmetode nevnes. Elektrolytten<y>ar en såkalt selvregulerende elektrolytt (SRHS)., og temperaturen ble regu-lert i samsvar med elektrolyttprodusentens anbefaling. Når trykket i prosessrommet var 0,85 ata, kunne strømtettheten økes bare til verdien 100 A/dm 2. Til tross for dette oppnås en særlig tett og jevn flatebelegging. Egnede prosessbeting-elser ved hårdforkromming av en støpejernsylinder er elektrolytt SRHS 110, temperatur 60°C, undertrykk 35 mm Hg (trykk-differanse) , strømtetthet 80 A/dm<2>.

Claims (12)

1.Anordning for elektrolytisk belegging av flater i et lukket kammer ved undertrykk, for tilveiebringelse av et metallisk belegg som beskytter overflaten til en gjenstand, hvilken anordning omfatter et prosesskammer (2, 3} som inneholder en elektrolyttoppløsning, som inne i prosesskammeret står i direkte kontakt med den flate på den nevnte gjenstand som skal belegges, samt anordninger (26, 27} for tilførsel av elektrisk strøm til gjenstander, og elektrolyttoppløsningen,karakterisert vedat anordningen omfatter inn-retninger (4 - 15) for tilveiebringelse av en kontinuerlig sirkulasjon av elektrolyttoppløsning gjennom prosesskammeret (2, 3) under gjennomføringen av flatebeleggingen i kammeret, samt en luftsugende undertrykkspumpe (10) eller tilsvarende, som er innrettet til fortrinnsvis utenfor prosesskammeret (2, 3) å tilveiebringe et på elektrolyttoppløsningen innvirkende undertrykk, som utgjør maksimalt 0,85 ata, fortrinnsvis maksimalt 0,8 ata.

2. Anordning ifølge krav 1,karakterisertved at det av undertrykkspumpen (101 tilveiebragte undertrykk kan benyttes for å tilveiebringe en elektrolyttoppløs-ningssirkulasjon og til å løfte oppløsningen gjennom nevnte prosesskammer (2, 3) til en sluseanordning (8), fra hvilken oppløsningen kan strømme tilbake til en beholder (1) under , atmosfæretrykk.

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat det i elektrolyttoppløsningens sirkulasjonssystem er anordnet minst en varmeveksler (7, 25), med hvilken elektrolyttoppløsningens temperatur kan reguleres.-

4. Anordning ifølge krav 3,karakterisertved at den omfatter en varmeveksler (7), som er anordnet mellom prosesskammeret (2, 3) og sluseanordningen (8).

5. Anordning ifølge ett eller flere av de foranstående krav,karakterisert vedat det foruten pro^ sesskamrene (2, 3) er anordnet en separat beholder (1) som også virker som elektrolyttlagringsbeholder.

6. Anordning ifølge krav 5,karakterisertved at nevnte elektrolyttlagringsbeholder (1) er utstyrt med temperaturreguleringsanordninger (25)..

7. Anordning ifølge ett eller flere av kravene 3-6,karakterisert vedat den omfatter et felles kjølesystem (18 - 24), sem er tilsluttet til flere av anordningens varmevekslere (27, 25).

8. Anordning ifølge ett eller flere av de foranstående krav,karakterisert vedat den omfatter minst to forskjellig store prosesskamre (2 og 3), i hvilke gjenstander med forskjellig størrelse kan behandles alternativt eller eventuelt samtidig.

9. Anordning ifølge ett eller flere av kravene 1-8,karakterisert vedat prosesskammeret (2) er utformet som en i sin nedre ende åpen beholder (2), som er anordnet med åpningen under væskeflaten i elektrolyttiagrings-beholderen (1) og koblet til undertrykkskilden (10), slik at den opp-ned vendte beholder (2). på grunn av det der dannede undertrykk fylles med elektrolyttvæske til ønsket høyde (fig.

2) .

10. Anordning ifølge krav 9,karakterisertved at høydeforskjellen mellom elektrolyttlagringsbeholde-rens (1) frie væskeflate og det under undertrykk stående sir-kulas jonssystems høydepunkt er 1,5 m eller større.

11. Anordning ifølge krav 9,karakterisertved at det er tilveiebragt en luftpute (43). i prosesskammerets (2) øvre ende og at eventuelle kabelgjennomføringer (40) er anordnet i den del av prosessrommets (2) skall (33) hvor luftputen (43) befinner seg.

12.Anordning ifølge ett eller flere av de foranstående krav,karakterisert vedat den omfatter en eller flere skyllevæskebeholdere (45) , som er tilsluttbare til anordningens elektrolyttsirkulasjonssystem (2, 5, 8, 15), slik at elektrolyttlagringsbeholderen (1) derved kan frakobles sy-stemet og en eller flere skyllevæskebeholdere (45) innkobles i stedet for elektrolyttlagringsbeholderen, idet skyllevæsken kan sirkulere i sirkulasjonssystemet (2, 5, 8, 15) (fig. 3).