ES3055815T3 - Apparatus for the electrolytic coating of a wire - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un objeto (18), como un cable, que se recubre electrolíticamente sumergiéndolo en un tanque de electrolito (10) con un electrolito (12). En él, al menos un ánodo soluble (14), conectado al polo positivo de una primera fuente de corriente continua (16) de forma eléctricamente conductora, y al menos un ánodo insoluble (22), conectado al polo positivo de una segunda fuente de corriente continua (24) de forma eléctricamente conductora, están sumergidos, al menos parcialmente, y conectados a los polos negativos de la primera fuente de corriente continua (16) y de la segunda fuente de corriente continua (24) de forma eléctricamente conductora. Las dos fuentes de corriente continua (16, 24) pueden operar independientemente para mantener el contenido metálico del electrolito (12) dentro de un rango predeterminado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Dispositivo para el recubrimiento electrolítico de un alambre
[0003] La invención se refiere a un dispositivo para el recubrimiento electrolítico continuo de un alambre en un proceso continuo.
[0004] Se conoce cómo recubrir electrolíticamente objetos metálicos como, por ejemplo, alambres en una instalación de galvanoplastia, por ejemplo, por estañado. A este respecto, el alambre y el material de recubrimiento se sumergen en un baño electrolítico, creando así una conexión eléctricamente conductora. Si el alambre y el material de recubrimiento se conectan entonces a polos diferentes de una fuente de corriente continua, fluye una corriente eléctrica a una tensión suficientemente alta, que hace que los iones del electrolito migren al alambre o al material de recubrimiento (electrólisis).
[0005] El alambre se conecta al polo negativo de la fuente de corriente continua y forma el cátodo. Los iones metálicos cargados positivamente migran del electrolito hacia el cátodo y allí captan electrones (reducción electroquímica), creando átomos metálicos que se adhieren al alambre que se va a recubrir. Se distingue entre ánodos solubles y los llamados ánodos insolubles. En el caso de los ánodos solubles, el metal del ánodo se disuelve liberando electrones al circuito (oxidación electroquímica) y entra en el electrolito (normalmente una solución salina) como ion metálico. Los ánodos insolubles, por su parte, no se disuelven, sino que sirven solo para entrar en contacto con el electrolito con el fin de formar los iones metálicos dentro del electrolito (normalmente una solución de sales metálicas). En el caso de los ánodos solubles, estos se disuelven con el tiempo; en el caso de los ánodos insolubles, el electrolito se va empobreciendo del metal con el tiempo.
[0006] En electrolitos ácidos, como los electrolitos de estaño a base de ácido metanosulfónico, siempre hay una diferencia entre el rendimiento de corriente anódica y catódica cuando se utilizan ánodos solubles. El rendimiento de corriente anódica suele ser cercano al 100 %, mientras que el rendimiento de corriente catódica en electrolitos de estaño de ácido metanosulfónico, por ejemplo, suele estar entre el 95 % y el 97 %. El rendimiento de corriente catódica depende, a este respecto, especialmente del material de recubrimiento, del electrolito y de los parámetros operativos (temperatura del baño, movimiento del baño, densidad de corriente, etc.).
[0007] La diferencia entre los rendimientos de corriente anódica y catódica descrita anteriormente da lugar a un aumento de la concentración de metal en el electrolito en las instalaciones convencionales de galvanoplastia, que debe corregirse cuando se alcanza un valor umbral superior predeterminado. Para mantener la concentración de metal en el electrolito dentro de un rango predeterminado, el electrolito puede regenerarse con regularidad o de forma continua, por ejemplo. Por otro lado, cuando se utilizan ánodos insolubles, es necesario corregir la concentración de metal cuando se alcanza un valor umbral inferior predeterminado. Para mantener la concentración de metal en el electrolito dentro de un rango predeterminado, también es posible en este caso regenerar el electrolito con regularidad o de forma continua. Por ejemplo, el documento DE 19539865 A1 divulga una instalación de galvanoplastia continua con ánodos insolubles en la célula electrolítica, en donde el electrolito se enriquece continuamente con iones metálicos en una cámara de regeneración.
[0008] Además, el documento DE 19539865 A1 describe el uso de ánodos insolubles en la célula electrolítica, que están protegidos del electrolito por diafragmas, y de ánodos solubles en una cámara de regeneración externa para complementar el contenido de metal del electrolito.
[0009] El documento US 5.100.517 divulga un dispositivo para depositar una capa metálica sobre un alambre en un baño electrolítico con un electrodo insoluble, en donde el dispositivo también presenta un electrodo soluble.
[0010] El objetivo de la presente invención es crear un dispositivo mejorado para el recubrimiento electrolítico de un alambre. Este objetivo se consigue mediante la enseñanza de las reivindicaciones independientes. Configuraciones particularmente preferidas de la invención son objeto de las reivindicaciones dependientes.
[0011] El dispositivo de acuerdo con la invención para el recubrimiento electrolítico de un alambre presenta una cuba electrolítica con un electrolito; una primera fuente de corriente continua; al menos un ánodo soluble, que está al menos parcialmente sumergido en el electrolito en la cuba electrolítica y está conectado de manera eléctricamente conductora a un polo positivo de la primera fuente de corriente continua; y al menos un terminal catódico, que está conectado de manera eléctricamente conductora a un polo negativo de la primera fuente de corriente continua y al que puede conectarse de manera eléctricamente conductora y móvil un alambre que se va a recubrir, que está sumergido en el electrolito en la cuba electrolítica. Este dispositivo está caracterizado por una segunda fuente de corriente continua, que puede funcionar independientemente de la primera fuente de corriente continua; y al menos un ánodo insoluble, que está al menos parcialmente sumergido en el electrolito en la cuba electrolítica y está conectado de manera eléctricamente conductora a un polo positivo de la segunda fuente de corriente continua.
[0012] En el dispositivo de acuerdo con la invención, la concentración de metal en el electrolito puede ser controlada por el al menos un ánodo insoluble. Dado que la segunda fuente de corriente continua puede funcionar independientemente de la primera fuente de corriente continua, es posible igualar la diferencia entre el rendimiento de corriente anódica y catódica para el al menos un ánodo soluble a través del al menos un ánodo insoluble y, de este modo, mantener constante la concentración de metal en un rango predeterminado si las dos fuentes de corriente continua funcionan en consecuencia.
[0013] La segunda fuente de corriente continua funciona preferiblemente de forma continua o solo se conecta cuando es necesario.
[0014] En este contexto, el término "electrolito" se refiere a un líquido que puede disociarse en iones y, por lo tanto, es adecuado para la electrólisis, en particular en una instalación de galvanoplastia. A este respecto, la composición química del electrolito depende en particular del material del alambre que se va a recubrir, del material de los ánodos, en particular de los ánodos solubles, y del material de recubrimiento deseado. Para estañar un alambre (de cobre) se utiliza preferiblemente un electrolito de ácido metanosulfónico.
[0015] En este contexto, el término "fuente de corriente continua" ha de entenderse como cualquier tipo de equipo que sea adecuado para proporcionar una tensión continua a su salida y, por lo tanto, suministrar corriente continua a un consumidor conectado. Como fuentes de corriente continua se utilizan preferiblemente baterías, acumuladores, pilas de combustible y, de manera especialmente preferida, rectificadores. Los rectificadores se conectan preferentemente después de una fuente de corriente alterna, como un generador de corriente alterna o una red de alimentación. Una fuente de corriente continua está construida preferiblemente a partir de un equipo que proporciona tensión continua o a partir de varios equipos (de manera preferente, sustancialmente del mismo tipo) conectados en paralelo y que proporcionan tensión continua.
[0016] El "ánodo soluble" en este contexto se refiere a un ánodo que se disuelve con el tiempo bajo oxidación electroquímica en el electrolito a medida que el metal que forma el material de recubrimiento pasa al electrolito como ion metálico, liberando electrones al circuito. Para estañar un alambre (de cobre) se utiliza preferiblemente un ánodo de estaño. El "ánodo insoluble" en este contexto se refiere a un ánodo que esencialmente no se disuelve en el electrolito con el tiempo, sino que solo sirve para hacer contacto eléctrico con el electrolito. Los ánodos insolubles también pueden denominarse ánodos dimensionalmente estables o inertes. Los ánodos insolubles, preferiblemente, se componen sustancialmente de acero inoxidable, titanio o platino y/o están provistos de una capa protectora de titanio, platino, iridio, rutenio o similares.
[0017] El dispositivo presenta al menos un ánodo soluble y al menos un ánodo insoluble, que están al menos parcialmente sumergidos en el electrolito. En el dispositivo de acuerdo con la invención, ambos tipos de ánodo se sumergen en el mismo electrolito en el que también se sumerge el alambre que se va a recubrir. A este respecto, se utilizan uno, dos, tres, cuatro o más ánodos solubles; en el caso de una instalación de galvanoplastia continua, se utiliza un número mayor de ánodos solubles en función del tamaño de la cuba electrolítica continua. Además, se utilizan uno, dos, tres, cuatro o más ánodos insolubles. La superficie efectiva total de todos los ánodos solubles es preferiblemente mayor que la superficie efectiva total de todos los ánodos insolubles. Los ánodos solubles e insolubles preferiblemente tienen dimensiones sustancialmente iguales. En este caso, el número de ánodos insolubles es preferiblemente menor que el número de ánodos solubles.
[0018] El alambre que se va a recubrir, que está sumergido en el electrolito en la cuba electrolítica, se puede conectar a un terminal catódico del dispositivo, que está conectado de manera eléctricamente conductora a un polo negativo de la primera fuente de corriente continua. En este contexto, el terminal catódico es un equipo adecuado para establecer una conexión eléctricamente conductora con el alambre que se va a recubrir. Esta conexión es preferiblemente separable para que el alambre que se va a recubrir pueda sustituirse fácilmente. Para una instalación de galvanoplastia continua, esta conexión está diseñada de manera móvil de acuerdo con la invención. Preferiblemente, el terminal catódico también está conectado de manera eléctricamente conductora al polo negativo de la segunda fuente de corriente continua, de modo que ambas fuentes de corriente continua se encuentren al mismo potencial.
[0019] De acuerdo con la invención, la intensidad de corriente de la segunda fuente de corriente continua puede ajustarse independientemente de la intensidad de corriente de la primera fuente de corriente continua. Mediante la regulación de la intensidad de corriente en el circuito del al menos un ánodo insoluble, la diferencia entre el rendimiento de corriente anódica y catódica para el al menos un ánodo soluble puede igualarse a través de este al menos un ánodo insoluble, manteniendo así la concentración de metal constante dentro de un rango predeterminado.
[0020] De acuerdo con la invención, está previsto un dispositivo de control para controlar la primera fuente de corriente continua y la segunda fuente de corriente continua en función de al menos un parámetro electrolítico del electrolito en la cuba electrolítica. De acuerdo con la invención, ambas fuentes de corriente continua se controlan para regular las intensidades de corriente en ambos circuitos. En este contexto, por "parámetro electrolítico" ha de entenderse un parámetro operativo del dispositivo que influye en la electrólisis en el electrolito y, por tanto, en el recubrimiento electrolítico del alambre que se va a recubrir. En este contexto, los parámetros electrolíticos incluyen en particular,
pero no exclusivamente, el contenido (de iones) de metal, el contenido ácido, el valor de pH y la conductividad del electrolito, así como la intensidad de corriente y el caudal. De acuerdo con la invención, al menos uno de los parámetros electrolíticos es el contenido de iones metálicos.
[0021] De acuerdo con la invención, está previsto un dispositivo de medición para registrar el al menos un parámetro electrolítico, concretamente al menos el contenido de iones metálicos, del electrolito en la cuba electrolítica. Este dispositivo de medición es preferiblemente un dispositivo de medición por separado de la cuba electrolítica, al que se alimentan preferiblemente con regularidad muestras de electrolito tomadas de la cuba electrolítica para su análisis, o un dispositivo de medición en contacto con el electrolito de la cuba electrolítica para poder realizar un análisis esencialmente continuo.
[0022] El dispositivo de acuerdo con la invención está diseñado como un dispositivo continuo para el recubrimiento electrolítico continuo de un alambre. El dispositivo continuo puede utilizarse para el recubrimiento de alambre. Un procedimiento para el recubrimiento electrolítico continuo de un alambre en un proceso continuo, que se describe para una mejor comprensión de la invención, presenta las siguientes etapas: sumergir un alambre que se va a recubrir en una cuba electrolítica con un electrolito, en la que están sumergidos, al menos parcialmente, al menos un ánodo soluble, conectado de manera eléctricamente conductora a un polo positivo de una primera fuente de corriente continua, y al menos un ánodo insoluble, conectado de manera eléctricamente conductora a un polo positivo de una segunda fuente de corriente continua; conectar el alambre que se va a recubrir de manera eléctricamente conductora a un polo negativo de la primera fuente de corriente continua y a un polo negativo de la segunda fuente de corriente continua; y hacer funcionar la segunda fuente de corriente continua independientemente de la primera fuente de corriente continua.
[0023] Con este procedimiento pueden lograrse las mismas ventajas que con el dispositivo de la invención descrito anteriormente. Por lo que respecta a las ventajas, las definiciones de los términos y las configuraciones preferidas, en este punto simplemente se remitirá, por tanto, a las explicaciones anteriores en relación con el dispositivo de acuerdo con la invención.
[0024] En una configuración preferida del procedimiento, la intensidad de corriente de la primera fuente de corriente continua y la intensidad de corriente de la segunda fuente de corriente continua se ajustan de forma diferente entre sí.
[0025] De acuerdo con la invención, una intensidad de corriente total de la primera fuente de corriente continua y de la segunda fuente de corriente continua se mantiene sustancialmente constante.
[0026] De acuerdo con la invención, la primera fuente de corriente continua y la segunda fuente de corriente continua se controlan en función de al menos un parámetro electrolítico del electrolito en la cuba electrolítica, a saber, al menos el contenido de iones metálicos.
[0027] En aún otra configuración del procedimiento, el al menos un parámetro electrolítico del electrolito en la cuba electrolítica se registra con regularidad o de forma continua.
[0028] Cabe señalar en este punto, por precaución, que el dispositivo de la invención y el procedimiento no se limitan, en cada caso, a ningún alambre en particular que vaya a recubrirse, a ningún electrolito en particular, a ningún material de recubrimiento en particular, a ningún ánodo soluble en particular ni a ningún ánodo insoluble en particular.
[0029] Las características y ventajas anteriores, así como otras, de la invención se entenderán mejor a partir de la descripción siguiente de un ejemplo preferido, no limitativo, con referencia al dibujo adjunto. En el mismo, la única Fig.1 muestra, en su mayor parte esquemáticamente, la estructura de una instalación de galvanoplastia continua de acuerdo con un ejemplo de realización preferido de la presente invención.
[0030] La instalación de galvanoplastia presenta una cuba electrolítica 10 grande y alargada para contener un electrolito 12 adecuado. Por ejemplo, se utiliza un electrolito 12 de ácido metanosulfónico para el estañado de alambres.
[0031] En la cuba electrolítica 10 están dispuestos una pluralidad de ánodos de estaño solubles 14. Como se indica en la Fig. 1, estos están dispuestos preferiblemente en dos filas en cada caso enfrentados entre sí de dos en dos. Los ánodos de estaño 14 están sumergidos en cada caso en el electrolito 12 en la cuba electrolítica 10.
[0032] Los ánodos de estaño 14 están todos conectados de manera eléctricamente conductora a un polo positivo de una primera fuente de corriente continua 16. La primera fuente de corriente continua 16 es, por ejemplo, un rectificador conectado a una red de alimentación o a un alternador. La primera fuente de corriente continua 16, por ejemplo, está diseñada para una intensidad de corriente total de unos 6.500 A.
[0033] El alambre 18 que se va a recubrir se sumerge en el electrolito 12 en la cuba electrolítica 10 en un proceso continuo. Para ello existen correspondientes dispositivos de transporte, que no se muestran en la Fig. 1. La velocidad de transporte del alambre 18 a través del electrolito 12 se ajusta al espesor de recubrimiento deseado.
[0034] El alambre 18 que se va a recubrir hace contacto, de manera eléctricamente conductora, con un terminal catódico 20, que está conectado de manera eléctricamente conductora al polo negativo de la primera fuente de corriente continua 16. De este modo, se crea un circuito cerrado desde el polo positivo de la primera fuente de corriente continua 16 a través de los ánodos de estaño solubles 14, el electrolito 12, el alambre 18 y el terminal catódico 20 hasta el polo negativo de la primera fuente de corriente continua 16.
[0035] Además de los ánodos de estaño solubles 14, en la cuba electrolítica 10 también están previstos ánodos insolubles 22 de tal manera que estos también están sumergidos en el electrolito 12. Como se indica en la Fig.1, los ánodos solubles 14 y los ánodos insolubles 22 tienen dimensiones y formas sustancialmente iguales, pero el número de ánodos insolubles 22 es significativamente menor que el número de ánodos solubles 14. La superficie efectiva total de todos los ánodos solubles 14 sumergidos en el electrolito 12 es, por tanto, significativamente mayor que la superficie efectiva total de todos los ánodos insolubles 22.
[0036] Los ánodos insolubles 22 están todos conectados de manera eléctricamente conductora a un polo positivo de una segunda fuente de corriente continua 24. De manera análoga a la primera fuente de corriente continua 16, la segunda fuente de corriente continua 24 es, por ejemplo, un rectificador conectado a una red de alimentación o a un alternador. La segunda fuente de corriente continua 24 está diseñada, por ejemplo, para una intensidad de corriente total en el rango de aproximadamente 50 a 150 A.
[0037] El terminal catódico 20 que hace contacto con el alambre 18 que se va a recubrir también está conectado al polo negativo de esta segunda fuente de corriente continua 24. De este modo, los polos negativos de la primera y la segunda fuente de corriente continua 16, 24 se encuentran al mismo potencial.
[0038] De acuerdo con la invención, la primera fuente de corriente continua 16 y la segunda fuente de corriente continua 24 pueden funcionar independientemente la una de la otra. En particular, las intensidades de corriente de las dos fuentes de corriente continua 16, 24 pueden ajustarse independientemente la una de la otra.
[0039] Para ello, está previsto un dispositivo de control 26, que controla la primera fuente de corriente continua 16 y la segunda fuente de corriente continua 24.
[0040] Este dispositivo de control 26 está conectado a un dispositivo de medición 28, diseñado para registrar al menos un parámetro electrolítico del electrolito 12 en la cuba electrolítica 10. Esto puede hacerse, por ejemplo, de forma continua midiendo directamente el parámetro en la cuba electrolítica 10 o tomando con regularidad muestras de la cuba electrolítica 10 y analizándolas después por separado de la cuba electrolítica.
[0041] El parámetro electrolítico es un parámetro operativo que influye en la electrólisis en el electrolito y, por tanto, en el recubrimiento electrolítico del alambre 18 que se va a recubrir. Como parámetros electrolíticos, el dispositivo de medición 28 registra, por ejemplo, el contenido (de iones) metálico, el contenido de ácido, el valor de pH y/o la conductividad del electrolito 12, pero de acuerdo con la invención al menos el contenido de iones metálicos. Otros parámetros operativos que puede registrar el dispositivo de medición 28 en este contexto son la intensidad de corriente y el caudal, que también influyen en el recubrimiento electrolítico del alambre 18.
[0042] Por ejemplo, la intensidad de corriente calculada para el proceso de recubrimiento corresponde al 100 %, es decir, los iones metálicos necesarios para el espesor de recubrimiento deseado pasan de los ánodos solubles 14 a la solución electrolítica 12. El rendimiento de corriente catódica, en cambio, es tan solo de alrededor del 97 %. Con el tiempo, la concentración (de iones) de metal en el electrolito 12 aumentará.
[0043] Para evitar esto, en el dispositivo de acuerdo con la invención, el dispositivo de control 26 puede conectar la segunda fuente de corriente continua 24, igualando así el 3 % que falta del rendimiento de corriente catódica. Dado que los ánodos insolubles 22 no liberan iones metálicos al electrolito, sino que tan solo sirven para suministrar corriente, la concentración de metal en el electrolito puede mantenerse esencialmente constante de este modo o puede mantenerse constante dentro de un rango predeterminado.
[0044] Esto se ilustra con más detalle utilizando el ejemplo del estañado de alambres en un electrolito de ácido metanosulfónico. Con un diámetro de alambre de aproximadamente 1,6 mm y un espesor de recubrimiento de estaño deseado de aproximadamente 5 µm, el alambre 18 se transporta a través del electrolito 12 a una velocidad de aproximadamente 10 m/s, por ejemplo.
[0045] Con una corriente de estañado de unos 3.000 A (que corresponde a un rendimiento de corriente anódica de los ánodos de estaño solubles 14 de aproximadamente el 100 %) y un rendimiento de corriente catódica de aproximadamente el 97 %, el dispositivo de control 26 controla la segunda fuente de corriente continua 24 de tal manera que iguale la diferencia de rendimiento de corriente de aproximadamente el 3 %, es decir, proporciona una corriente de aproximadamente 90 A (= 3 % × 3.000 A).
[0046] Además de mantener constante la concentración (de iones) de metal en el electrolito 12, también es posible de acuerdo con la invención corregir un contenido excesivamente alto de metal en el electrolito 12. Si la concentración (de iones)
de metal en el electrolito 12 es demasiado alta, lo que es detectado por el dispositivo de medición 28, en el dispositivo de acuerdo con la invención, la intensidad de corriente de la primera fuente de corriente continua 16 puede ser reducida por el dispositivo de control 26 y la intensidad de corriente de la segunda fuente de corriente continua 24 puede ser aumentada en consecuencia. Si el aumento de la intensidad de corriente de la segunda fuente de corriente continua 24 es mayor que la reducción de la intensidad de corriente de la primera fuente de corriente continua 16, el contenido de metal en el electrolito 12 puede volver a reducirse con el tiempo.
Claims (2)
1. REIVINDICACIONES
1. Dispositivo para el recubrimiento electrolítico continuo de un alambre (18) en un proceso continuo, que presenta: una cuba electrolítica (10) con un electrolito (12);
una primera fuente de corriente continua (16);
al menos un ánodo soluble (14), que está al menos parcialmente sumergido en el electrolito (12) en la cuba electrolítica (10) y está conectado de manera eléctricamente conductora a un polo positivo de la primera fuente de corriente continua (16);
al menos un terminal catódico (20), que está conectado de manera eléctricamente conductora a un polo negativo de la primera fuente de corriente continua (16) y al que puede conectarse de manera eléctricamente conductora y móvil un alambre (18) que se va a recubrir, que está sumergido en el electrolito (12) en la cuba electrolítica (10); una segunda fuente de corriente continua (24), que puede funcionar independientemente de la primera fuente de corriente continua (16);
al menos un ánodo insoluble (22), que está al menos parcialmente sumergido en el electrolito (12) en la cuba electrolítica (10) y está conectado de manera eléctricamente conductora a un polo positivo de la segunda fuente de corriente continua (24);
un dispositivo de medición (28) para registrar al menos un parámetro electrolítico, a saber, al menos un contenido de iones metálicos, del electrolito (12) en la cuba electrolítica (10); y
un dispositivo de control (26) para controlar la primera fuente de corriente continua (16) y la segunda fuente de corriente continua (24) en función del al menos un parámetro electrolítico, a saber, al menos el contenido de iones metálicos, del electrolito (12) en la cuba electrolítica (10);
caracterizado por que
la segunda fuente de corriente continua (24) puede funcionar de tal manera que la intensidad de corriente total de la primera fuente de corriente continua (16) y de la segunda fuente de corriente continua (24) se mantenga esencialmente constante,
al estar el dispositivo de control (26) configurado para reducir la intensidad de corriente de la primera fuente de corriente continua (16) y para aumentar, en consecuencia, la intensidad de corriente de la segunda fuente de corriente continua (24) a fin de corregir una concentración excesivamente elevada de iones metálicos en el electrolito (12).
2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por que están previstos una pluralidad de ánodos de estaño solubles (14), en donde los ánodos de estaño solubles (14) y los ánodos insolubles (22) tienen dimensiones sustancialmente iguales y el número de ánodos insolubles (22) es menor que el número de ánodos de estaño solubles (14), de modo que la superficie total efectiva de todos los ánodos de estaño solubles (14) es mayor que la superficie total efectiva de todos los ánodos insolubles (22).
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