NO128432B - - Google Patents

Description

Elektroder for anvendelse ved elektrolytiske prosesser, særlig de som er kjent som børste-, tampong- etc. prosesser.

Den foreliggende oppfinnelse vedrorer en elektrode for elektro-

lytiske prosesser, spesielt tampong-prosesser, bestående av en elektrisk ledende kjerne eller et elektrisk ledende lag, et porost, permanent med elektrolyten fylt overtrekk av elektrisk ledende materiale, den såkalte tampong.

Elektropletteringsprosesser ved anvendelse av borster og tamponger

etc. er vel kjent og finner betydelig industriell anvendelse,

ikke bare når det gjelder metall og metall-legeringsavsetninger,

men også ved elektrokjemisk behandling som f. eks.: anodisk oksydasjon, elektrokjemisk bearbeiding og/eller polering etc. Karakteristikkene er omtrent de samme enten arbeidsstykket utgjor Kfr. kl. 12h-2

katode eller anode. Fremgangsmåten består i det vesentlige i å bevege det absorberende element, impregnert med en hensikts-

messig elektrolytt, over det ledende arbeidsstykke som skal behandles.

Fra U.S. patent nr. 3.208.923 er det kjent en prosess som

vedrorer den elektrolytiske etsevirkning. Ifolge patentet kan man anvende en poros karbon-elektrode hvor overflate er dekket med et isolasjonslag som berorer arbeidsstykket som danner mot e1ekt rode n.

Patentet beskriver et porost element som tillater en delvis

passasje av elektrolytten. Dette porose element kan bestå av sintret stål, grafitt eller pulverformet karbon. Det porose element er dekket med et materiale som er motstandsdyktig mot vedkommende operasjon ( spalte 6, linje 31 - 32 ). Dessuten er ( spalte 3, linje 30 - 50 ) det porose element som kan være et grafittpulver eller et plastmateriale i kornform, stopt med et bindemiddel på epolsyharpiksbasis. Under disse betingelser er det klart at dette porose element ikke i noe tilfelle vil kunne sammenlignes med elementet ifolge foreliggende oppfinnelse som beskriver en masse som ikke bare er poros og tillater også

en delvis passasje av elektrolytten, men også, og forst og fremst,

er en ettergivende masse, hvilket representerer en vesentlig egenskap av massen. Det porose element i nevnte U.S. patent kan ikke i noe tilfelle være ettergivende. Det er tvertimot vesentlig stivt mens de ifolge oppfinnelsen porose og absorber-

ende karbonmasser har en delvis bbyelighet. Det bor dessuten merkes at mens karbon- eller grafitt-pulveret i U.S. patentet stopes med et bindemiddel, er det i den foreliggende oppfinnelse ikke tale om et pulver eller bindemiddel, men om amorf karbon eller grafitt oppnådd ved pyrolyse av filten eller vevet sammen-

satt av naturlige eller syntetiske fibrer.

Elektroden ifolge oppfinnelsen kjennetegnes ved at overtrekket

består av sterkt absorberende, ettergivende filt eller vevnad av porost kullstoff eller grafitt.

De ovrige trekk ved oppfinnelsen fremgår av den etterfolgende

beskrivelse samt patentkravene.

Oppfinnelsen skal nå nærmere belyses under henvisning til ved-lagte tegninger".

Fig. 1 viser en anode 1 i kontakt med et absorberende materiale 2 som er gitt elektrisk ledningsevne ved impregnering av dette med en hensiktsmessig elektrolytt idet materialene i tampongen fortrinnsvis er hydrofil bomull, cellulose etc. eller hydrofobe, syntetiske tekstiler, borster med ikke-ledende bust etc. eller en kombinasjon av disse. Hele anoden 1 og det absorberende materiale 2 er anordnet i et elektrisk ikke-ledende hode T. Anoden 1 og arbeidsstykket 3 som skal pletteres og utgjor katoden, er for-bundet med en elektrisk energikilde G. I denne anordning kan anvendes enten opploselige anoder (f.eks. kobber for tilfelle av elektroavsetning av kobber) eller vanligvis ikke-opploselige anoder.

Anvendelsen av hoyé strømtettheter som er nodvendig for industriell anvendelse av prosessen, krever en hoyere spenning enn hva som anvendes for konvensjonelle pletteringsbad som resulterer i en oppvarming (Joule-effekt) og derfor ofte krver ankjoling av pletteringsanordningen. Dette oppnås enten ved en luftavkjolt metallisk radiator 4 i eksempelet vist i fig. 1 eller ved sirku-lasjon av en væske 5 (f.eks. vann) i eksempelet vist i fig. 2. Fig. 2 viser skjematisk pletteringen av en roterende, sylindrisk formet komponent 3, idet anoden 1 er utformet som en vannkappe i hvilket kjolevæsken 5 sirkuleres.

For å oppnå et jevnt elektrisk felt og redusere den elektriske motstand i det absorberende materiale 2, holdes tykkelsen av materialet så liten som mulig ( se fig. 2 ). Den absorberende mengde for dette materiale reduseres derfor, og sirkulasjonen av elektrolytten som injiseres vanskeliggjøres derfor.

Ifolge den foreliggende oppfinnelse er disse vanskeligheter lost ved å anvende et absorberende materiale som selv er elektrisk ledende og utgjor ettergivende porost kullstoff som er omdannet til grafitt eller er amorft, f.eks. fremstilt ved pyrogenering av organisk (naturlig eller syntetisk) filt, fibre, tekstiler etc.

Fig. 3 viser en anordning som illustrerer prinsippet ifolge den foreliggende oppfinnelse. Anoden bringes i kontakt med et ettergivende porost kullstoffelement C2, anbragt mellom anoden 1 og det ikke-ledende absorberende materiale 2. Disse kullstoff-materialer (amorft eller omdannet til grafitt) kan absorbere f.eks. en elektrolyttmengde svarende til 90% av sitt eget volum. Hvis man antar at deres egen elektriske ledningsevne er adskillig hoyere enn den for den impregnerende elektrolytt, kan f.eks. ca. 90% av strdmmen som flyter gjennom anordningen, ledes av dette porose materiale. Folgelig kan man anvende et voluminost absorberende materiale C2 + 2, og redusere tykkelsen av det ikke-ledende absorberende materiale 2 etter som det karbonholdige materiale C2 tjener som anode og derfor er i intim kontakt med overflaten 3 som skal pletteres. Av denne grunn er det elektriske felt mer homogent, belegget blir mere jevnt og Joule-effekten reduseres. Dette representerer betydelige fordeler.

I og med at det absorberende materiale ikke er stivt og således kan anta enhver kompleks form uten å kreve spesiell utforming av anoden 1 etter som det lett formbare, ledende karbonholdige, absorberende materiale tjener som anode, kan avstanden mellom denne pseudo-anode og katoden forbli i det vesentlige konstant (fig. 4).

På grunn av materialets egen elektriske ledningsevne er det mulig på en enkel måte å forsyne anoden 1 med forskjellig tilbehor, f.eks", perforerte elektrolyttror 6 fremstilt av isolerende materiale 7 slik det fremgår av fig. 5, mekanisk eller på annen måte formede anoder, til og med ved en isolerende komponent 8 som vist i fig. 6 etter som den elektriske strom av det karbonholdige materiale C2 fordeles under denne isolator og derfor gir et jevnt elektrisk felt uten "blanketing"-effekt.

Dette porose karbonholdige materiale er meget hensiktsmessig for fremstilling av kompliserte innretninger. Ved anvendelse av organiske klebemidler kan de festes til hverandre eller til karbon- eller grafittunderstdttelsesorgan eller andre material-, er med karbon som grunnbestanddel. De således fremstilte innretninger kan deretter varmebehandles, dvs. pyrolyseres slik at de bringes over i en kullstofftilstand.

Dette muliggjor at man inne i det absorberende materiale 2 kan anordne ror for sirkulering av oppvarmings- eller avkjolings-væsker 9 og for fordeling av elektrolyttene IO som vist i fig. 7 hvor det absorberende materiale er fremstilt av to grafitt-plater 11 festet på et porost karbonholdig element C21 og på et annet porost karbonholdig element. Innretningen som helhet inneholdes i et elektrodeunderstottelsesorgan W som tillater fordeling av en væske med en viss termisk funksjon i elementet C21 og en fordeling av elektrolytten i elementet C22. Nederst er anordnet et ikke-ledende porost materiale 12, f.eks. asbest.

De kjemiske inerti for det absorberende karbonholdige materiale tillater anvendelse av elektrolytter som f.eks. de som inneholder konsentrert svovel- eller fosforsyre som vanligvis ikke kan anvendes ved ikke-pyrogenert absorberende organisk materiale.

Anordningen i fig. 7 kan tilpasses for elektrolytisk polering, idet arbeidsstykket 3 da anvendes som anode og elektroden 1 anvendes som katode.

Disse karbonholdige materialer odelegges ikke ved hoye tempera-turer. De er derfor hensiktsmessige for anvendelse i en anordning som er i stand til å oppta elektrolytter bestående av smeltede salter, som vist i fig. 8, hvor en hoy temperatur frembragt av en lavspent vekselstrom G2 overfores gjennom en Rheostat Rh til anoden 1 og en karbonring C2 isolert fra arbeidsstykket 3 og anoden 1.

De kan videre anvendes for å forandre stromfordelingen ved hensiktsmessig polarisering. Fig. 9 viser en innretning som omfatter en beskyttelsesring C23. Denne ring er fremstilt av et grafitt-ror 14 festet og pyrogenert på en ring C23 av porost karbonelement og det folgelig polarisert med hensyn på anoden 1 ved hjelp av en hjelpeenergikilde GA. Beskyttelsesringeu er isolert ved hjelp av en hjelpeenergikilde GA. Beskyttelsesringen er isolert ved hjelp av. en isolerende foring 15 fra det porose absorberende element C2 som står i kontakt med anoden 1 og er anbragt inne i den ikke-karboriholdige absorbator 2. Fig 9 A-B viser et tverrsnitt langs linjen AB som vist i fig. 9 og viser de forskjellige komponenter i beskyttelsesringen C23.

Uopploselige anoder er ofte fblsomme overfor elektrolytisk re-aksjon og utsettes for nedbrytning over lengere tidsrom. Anvendelse av ledende absorberende materiale som virker mer eller mindre som en anode (fig. 3) hindrer nedbrytning av den uopploselige anode. En utilsiktet kortslutning mellom det karbonholdige materiale og arbeidsstykket er kun temporær og uten fare etter som kontakten som er fullstendig våt, hindrer plutselig strombkning.

Ved anvendelse av opplbselig anode belagt med materiale"ifolge oppfinnelsen, reduserer dette materiale opplbsning av anoden. Ved hensiktsmessig tykkelse av det karbonholdige materiale kan f.eks. opplbsningshastigheten for anoden holdes på samme nivå som avsetningshastigheten på katoden for det tilfelle at katoden - ligger lavere enn anoden. For konvensjonell pletering i tanker kan anoder belagt med et av nevnte materialer som også kan tjene som filter for residuene fra anodeopplbsningen. opprettholde stabiliteten i pleteringsopplbsningen i badet. Ved å anbringe porost karbonelement 17 nær katoden 16, oppnås et jevnt elektrisk felt, og forutsatt at dettes tykkelse er liten, vil elementet ikke virke som en mellomliggende elektrode da avsetning av metall hindres på grunn av dettes porose tekstur (fig. 10).

Det samme gjor seg gjeldende ved elektrokjemisk behandling i tanker hvor arbeidsstykkene som skal behandles, virker som anoder, f.eks. ved elektrokjemisk polering etc. Katodene kan således beskyttes mot elektrolytisk angrep etc.

Som vel kjent består elektrokjemisk bearbeidning i det vesentlige i elektrolytisk angrep på den anodiske delen med en hensiktsmessig elektrolytt ved hjelp av en uopplbselig katode med en form svarende til den for arbeidsstykket som skal be-arbeides. For dette formål er et lite intervall mellom anode og katode (ca. 20/100 mm i de fleste tilfelle) absolutt nodvendig for å .sikre et elektrisk felt så jevnt som mulig og for å muliggjore hoye strbmtettheter, idet det i intervallet hurtig strommer en elektrolytt. Etter som elektrolyttstrommens tverrsnitt er meget lite, må elektrolytten innfores under hoyt trykk, hvilket medforer behov for sterkt understottelsesorgan for anode og katode, hvilket organ kan motstå store mekaniske påkjenninger og sikre en noyaktig lokalisering av anode og katode.

Man er kommet til den erkjennelse at en katode belagt med ettergivende porost amorft eller grafittomdannet kullstoff på grunn av dettes permeabilitet overfor elektrolyttstrommen (f.eks. 90% av egenvolumet) muliggjor betraktelig okning av elektrolyttstrommens hastighet (f.eks. 200 ganger) og i ennå storre grad reduksjon av det trykk som kreves for elektrolyttsirkulasjonen samtidig som man fremdeles opprettholder et meget lite gap på grunn av det faktum at det porose karbonmateriale virker helt eller delvis som en elektrode på grunn av dettes meget hoye elektriske ledningsevne. Folgelig er det meget enklere å fremstille stotteorganet i et slikt tilfelle, og det også mulig å anvende åpne tanker som anvendes for konvensjonell elektrolyttbehandiing, hvilket reduserer faren for ansamling av eksplosive gassblanding-er, skadelig okning eller variasjon i temperaturen, risiko for utilsiktet kortslutning etc.

Fremstillingen av katoder ifolge oppfinnelsen kan utfores som beskrevet ovenfor for de andre typer elektroder ved montering, forming, klebing noen ganger fulgt av pyrogenering etc. for å oppnå onsket form. Det meget lille gap mellom det porose karbonmateriale og arbeidsstykket som skal behandles, tjener som ikke-ledende porost materiale som inneholder elektrolytten i de prosesser som er kjent som borste- eller tampong pletterings-prosesser.

Oppfinnelsen skal nedenfor nærmere beskrives ved hjelp av noen eksempler.

Eksempel 1

En kjent anordning som vist i fig. 1 med en spesiell elektrolytt-opplosning gir folgende karakteristikker:

- spenning under belastning: 16 V.

- stromtetthet : 200 A/dm<2>

med en tykkelse på 12 mm for en ikke-ledende tampong.

Den samme anordning, modifisert ifolge fig. 3 gir med samme elektrolyttopplbsning og tamponger fremstilt av 3 mm ikke-ledende materiale 2 og 9 mm amorft karbonisert filt C2 folgende betingelser:

- spenning ved belastning: 10 V.

- stromtetthet ,: 200 A/dm<2>

- redusert Joule-effekt : 40%

Eksempel 2

Kobberplettering av en sylinder med en elektrolytt bestående av

i det vesentlige av kobbersulfat og svovelsyre ved anvendelse av en innretning som vist i fig. 2 resulterer ved en strbmtett-het på 40 A/dm i en slitasje på grafittanoden 1 med en hastighet av 10 mm/h.

Med et mellomliggende absorberende element C2 ifolge fig. 3

med en tykkelse på 17 mm reduseres slitasjen av grafittanoden til 1,5 mm/h.

Eksempel 3

Med en anordning som vist i fig. 2 for belegning av et alumin-iumstempel med en diameter på 500 mm og en lengde på 600 mm og med en gjennomsnittlig veggtykkelse på 25 mm må strbmmen som flyter gjennom den ikke-ledende tampong 2 og stempelet 3 holdes på 300 Amps. på grunn av faire for overhetning som en folge av den elektriske strbm. Hvis hbyere strømtettheter anvendes, opp-når man ikke plettering som gir de tilsiktede fysikalske egen-skaper og ikke kan heftes til basismetallet på grunn av dettes ekspansjon.

Ved anvendelse av et system ifolge fig. 7 med en

- tykkelse av elementer C21: 17 mm

- tykkelse av elementer C22: 9 mm

anbragt mellom anoden 1 og det ikke-ledende absorberende element 12 muliggjores anvendelse av stromstyrke inntil 750 Amps., hvilket oker pletteringshastigheten 2,5 ganger sammen-lignet med vanlig hastighet.

Eksempel 4

Ved anvendelse av en anordning ifolge fig. 1 var det mulig å foreta anodisk oksydasjon av aluminium med en svovelsyreopp-losning 200 g/l ved 12 V ved å erstatte det ikke-ledende absorberende element 2 med en kjemisk inert tampong fremstilt av: 17 mm grafittomdannet absorberende element (C2) 1 mm av P.T.F.E. fin mesh fabrikat (0,07 mm

tråd)

ifolge prinsippet angitt i fig. 3 bortsett fra at polaritetene er reversert.

Claims (5)

1. Elektrode for elektrolytiske prosesser, spesielt tampong-prosesser, bestående av en elektrisk ledende kjerne eller et elektrisk ledende lag, et porost, permanent med elektrolyten fylt overtrekk av elektrisk ledende materiale og eventuelt et ytterligere lag av porost ikke-ledende materiale, den såkalte tampong, karakterisert ved at overtrekket (C2) består av sterkt absorberende, ettergivende filt eller vevnad av porost kullstoff eller grafitt.

2. Elektrode som angitt i krav 1, karakterisert ved at overtrekket (C2) er dannet ved sammenklistring med organiske materialer og eventuelt etterfølgende varmebehand-ling.

3. Elektrode som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at overtrekket (C^) er mettet med en elektrolytt og eventuelt oppviser et omlop (9) for oppvarmings- eller kjolevæsker eller oppvarmes ved hjelp av sekundærstrom.

4. Elektrode som angitt i kravene 1-3, karakterisert ved at overtrekket (C^) er elektrisk forspent overfor det elektrisk ledende laget (1).

5. Elektrode som angitt i kravene 1-4, karakterisert ved at en ikke-ledende formdel (8) kan innfores i overtrekket (<c>2).