DE1017874B - Kontinuierliches Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines galvanischen UEberzugs auf Folien, Streifen, Draht od. dgl. aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Gegenstand der Erfindung ist die Galvanisierung von Aluminiumfolie-, -draht, -streifen usw. mit Metallen, wie Kupfer, Zinn, Nickel usw., unter Vorbehandlung des Aluminiums in einer alkalischen Lösung eines Metalls, das in der elektrochemischen Spannungsreihe höher steht als das gewünschte Überzugsmetall. Der Ausdruck Aluminium, wie er hier benutzt wird, schließt reines Aluminium, Aluminium handelsüblicher Reinheit, welches die gewöhnlichen Verunreinigungen enthält, und Aluminiumlegierungen ein.

Verfahren der genannten Art sind bekannt. Ihre Anwendung weist Nachteile in verschiedenen Richtungen auf. Entweder beschränkte man sich im Vorprozeß auf die Reinigung des zu galvanisierenden Materials oder man schloß an die Reinigung eine alkalische Behandlung an, um die Galvanisierung in einem dritten Arbeitsgang durchzuführen. Dabei erwies sich aber, daß weder eine noch so sorgfältige Reinigung, noch eine Nachbehandlung in alkalischer Lösung imstande waren, die Haftfähigkeit des metallischen Überzugs am Grundmaterial bzw. der primären Auflage so weit zu garantieren, daß man es einer späteren Wärmebehandlung (z.B. Löten od. dgl.) schadlos aussetzen konnte. Vielmehr trat dann regelmäßig, je nach der Höhe der angewandten Temperatur, eine Blasenbildung der Metallauflage ein, die bis zum völligen Abblättern bzw. Abspringen an den wärmebehandelten Stellen führen konnte und Oberflächenteile des Grundmaterials exponierte, deren Widerstandsfähigkeit gegen atmosphärischen, chemischen oder sonstigen Angriff grundverschiedene Bedingungen gegenüber der nicht wärmebehandelten Oberfläche aufwies.

Die vorliegende Erfindung beseitigt die genannten Nachteile technischer und materieller Art. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine kontinuierliche Folie, ein Draht, Streifen od. dgl. aus Aluminium von einer Abrollspindel abgerollt und in Berührung mit einer zweckmäßigen Reinigungsvorrichtung gebracht, die unter ständiger Befeuchtung durch eine alkalische Lösung eines Metalls, das in der elektrochemischen Spannungsreihe höher steht als das gewünschte Überzugsmetall, feucht gehalten wird. Die Reinigungsvorrichtung dient dazu, die Oberfläche des Aluminiums aufzurauhen, beschleunigt die Reaktion mit der Vorbehandlungslösung und fördert die Bildung eines sehr dünnen, festhaftenden Überzugs des Metalls der Vorbehandlungslösung auf der Oberfläche des Aluminiums. Das Aluminium geht dann zu einer oder mehreren Anoden, welche mit einem Gewebe aus absorbierendem Material bedeckt sind. Diese Anoden wiederum werden laufend mit einem entsprechenden Elektrolyten befeuchtet, wobei die Stärke

und Vorrichtung zur Herstellung

eines galvanischen Überzugs auf Folien,

Streifen, Draht od. dgl. aus Aluminium

oder Aluminiumlegierungen

Anmelder:

Kaiser Aluminum & Chemical Corporation, Oakland, Calif. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. Dr.-Ing. R. Poschenrieder,
Patentanwalt, München 8, Lucile-Grahn-Str. 38

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 9. September 1954

Gerald Harvey Kissin,

James Francis Anthony Murphy, Spokane, Wash.,

und Larry Swanson, Coeur d'Alene, Id. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt worden

des abgeschiedenen Überzugs durch verschiedene Betriebsfaktoren gesteuert wird, z. B. durch Veränderung der bedeckten Anodenfläche, mit der das Aluminium in Berührung kommt sowie durch Veränderung der Geschwindigkeit, mit welcher das Aluminium die Anoden passiert. Danach wird das Aluminium der Einwirkung einer Wischvorrichtung ausgesetzt, um einen Überschuß von Elektrolyt zu entfernen; es wird dann mit Wasser, vorzugsweise durch Sprühen gewaschen, getrocknet und schließlich wieder aufgerollt. Die Zeichnung veranschaulicht die bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. -- „V

Fig. 1 ist die schematische Darstellung einer bevorzugten erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 ist das Schaltschema eines Stromkreises, wie er zum erfindungsgemäßen Galvanisieren des Aluminiums verwendet wird.'....

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem Rahmengestell 40 mit/zwei, im Abstand angebrachten Seitenaufbauten, "die durch Querglieder (nicht gezeigt) fest miteinander verbunden sind. Jeder Seitenaufbau besteht nach Fig. 1 aus vertikalen

" ~ 709 756/369

Gliedern 41, 42, 55, 56, aus horizontalen Gliedern 43, 44 und 45, einem Sockel 48 für die elektrische Trocknung und aus der Platte 49.

Eine Spule 1 mit Aluminiummaterial (Aluminiumfolie, -draht oder -streifen 2) wird auf die Abrollspindel 3 gebracht, welche auf einer zweckmäßigen Haltevorrichtung 50 angebracht ist. Die Spindel 3 kann nach Bedarf elektrisch angetrieben und mit der Aufrollspindel 25 synchronisiert werden. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Aufrollspindel 25 elektrisch betrieben, während die Abrollspindel 3 eine Bremsvorrichtung (nicht gezeigt) mit automatischem Ausgleich aufweist, um den notwendigen Zug auf 2 aufrechtzuerhalten. Das Material wird dann über eine stromleitende Walze 4 geführt, die auf dem Rahmengestell 40 rotiert. Mittels der Walze 4 und einer zweiten stromleitenden Walze 21 wird eine elektrische Verbindung zwischen dem negativen Pol einer Stromquelle 29 und dem Aluminiummaterial 2 hergestellt, wobei das Material als Kathode für den elektrolytischen Plattierungsvorgang dient (s. Fig. 2).

Von der Walze 4 geht das Material über eine Konsole 5, die an einem Ende von der Platte 49 und am anderen Ende von einer Gegenplatte (nicht gezeigt) getragen wird. Die Konsole ist so gebaut, daß sie auf der Seite des Aluminiummaterials eine nichtleitende Oberfläche hat oder ganz aus nichtleitendem Material besteht. Unmittelbar über der Konsole 5 und in Kontakt mit der Oberfläche des Materials 2 sind Reinigungsvorrichtungen, z. B. Drahtbürsten 6, rotierbar auf der Platte 49 und deren Gegenstück angebracht. Für die Bürsten 6 und Konsole 5 können Einstellvorrichtungen (nicht gezeigt) geschaffen werden, so daß der Druck der Bürste 6 auf das Material 2 nach Wunsch reguliert werden kann. Auf dem Rahmengestell 40, unmittelbar über den Bürsten 6, ruht ein Behälter 7, der eine Lösung 35 eines Metalls enthält, welches in der elektrochemischen Spannungsreihe höher als das gewünschte Überzugsmetall steht. Wenn das gewünschte Metall Kupfer ist, dann wird eine alkalische Zinkatlösung bevorzugt.

Am Boden des nicht stromleitenden Behälters 7 sind kleine öffnungen mit Hähnen 8. vorgesehen, die so eingestellt werden, daß die Lösung 35 aus dem Behälter 7 langsam auf die Bürsten 6 tropft. Dadurch kommt das Aluminiummaterial 2 mit der Lösung 35 während des Reinigungsvorgangs in Berührung. Durch Reinigen und Aufrauhen des Aluminiums unter gleichzeitiger Berührung mit der Lösung 35 wird zunächst ein sehr festhaftender 'und dünner Metallüberzug als Zwischenschicht auf dem Aluminium hergestellt.

Die ablaufende Vorbehandlungslösung wird in dem Behälter 26 aufgefangen und über den Auslauf 52 von dort abgeleitet.

Von den Bürsten 6 geht das Aluminiummaterial über eine Walze 9, aus nichtleitendem Stoff, an einem Wischer 10 vorbei, welcher verhindert, daß ein Überschuß der Lösung 35 in den Elektrolyten gelangt. Von der Walze 9 wird das vorbehandelte Aluminiummaterial um die untere Hälfte einer großen, trommeiförmigen Anode 11, dann um eine Walze 12, aus nichtleitendem Material, herum über den unteren Teil einer zweiten, trommeiförmigen Anode 13 geführt. Die Anoden 11 und 13 sind mit Geweben 33 bzw. 34 bedeckt, die aus einem den Elektrolyten 36 absorbierenden Material bestehen. Feststehende Anoden werden bevorzugt, um die elektrischen Verbindungen zu vereinfachen. Man hat sogar gefunden, daß Reibung bei der Beförderung des Aluminiummaterials über feststehende Anoden nicht ungünstig wirkt, weil dann der Elektrolyt, der in dem Gewebe absorbiert ist, gewissermaßen als Gleitmittel wirkt. Im übrigen ist die Erfindung nicht auf die gezeigte Ausführungsform begrenzt; man kann auch weniger oder mehr als zwei Anoden verwenden, die hier mit den Platten 46 und 47 am Rahmen 40 befestigt sind. Auch können, um beide Seiten zu galvanisieren, zusätzliche Anoden in gleicher ίο Weise an der gegenüberliegenden Seite des Aluminiummaterials angebracht werden.

Direkt über den Anoden 11 und 13 am Rahmen 40 ist ein Behälter 14 angebracht, der vorzugsweise aus mit Hartkautschuk ausgekleidetem Stahl besteht und den Elektrolyten 36 enthält. Der Behälter 14 besitzt kleine, mit Hähnen versehene öffnungen 15 und 16 direkt über den Anoden 11 und 13. Die Geschwindigkeit, mit der der Elektrolyt auf das absorbierende Gewebe 33,34 gebracht wird, wird durch Einstellung der Hahnöffnungen 15 und 16 kontrolliert. Kapillarwirkung und Schwere befördern dann den Elektrolyten nach dem Teil des Anodenzylinders, der das Aluminiummaterial 2 berührt.

Die Anoden 11 und 13 können statt der in der Zeichnung gezeigten zylindrischen Form jede zweckmäßige Form haben, die sich der zu galvanisierenden Oberfläche anpaßt; sie können z. B. auch ebene Platten sein, die mit absorbierenden Geweben bedeckt sind.

Der abtropfende, im Behälter 27 gesammelte Elektrolyt geht durch den Auslauf 53 zu einem Vorratsbehälter, in dem seine Zusammensetzung für weitere Verwendung neu eingestellt werden kann.

Von der Anode 13 geht das mit einem Überzug versehene Material über eine Walze 17 am Rahmen 4¹O, die ähnlich der Walze 12 aus nichtleitendem Stoff besteht. Unmittelbar vor der Walze 17 kann ein Wischgummi 37 angebracht sein, um einen Elektrolytüberschuß zu entfernen. Von der Walze 17 läuft das Material dann um eine andere, nichtleitende Walze 18 an Düsen 19 und 20 vorbei, welche von allen Seiten gegen die Oberfläche des Materials Wasser sprühen, um jeden Elektrolytüberschuß, der durch den Gummiwischer 37 nicht entfernt wurde, zu beseitigen. Das verbrauchte, im Behälter 28 aufgefangene Waschwasser wird dann über 54 abgeleitet.

Von Walze 18 geht das Material um die drehbare Leitwalze 21, die in Verbindung mit der Walze 4 da$u dient, das Material 2 mit dem negativen Pol der elektrischen Stromquelle 29 zu verbinden. Im Schaltschema nach Fig. 2 sind die Walzen 4 und 21 mit dem negativen Pol durch den Leiter 30, die Anoden 11 und 13 mit dem positiven Pol durch den Leiter 32 einer Stromquelle 29 verbunden. Um die Walzen 4 und 21 an den Strom anzuschließen, kann eine Verbindung, die aus den Bürsten 31 und 57 und den Gleitringen 38 und 39 besteht, verwendet werden. Wenn die Anoden 11 und 13 feststehend sind, kann die Verbindung mit den Anoden unmittelbar so gemacht werden, wie sie gezeigt ist. Wenn die Anoden 11 und 13 umlaufen, wird eine komplizierte Verbindung, z. B. ebenfalls mit Gleitringen und Bürsten, notwendig. Von der Walze 21 geht das galvanisierte Material an der Trocknungsvorrichtung 23 vorbei und um eine nichtleitende Walze 24 herum. Die Trockenvorrichtung 23 kann aus einer Anzahl von Infrarotlampen bestehen, die auf dem Sockel 48 am Rahmen 40 befestigt sind. Unmittelbar unter der Walze 24 kann eine rotierende Drahtbürste 22 od. dgl. auf dem Rahmen 40 angebracht sein, um die Rückseite des nicht mit einem Überzug versehenen Aluminiums

zu reinigen. Zur Herstellung von verkupferten Aluminiumfolien für gedruckte elektronische Schaltungen ist das Säubern der Rückseite erwünscht, damit die Folie auf einer Kunststoffplatte oder einem anderen, nichtleitenden Material befestigt werden kann. Von der Walze 24 geht das Material schließlich zu der Aufrollspindel 25., die auf einem Rahmen 51 drehbar befestigt und beliebig angetrieben werden kann.

Als spezifisches Beispiel der erfindungsgemäßen Ausführung wurde Aluminiumfolie kontinuierlich verkupfert. Die verwendete Vorbehandlungslösung war eine wäßrige Lösung aus Natriumzinkat und enthielt etwa 100 g Zinkoxyd und etwa SOO g Natriumhydroxyd pro Liter. Für die Galvanisierung wurde ein cyanidisches Kupferbad mit niedrigem p_H-Wert verwendet. Es bestand aus etwa 41,3 g Kupfercyanid, 48,8 g Gesamtnatriumcyanid, 30 g Natriumkarbonat und 60 g Kaliumnatriumtartrat pro Liter. Die maximale Menge an freiem Natriumcyanid war 3,8 g/l. Die Stromstärke betrug ungefähr 0,054 A/cm² und die Bewegungsgeschwindigkeit der Folie war etwa 1,83 m/min. Der Kupferüberzug hatte eine Stärke von ungefähr 0,0025 mm und haftete so fest auf der Aluminiumfolie, daß diese gelötet werden konnte, ohne daß eine Blasenbildung oder gar ein Springen und Abblättern des Überzugs festzustellen war.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung eines galvanischen Überzugs auf Folien, Streifen, Draht od. dgl. aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen unter Verwendung einer Metallzwischenschicht bei zuvor aufgerauhter Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial einer gleichzeitigen Vorbehandlung zur Aufrauhung der zu galvanisierenden Oberfläche und zur Herstellung der Zwischenschicht einem Metall ausgesetzt wird, das in der elektrochemischen Spannungsreihe höher steht als das gewünschte Überzugsmetall, und daß anschließend für die Galvanisierung des vorbehandelten Grundmaterials mindestens eine — vorzugsweise feststehende — Anode, die gleichzeitig zur Führung des vorbehandelten Grundmaterials dient, verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Zwischenschicht bildende Metall dem Grundmaterial durch und mit Hilfe der Aufrauhungsorgane in Form einer an sich bekannten alkalischen Lösung zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das galvanisch mit einem Überzug versehene Grundmaterial von Elektrolytrückständen mechanisch gereinigt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Vorbehandlung Bürsten (6) mit darüber befindlichem Behälter (7) mit Auslaufstutzen (8), der die zur Benutzung des Grundmaterials dienende alkalische Metallsalzlösung enthält, angeordnet sind und das vorbehandelte Material anschließend über eine oder mehrere unmittelbar nachgeschaltete, von dem Grundmaterial in bekannter Weise durch ein den Elektrolyten aufsaugendes Gewebe (33, 34) isoliert angeordnete, trommelartige Anoden (11,13) geführt ist.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Anordnung von Spritzdüsen (19, 18), einer Trocknungsanlage (23) und einer Bürste (22) für die Endbehandlung des mit einem galvanischen Überzug versehenen Grundmaterials.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 889 099, 747 318,
490;

USA.-Patentschrift Nr. 2 244 423.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 709 756/369 10.