NO146644B - Fremgangsmaate til fremstilling av en kontinuerlig lengde av perforert metallfolie - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte til fremstil-

ling av en kontinuerlig lengde av perforert metallfolie, særlig folie av nikkel, kobber, jern eller legeringer basert på disse,

hvor en kontinuerlig lengde av folie føres gjennom et elektroly-

tisk etsebad. Fremgangsmåten og foretrukne utførelsesformer av denne er angitt i kravene, og det vises til disse.

Det er et kommersielt behov for kontinuerlige lengder

av tynn metallfolie som har et gjentatt mønster av perforeringer,

for en rekke anvendelser så som komponenter for den optiske, den elektroniske og den batteriproduserende industri. Dette behov er hittil blitt dekket ved fremstilling av perforert folie kontinuerlig i en galvano-plastisk prosess hvor folien avsettes elektrolytisk på en spindel med fordypninger (pitted mandrel). Fremgangsmåten ble beskrevet av J. Van der Waals i et foredrag

kalt "Electroforming of Nickel Screens" under et symposium kalt "Symposium on Nickel Deposition in the Engineering Industries"

som ble holdt i oktober 1963; foredraget er referert i utdrag i "Nickel Bulletin" av oktober 1963, s. 235-236.

Fremgangsmåten virker bra, men den har vist seg å være

for kostbar p.g.a. den relativt korte levetid for spindlene, de opprinnelige kostnader med disse og revisjonsarbeider på dem etter at de er blitt mekanisk og/eller kjemisk angrepet eller forringet under anvendelsen i prosessen.

Anodisk etsing er blitt anvendt til å forme metall-legemer, jfr. f.eks. britisk patent nr. 561 788, og i følge britisk patent nr. 1 009 518 er metallfolie blitt perforert charge-vis ved at folien plasseres mellom to maskeringsanordninger av ønsket utførelse og etses anodisk. Denne prosess er imidlertid ikke egnet til kontinuerlig fremstilling av perforert folie p.g.a. problemene med å plassere maskeringsanordningene overfor hverandre på riktig måte.

Fra britisk patent nr. 453 042 er det kjent en fremgangsmåte til etsing av arkformet metall, hvor arket føres som elektrode gjennom et etsebad mens det stedvis er i kontakt med en annen metallelektrode, idet denne kontakt øker det elektrolytiske angrep på arket. Etseprosessen gir en forholdsvis porøs overflate på metallarket, hvorved overflatearealet økes. Arket blir imidlertid ikke perforert, og det antydes i patentet ikke hvordan perforering kunne oppnås, heller ikke hvordan et regulert perforeringsmønster ville kunne oppnås. Den i patentet beskrevne prosess er åpenbart vesentlig forskjellig fra fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse, hvor titanmasken ikke utgjør en elektrode i systemet.

Britisk patent nr. '1 147 393 beskriver en kontinuerlig prosess for permanent merkingj av en metallstrimmel ved anodisk etsning. I denne prosess trykkes et mønster på strimmelen under anvendelse av dekkmiddel, og overflaten etses elektrolytisk slik at metallet etses dypere i ubelagte områder- enn i belagte områder, hvorved det oppnås en permanent merking i ønsket mønster på metall-overflaten. Krav 9 i patentet! angår riktignok en fremgangsmåte hvor strimmelen gjøres anodisk i et etsebad, men strimmelen føres ikke gjennom badet i kontakt med en endeløs titanmaske som er forsynt med det ønskede mønster av hull. Videre angir patentet ikke noen perforering av strimmelen! under behandlingen, idet den ønskede eller nødvendige perforering utføres ved stansning på forhånd.

i

U.S. patent nr. 2 620.296 beskriver en fremgangsmåte til behandling av sylinderformede maskindeler, hvor krom avsettes elektrolytisk på overflaten av|vedkommende maskindel under anvendelse av en perforert hylse. Ved hjelp av anodisk etsning kan det avsatte krom deretter helt eller delvis fjernes og etterlater sylinderveggen med en overflate: inneholdende fordypninger i bestem-te posisjoner. Disse tjener till å tilbakeholde olje under arbeids-betingelser med sikte på pålitelig smøring. Patentet beskriver eller 'antyder ikke perforering av sylinderveggen ved den beskrevne prosess, idet virkningen av enkeltmasken også i dette tilfelle bare går ut på å oppnå overflateetsning.

Svensk patentsøknad nr. 376 258 (tilsvarer U.S. patent

nr. 3 723 269) beskriver en fremgangsmåte til fremstilling av rive-linjer i aluminiumbeholdere. Fremgangsmåten går ut på at man an-bringer en maske av et elektrisk! isolerende materiale og etser elektrokjemisk gjennom kanaler tilveiebrakt i det elektrisk isolerende materiale til en bestemti dybde. Det er ingen angivelse av at perforering kan oppnås i beholdermaterialet (som heller ikke øns-i

kes i henhold til patentet). i

Hittil har den kontinuerlige fremstilling av perforert folie i -praksis vært basert på elektrolytisk avsetning på en med fordypninger forsynt kjerne, hvor fordypningene inneholder et elektrisk ikke-ledende materiale, slik at folien avsettes med hull tilsvarende beliggenheten av fordypJingene. Dette gir ikke et tilstrek-i kelig pålitelig produkt når det gjelder perforeringsnøyaktighet og fravær av nålestikkhull. Den foreliggende oppfinnelse er basert på den oppdagelse at betydelige økonomiske besparelser kan oppnås ved en anodisk oppløsningsprosess, ved hvilken et regu-lært mønster av perforeringer med ønsket størrelse lett kan oppnås med god perforerings-nøyaktighet og uten at det er nødvendig å anvende mer enn én perforert maske. - Skjønt andre materialer enn titan er tilgjengelige som kunne anvendes for maskeringen,

er bare titan blitt funnet å være både korrosjonsresistent under anodiske betingelser og å ha den nødvendige dimensjons-stabilitet. Videre kan maskeringsanordningen lett fremstilles, perforert med hvilket som helst ønsket mønster av hull, på konvensjonell måte.

Fremgangsmåten anvendes mest hensiktsmessig i forbin-delse med metallfolier av nikkel, kobber, jern og legeringer basert på disse, med tykkelse opp til ca. 125^,um.

Det endeløse belte eller valse fremstilles fordelaktig av eller er dekket med et ikke-ledende, fleksibelt materiale så-som gummi.

En foretrukken utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen går ut på at det som den endeløse overflate benyttes en valse med stor diameter, og folien holdes i kontakt med valsen over minst 50% av valsens omkrets. For 4^um tykk folie anvendes hensiktsmessig en valse med en diameter på 15 cm.

Katoden gis fortrinnsvis en form som i det vesentlige tilsvarer formen av beltet eller valsen, slik at avstanden mellom folien og katoden holdes omtrentlig konstant under største-delen av foliens passasje gjennom elektrolysebadet. Avstanden mellom anoden og katoden er fortrinnsvis mindre enn 20 mm og er normalt ca. 2 mm.

Ifølge en foretrukken utførelsesform av den foreliggende fremgangsmåte, hvor perforert nikkelfolie fremstilles, anvendes det ved perforeringen et kloridbad med en pH på 1-7, fortrinnsvis 4-6, idet det elektrolytiske bad omrøres, fortrinnsvis ved forsert sirkulering.

Det er blitt funnet å være fordelaktig at katoden for-synes med i lengderetningenJjevnt fordelte hull, og at den for-bindes til en forgreningsanordning gjennom hvilken elektrolytten tilføres, slik at elektrolytten kan pumpes gjennom hullene og sprøytes mot overflaten av den folie som er eksponert gjennom masken. iI

Det endeløse maskeringsbe1te av titan perforeres hensiktsmessig i det ønskede mønster ved fotomekanisk etseteknikk.

I følge en foretrukken teknijkk blir titanbånd grundig renset og dyppebelagt med fotografisk [dekkmiddel (foto-resist) før luft-tørring og varmebehandling. Det belagte titan blir så ført inn mellom og i kontakt med to like foto-masker forbundet overfor hverandre og begge sider eksponert. Den eksponerte maske blir så fremkalt for fjerning av jueksponert dekkmiddel, varmebehandlet og etset på begge sider inntjil fullstendig perforering er oppnådd. For å kompensere for underet'sing i etsetrinnet er hvert punkt på foto-masken gjort tilsvarende mindre. Deretter fjernes det fotografiske dekkmiddel med løsningsmiddel, maskens overflate

i

renses, og masken beskjæres til riktig lengde og punktsveises til et endeløst belte. !

I foretrukne apparater til utførelse av den foreliggende fremgangsmåten monteres titanmasken fortrinnsvis på tre eller flere roterbare valser, hvorav minst en er regulerbar, eventuelt fjærende, slik at masken holdes tett mot folien under dennes passasje gjennom elektrolysebadet. Rotasjonskraften anvendes hensiktsmessig på en av de valsene som masken er montert på, og folien føres fram ved friksjonen mellom folien selv og masken.

En hensiktsmessig anordning hvorved foliens press mot masken, og dermed friksjonskraften, kan i reguleres, vil bli beskrevet nedenfor. Elektrisk strøm blir fortrinnsvis tilført folien ved passasje over en strømtilførende valse anbrakt før det inerte belte eller valse, eller via beltet eller valsen hvis materialet er ledende, f.eks. titan.

Hvilket som helst hensiktsmessig etsebad kan anvendes ved utførelse av fremgangsmåtjen i følge oppfinnelsen, og elektro-

j

kjemiske maskineringselektrolytter er spesielt hensiktsmessige. For perforering av nikkelfolie er en elektrolytt med høyt klorid-innhold nødvendig for oppnåelse av god perforering uten at passivering inntrer. Når elektrolyttbadet ikke omrøres, kan det også være nødvendig at dette har en meget lav pH, dvs. ca. 1, for å hindre passivering. Det er generelt blitt funnet at forsert sirkulering av elektrolytten gjør det mulig å øke perforeringshastigheten. En foretrukken elektrolytt for fremstilling av en perforert nikkelfolie inneholder ca. 20% natriumklorid-løsning ved en pH mellom 1 og 7, fortrinnsvis mellom ca. 4 og 6. Ved høyere pH-verdier utfelles nikkel som hydroksyd, og hvis dette gis anledning til å anrikes i natriumkloridelektrolytten, vil det avsettes på titanmasken. Dette er uønsket ved lengre tids drift, og ved disse pH-verdier kan det være ønskelig å foreta en kontinuerlig separasjon av det utfelte nikkelhydroksyd fra natriumkloridelektrolytten. Ved lavere pH-verdier vil nikkelet holdes i oppløsning, og hvis konsentrasjonen begrenses, f.eks.

ved ionevekslingsteknikk, vil det ikke bli noen avsetning av nikkel på katoden.

Det er viktig at det anodiske potensial på titanmaskens overflate ikke får overskride 10 volt, idet dette i så fall ville resultere i øyeblikkelig korrosjon. En slik situasjon ville sannsynligvis inntreffe bare ved fullstendig passivering av folien, f.eks. p.g.a. feil ved pumpen som sirkulerer elektrolytten, eller feil ved den anordning som mater folien fram, slik at de eksponerte deler av folien oppløses. Ved utførelse av fremgangsmåten i følge oppfinnelsen anvendes fortrinnsvis et utstyr som omfatter anordninger til automatisk utkobling av krafttilførselen til folien i tilfelle av feil ved en pumpe eller ved drivanord-ningen.

Det er overraskende blitt funnet at den strøm som er påkrevet for perforering ved fremgangsmåten i følge oppfinnelsen, kan være mindre enn teoretisk. Etsingen har en tendens til å skje fra utsiden av hullene og innover, og normalt faller små skiver av metallfolie ut etterhvert som hullet trepaneres i folien. Den strøm som teoretisk er påkrevet for oppløsning av den sentrale del av hullet, blir således ikke benyttet i praksis. Skjønt fremgangsmåten kan utføres'ved strømtettheter på ca. 100 A/dm 2, anvendes med fordel så høy strømtetthet som mulig, fortrinnsvis

I

ca. 600 A/dm 2 for perforering av en 4^um folie. Høyere strøm-tettheter kan anvendes, idet perforeringshastigheten bestemmes av foliens strømføringskapasitet.

Den perforerte folie som kommer ut fra elektrolyttbadet, kan hensiktsmessig føres gjennom et vaskebad, hvoretter den tørres ved passasje gjennom en ovn. Den tynne metallfolie kan ha en tendens til å foldes eller brettes ved normal luft-konveksjon i nærheten av apparatet. Dette hindres ved den foretrukne fremgangsmåte ved at man kjøler den perforerte folie som kommer ut fra ovnen, med jet-strømmer av luft, og den kjølte folie rulles opp med mellomlag av silkepapir eller annet passende materiale.

Den foreliggende oppfinnelse kan anvendes til fremstilling av perforert folie med hull med diameter opp til 6 mm, og endog derover, hvor opp til 50% av folien perforeres, og den er særlig egnet til fremstilling av perforert folie for batteri-elektroder, f.eks. som beskrevet i britisk patent nr. 1 246 048.

En fremgangsmåte i følge oppfinnelsen skal nå beskrives som utførelseseksempel under henvisning til tegningen, som skjema-tisk viser et apparat til utførelse av fremgangsmåten.

En 4^/um tykk nikkelfolie 1 mates fra en rull 2 over en. strømtilførselsvalse 3 og videre over føringsvalser 4, 5 og en valse 6, som har stor diameter og er belagt me,d inert gummi, og som er slik anordnet at folien ligger an mot valsen 6 over ca. 50% eller mer av valsens omkrets. En maske 7 av titan i form av et endeløst belte ble fremstilt av lOO^um tykt gjennomglødet titanbånd perforert med ønsket hull-mønster ved den ovenfor beskrevne fotomekaniske etseteknikk. Titanmasken 7 er montert på tre valser 8, 9 og 10, hvorav den ene 10 er regulerbar og slik innstilt at titanmasken med passende stramning holdes an mot nikkelfolien 1 som passerer mellom masken 7 og den gummibe-lagte valse 6. Valsene 6, 8, 9 og 10 er anbrakt i en tank av polymetylmetakrylat (ikke vist). Folien 1 drives ved friksjon mellom folien selv og titanmasken, som i sin tur drives av en motor tilknyttet valsen 9. En nikkelkatode 11, som er formet med en krumning tilpasset valsen 6, er anordnet med en side langs titanmasken 7 og de deler av nikkelfolien 1 som er eksponert gjennom perforeringene i masken.

Katoden 11 er forsynt med en rekke hull langs sin symmetriakse og er forbundet med en elektrolytt-manifold 12, gjennom hvilken det innsprøytes en egnet elektrolytt, f.eks. en 20 %'s kloridløsning ved pH 1-5. Avstanden mellom katoden og folien er av størrelsesorden 2 mm. Elektrolytten som strømmer over kantene av katoden, gjenvinnes i tanken og resirkuleres ved hjelp av en passende pumpeanordning etter å ha passert over en egnet kation-utvekslerharpiks om så ønskes, hvorved nikkelioner fjernes. Den elektriske strøm og gjennomføringshastigheten for folien reguleres slik at det erholdes passende perforeringer. Typisk anvendes en potensialforskjell på ca. 5 volt, med en strømtetthet på ca. 600A/dm 2ved en gjennomføringshastighet for folien på ca. 100 m/time.

Den perforerte nikkelfolie trekkes gjennom de øvrige trinn ved hjelp av en opptaksrull 13 som drives av en slurekobling (ikke vist). Den perforerte folie passerer gjennom tanker 14 inneholdende en egnet vaskeløsning, så som 10%'s HCl, deretter gjennom en vannskyllingsanordning 15 og en tørkeovn 16, som opp-varmes av åtte silika-elementer på 250 watt i det infrarøde om-råde. Folien fra ovnen kjøles til romtemperatur ved hjelp av komprimert luft som antydet ved 17, og opptas på rullen 13 med mellomlag av silkepapir eller lignende fra en rull 18. Utstyret omfatter føringsvalser til å holde folien på plass på i og for seg kjent måte.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av en kontinuerlig lengde av perforert metallfolie, særlig folie av nikkel, kobber, jern eller legeringer basert på disse, hvor en kontinuerlig lengde av folie (1) føres gjennom et elektrolytisk etsebad, karakterisert ved at en side av folien (1) holdes i kontakt med en ikke-perforert endeløs overflate (6) som er inert overfor elektrolytten, og den andre siden av folien (1) holdes i kontakt med en endeløs perforert titanmaske (7), og det anvendes en potensialforskje.il på under 10 volt mellom folien (1) og en katode (11) som er nedsenket i badet, hvorved den folie som er eksponert for badet gjennom den perforerte maske (7), etses bort anodisk.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som den endeløse overflate benyttes en valse (6) med stor diameter, og folien (1) holdes i kontakt med valsen (6) over minst 50% av valsens omkrets.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2 til fremstilling av nikkelfolie, karakterisert ved at nikkelfolien (1) perforeres i et kloridbad ved en pH på 1-7 under omrøring av løsningen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at elektrolytten omrøres ved forsert sirkulering, og elektrolyttens pH holdes mellom 4 og 6.

5. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at strømtettheten holdes ved ca. 600 A/dm^.

6. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den perforerte folie (1) deretter vaskes og tørres og så kjøles i jetstrømmer av luft, hvorved bretting eller folding unngås.