191153. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és fürdőelrendezés a galvanizálás hatékonyságának fokozására
1 191153 2 A találmány tárgya eljárás és fürdőelrendezés a galvanizálás hatékonyságának fokozására, amely a galvántechnika területén általános érvénnyel, különösen azonban fényes bevonatok készítésénél használható. Galvánbevonatok készítésénél ismert módon a bevonandó tárgyat a fürdőbe helyezik és kátédként egyenáramú áramforráshoz kapcsolják. A bevonati réteg anyagát anódként a fürdőbe helyezett anyagból, vagy pedig a fürdőből nyerik. A galvanizálás technikája és folyamata általánosan ismert. Bizonyos típusú bevonatok (pl. nikkel) készítésénél a fürdő hőmérsékletének döntő szerepe van, és jó eredményeket csak emelt (kb. 50 °C) hőmérsékletű fürdők alkalmazásával lehet elérni. A galvanizálással nyert felület fényessége sok felhasználási területen alapvető jelentőségű. Ismert tény, hogy a felületi fényességet a fürdőbe vitt szerves adalékokkal, például szacharinokkal lehet csak biztosítani. Az ilyen adalékok rendszerint kéntartalmúak, és a kén a használat során a felületbe beépül és a bevonatot korrózióra hajlamossá teszi, idővel a bevonat repedezik, rideggé válik és hajlító igénybevétel esetén leválik. A fenti hátrányos tulajdonságok miatt ezért szabványelőírások maximálják a megengedett maximális kéntartalmat. A galvanizálási folyamat szóróképességét Hull-cellás vizsgálatokkal lehet ellenőrizni, és a vizsgálatok megmutatják, hogy egy adott galvánfürdő milyen mértékben képes fényes bevonatot létesíteni. Fényes bevonatok készítésénél a folyamat annál kedvezőbb, minél nagyobb a szóróképesség mértéke. A találmány feladata olyan eljárás és fürdőelrendezés létrehozása, amely a galvanizálás minőségi jellemzőit egyértelműen javítja, energiaszükségletét csökkenti és szükségtelenné teszi az egyébként káros szerves adalékanyagok használatát. A találmány alapját az anódon lejátszódó folyamatok ismeretében érthetjük meg. A villamos áram hatására az anódról fémionok válnak le és mennek a fürdőbe, a fürdőből pedig oxigén válik ki. A fürdő jellegétől, az áramsűrűségtől és egyéb tényezőktől függően az ionleválás nem folyamatosan történik, hanem hosszabb-rövidebb szakaszokban. A szakaszos oldódás oka elsősorban az, hogy az anód felületén a felszabaduló gáz hatására a felület részlegesen passziválódik, illetve aktivitása csökken, majd a kialakuló passzív (inaktív) réteget a villamos tér legyőzi és az ionleválási folyamat folytatódik. Ez a fizikai jelenség a fürdő és az anód közé kapcsolt galvanométerrel mérhető és megfigyelhető. A szakaszos ionleválás miatt a fürdő fémiontartalma nem egyenletes, és a kátédon az ionok kiválása szakaszosan történik. Az itt leírt jelenség molekuláris méretekben érvényesül, hatása elsősorban abban nyilvánul meg, hgoy a kátédon kialakuló bevonat kevésbé finom szerkezetűvé válik (matt lesz) és a szórás mértéke kisebb. Felismertük, hogy az anód környezetében lejátszódó szakaszos folyamatot egyenletesebbé tehetjük, ha valamilyen módon az anód közvetlen környezetében uralkodó villamos térerősséget meg tudjuk növelni. A megnövelt térerősség hatására ugyanis a passzív réteg nem tud kialakulni, illetve kialakulása csak kisebb mértékű lesz és az ionleválás folyamata egyenletesebbé válik. Az anód környezetében a térerősséget úgy tudjuk megnövelni, hogy az anódot fémhálóval, mint segédelektróddal vesszük körül, amelyre hozzá képest negatív feszültséget kapcsolunk. A fémháló és az anód között lényegesen kisebb a távolság, mint az anód-katód távolság. A fémhálót célszerű a fürdőben nem oldódó anyagból készíteni, ekkor a rajta átfolyó áram erőssége elhanyagolhatóan csekély lesz a galvanizáló áram erősségéhez képest. A katalizáló hatás fokozható azáltal, hogy figyeljük az anódon folyó áram erősségét, és annak csökkentésekor a segédelektród és az anód között lévő feszültségkülönbséget (azaz a felületi térerősséget) növeljük, az áram növekedésekor pedig a segédfeszültséget csökkentjük. A fémhálóból képzett segédelektród hatására az anódbói az oldatba lépő ionok képződése egyenletesebbé és aktívabbá válik, ennek következtében a fürdő ionkoncentrációja is időben egyenletesebb lesz és a kátéd felületén a keletkező galvánbevonat fényesebb, pórusmentesebb lesz, szórása mintegy 30% körüli mértékben növekszik. A folyamat tulajdonságai olyan mértékben javulnak, hogy a korábban csak emelt hőmérsékleten végezhető galvanizálás szobahőmérsékleten is elvégezhetővé válik, ez lényeges energiamegtakarítást és egyszerűsítést von maga után. Azt tapasztaltuk, hogy szerves adalék nélkül vele egyenértékű (vagy még kedvezőbb) felületi fényesség érhető el, ezért a korábban az adalékanyag alkalmazásából származó minőségi problémák elkerülhetők. A segédelektród lényegében olyan hatást gyakorol az anód közvetlen környezetére, mint amilyent elektroncsöveknél a rács gyakorolt az anódáramra. A segédelektródra kapcsolt feszültség a galvanizálási folyamat szabályozására is felhasználható. A találmány szerint elrendezést is létrehoztunk a galvanizálás hatékonyságának fokozására, amely a fürdőbe helyezett anódot körülvevő hálóő formájában kialakított segédelektródot tartalmaz, és a segédelektród az anódhoz képest negatív potenciálú feszültségforrással van összekötve. A segédelektródot célszerűen egy a fürdőben nem oldódó anyagú háló vagy rács képezi. A találmány szerinti megoldás a fürdőben lévő fémionok egyenletesebbé tétele révén javítja a galvanizálás minőségét, csökkenti az energiaszükségletet és lehetőséget nyújt a fürdő összetételének kedvező irányú megváltoztatására. A találmány szerinti megoldást a továbbiakban egy konkrét példa kapcsán ismertetjük részletesebben, amelynek során a mellékelt rajzra hivatkozunk. A rajz a segédelektróddal ellátott fürdőt szemlélteti. A példakénti esetben réz alapra nikkel bevonatot készítünk és a feladat a lehető legfényesebb felület biztosítása. A bevonandó 1 tárgyat 2 kádba helyezzük és 3 kátéddal kapcsoljuk össze, például megfelelő kosárba való helyezéssel vagy függesztéssel. A 2 kádban nikkel galvanizálásához szokásos 4 fürdő helyezkedik el. Az elrendezés 5 anódját nikkel anódtest képezi, amelyet hozzá képest kis távolságban ródium vagy platina-titán ötvözettel bevont 6 háló vesz körül. A 6 háló sehol nem érintkezik közvetlenül az 5 anóddal és pontjai tőle lényegében azonos távolságra esnek. A 3 kátéd és az 5 anóőd közé első 7 feszültségforrást, míg a 3 kátéd és a 6 háló közé második 8 feszültségforrást kapcsolunk. Az anód-katód feszültség például 24 V-os, a 6 háló pedig mintegy 4 V-tal negatívabb az 5 anódnál. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
