专利名称：改进金属带电镀的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于高速金属带电镀锡的一种工艺，其中金属带是通过在阳极上使面对带状物的锡阳极溶解到电镀溶液中来电镀的。
背景技术：
大家知道像这样的工艺来自实践，而例如在给出称为FERROSTAN的典型工业用镀锡工艺描述的手册“钢制品的制造、成形和处理”10thed，pp1146-1153中详细描述像这样的工艺，这部分描述被认为是能在此引入作为参考。
此处查阅上述手册中的图36-5，正如大家所知道的那样，在上述大家知道的工艺过程中阳极棒要更换并且定期调整阳极棒位置，因为阳极棒的重量一般为50kg，考虑到蒸汽、强酸和高电流的潜在危险所以劳动强度大，并且损坏在金属条宽度范围的均匀锡镀层厚度。
当阳极棒耗费到一个约定的最小厚度时，把阳极棒从电镀区段卸离并且在用于重新浇铸阳极的再熔化工艺过程中再生。
因为适宜的阳极布署对于稳定而均匀电镀来说是至关重要的，所以必须定期调整阳极位置。
发明内容
目的在于相对减轻在电解电镀锡工艺过程中所使用的电镀设备方面和在所使用的电镀设备上面或附近的有害健康、繁重而不舒适的工作。
更进一步，目的在于提供能够充分控制以把由阳极部分的进料、(因缺少)调节和卸离所引起的故障减小到最低程度的一种非常稳定的工艺。
用根据如权利要求1以及以下等权利要求所要求的本发明一些方面的工艺来达到这些目的和其他一些目的中的至少某些目的以及获得进一步的一些优点。
术语“面向带状物”，就此而论，是用来表明从至少一部分带状物看过去至少一部分阳极锡“是可以看得见的”。
在根据本发明的工艺中，可以避免在带状物行程和/或带状物宽度改变时必须调整阳极位置来使锡结瘤减少到最小程度的问题。例如能够通过有控制地掩蔽掉一部分阳极来适度进行一些调节。假定把阳极看作一种光源，则在这个意义上来说，安装掩蔽意味着把一个物体放在阳极和阴极之间的位置上为的是阻止“在物体的影子内”的电镀。
由以小球形式提供阳极物质、即锡、并且输送到篮形线圈的实际情况来看，现在不再使用如以上所述那样的锡棒而因此不需要调节锡棒。排除了提供沉重阳极棒的必要性。而是以易于操作的阳极小球形式提供阳极物质。由于小球是可以完全耗尽的因此本发明也避免了卸除已用过的阳极材料。
注意到，对于这样的应用来说，术语小球应当意指圆状物、卵形物、砖形块状物、粒状物等等。
在具体实施例中根据权利要求2掩蔽一部分阳极。优选的是掩蔽装置具有权利要求3的特点。意想不到的是，通过使用起可控制的闸板或挡板作用的机械装置掩蔽例如阳极棱边部分而结果却是也在带状物棱边部分上可以既容易又最佳地控制镀锡。
在一种实施例中，许多小球是通过用具有低电阻可供与小锡球良好电接触并且在电解液中在电化学方面性质不活泼的材料制成的电流收集器来电连接的。适用于电流收集器的材料包含Ti和Zr。
在一种状况中，提供把小锡球添加到阳极篮筐的一种自动进料系统。
现在将用一些实施例以描述作为比较实施例的常规工艺状况和本发明状况的方式阐明本发明。
图1表示常规镀锡电解池和在像这样的电解池内使用的各种零件的剖面图；图2表示在常规镀锡生产线上显示在带状物宽度上不同位置镀层厚度的工艺控制设备屏幕截图的一个实施例；图3表示形成部分常规镀锡电解池的阳极电桥的顶视图；图4示意表示在常规镀锡工艺过程中阳极棒沿阳极电桥移动；图5示意表示在常规镀锡工艺过程中卸除或添加阳极棒；图6示意表示供根据本发明的工艺过程中用的一种阳极篮筐的布置和外观形状；图7更详细地示意表示供根据本发明的工艺过程中用的一种阳极篮筐；图8概括地表示作为DES函数的i/iavg的曲线图；图9示意表示作为在供根据本发明的工艺过程中用的阳极篮筐的正面的掩蔽而设置的闸板。
具体实施例方式
比较实施例牺牲阳极系统在图1中举例说明一种典型可溶解阳极系统。在图1中，由具有阳极间隙2和阳极槽口3的锡阳极1供应锡。一连串锡阳极1的各个阳极1是在其阳极槽口3近旁顶部和在阳极框5内底部用阳极电桥4支撑的。隔离板6在一个电镀电解池中分隔二个镀锡区段。经由导电体滚轮7向带状物供电。在电镀电解池底部附近由转向滚轮8引导带状物。也表示出夹持滚轮9。阳极电桥4包括用于未用过的锡阳极1的被绝缘的存放空位。锡阳极1经电接触条14与阳极电桥4连接。
在可溶解阳极系统操作期间能够区分三种不同的工序。
工序1一调节阳极间隔在电镀锡期间必须适当地放置阳极以便获得在带状物宽度范围内的均匀锡镀层厚度。在图2中，在不适当地放置阳极的情况下给出在带状物宽度范围内的锡镀层厚度数值的实施例。
必须按照在给出阳极电桥顶视图的图3中能够看到的那样放置阳极，以避免以上所述的情况。
由参数A-G给出取决于带状物11宽度、锡镀层厚度和线速度、最佳阳极位置。在一个具体实施例中，相对于400m min-1的线速度、732mm的带状物宽度和在带状物的每个侧面上2.8gm-2的锡镀层厚度而给出最佳参数。
-A＝95mm(阳极电桥高度处)和85mm(阳极框高度处)-B＝60mm(阳极电桥高度处)和50mm(阳极框高度处)-C＝13mm-D＝14mm(按等距离定位的一些阳极)-E＝76mm(固定的阳极宽度)；总共8根阳极-F＝50mm-G＝15mm使用这些定位参数能够获得遍布带状物宽度的均匀锡镀层厚度。参数C在这个位置上引起众所周知现象“锡瘤”也称为“狗骨头”效应时是特别重要的。
更进一步，阳极在底部比较靠近带状物以补偿在阳极和带状物中的欧姆损失，否则会引起在带状物高度范围内在电流密度上的不希望有的差异。所以参数A和B在阳极底部处比在顶部处小。
在可溶解阳极系统中，调节阳极间隔是在更换用过的阳极以后(见工序2)、在改变带状物宽度以后和在改变到有差别的镀层(见工序3)以后的一种有规律的重复操作。一些阳极是通过把一种绝缘的钩形物放入到阳极间隙用人工来彼此隔开的。
在调节阳极间距方面能够发现可溶解阳极系统的至少三个严重缺点。第一个缺点是在带状物宽度范围内的锡镀层厚度例如以锡瘤形式发生变化；可能把外边阳极的位置放得太靠近带状物边缘(参数C)，或者一些阳极可能是非等间距的(参数D)，或者由定位错误的阳极造成在带状物长度范围内不均匀消耗。第二个缺点是调节的劳动强度大，而第三个缺点在于由于暴露在电解液、蒸汽之下和存在放电的装置部件因此调节是危险的。
工序2-更换用过的阳极用厚度卡有规律地检查一些用旧的阳极的厚度。当在前面所述的最佳阳极排列(见工序1)中阳极厚度变得小于15mm时，从阳极电桥卸下阳极并且放在最靠近的被绝缘的存放空位上，见图4，图中箭头表示一些阳极沿着电桥如何移动。另一方面把新阳极放在被绝缘的存放空位上并且移动到阳极电桥。在每一次更换以后，阳极需要再重新定位(见工序1)。在图4中用N表示未用过的锡阳极而用W表示用过的锡阳极。
在电镀锡期间，阳极溶解引起阳极到带状物距离的变化。这就导致在带状物宽度范围内的不均匀锡镀层厚度分布。实际上通过把阳极电桥和带状物设置成一个小角度来补偿这种不均匀分布(见工序1，参数A和B)。
由于更换阳极所造成可溶解阳极系统的一些缺点主要与调整阳极间隔(见工序1)有关。另外一些缺点在于在更换阳极期间一些阳极没有按照最佳阳极排列继续不断地来定位。这就造成在带状物宽度范围内锡镀层厚度方面的变化。
工序3-变换到另一种带状物宽度或者变换到有差异的镀层在改变带状物宽度以后，图3中的参数C已不再有最佳值。更进一步，在变换到有差异的镀层以后、即在带状物的一个侧面上镀层重量较低，在低镀层重量侧面上锡瘤堆积物更严重。实际上通过在电桥上卸掉(或添加)一些阳极和/或使一些阳极重新定位来调整这两种情况。
在这方面，参考表明在变换到另一种带状物宽度或者变换到有差异的镀层以后卸掉或添加一些阳极的图5。
假定在前面所述的最佳阳极排列(见工序1)中带状物宽度例如从732mm变换到580mm，则必须从阳极电桥卸下两根阳极(见图5)。在阳极卸离以后，必须使剩留阳极再重新定位(见工序1)。
假定在前面所述的最佳阳极排列(见工序1)中镀敷2.8/5.6gm-2的有差异镀层，则必须在面向带状物高镀层重量侧面的阳极电桥上添加一根阳极。在添加以后，必须使一些阳极再重新定位(见工序1)。在镀层重量差异程度越大时也必须使最外面的一些阳极相对于带状物边缘越向内移动。
现有技术缺点和本发明优点由于变换到另一种带状物宽度或者变换到有差异的镀层所造成可溶解阳极系统的一些缺点主要与调节阳极间隔有关(见工序1)。另外的缺点在于在卸离一些阳极或者添加一些阳极期间没有根据最佳阳极排列(见工序1)来使阳极定位。这就造成在带状物宽度范围内的锡镀层厚度方面的变化。
有时候使用一些尺度稳定阳极(DSA)来克服如比较实施例所提到的一些可溶解阳极(SA)缺点。这种系统劳动强度比较小并且产生比较小的在带状物宽度范围内镀层厚度变化。DSA的主要缺点在于需要一种外部的溶解反应器来把锡补充给电解液。
现在根据本发明把SA和DSA系统的一些优点结合到完全是新的、用于高速带状物电镀锡的一种系统中去。这种新系统在下文中称之为DSSA(尺度稳定可溶解阳极)系统。
根据本发明的方法，即使该方法的劳动强度比较小，方法包含危险性比较小和方法在成本方面比较低的场合下也能镀敷更均匀的锡镀层。锡原料能够比较少并且与DSA系统相比较，不需要分开的溶解反应器。并且用于阳极装卸的人员比较少。此外，在使用期间当阳极锡呈安装在根据本发明的一种阳极篮筐中的小球的形式时，能够降低电解池电压。这多半是由于增大了阳极表面。显然这也将为所论述的电镀锡生产线开辟提高生产速度而因此潜在更高的生产率的道路。
现在将通过描述一个根据本发明的实施例来更详细描述本发明。
根据本发明的实施例在根据本发明的实施例中，电镀设备部件以及工艺液体和参数除在这里提到的以外都是常规的。
根据本发明的一种状况，参照图1到图6，经由接触条14在阳极棒4上安装阳极篮筐12而不是安装分立的锡棒。在根据本实施例的一些实验中用铜做的接触条14可以在其接触阳极篮筐12的表面上镀上像Au或Pt之类贵金属。在本发明实施例中接触条14镀上Pt，很好使用。
在图6中用小锡球(直径为2～20mm，优选5～9mm)装满阳极篮筐12。在电镀生产线是满负荷运行的时候为了补足阳极材料而能够定期供给小锡球。在根据本实施例的实验中，用钛制成的阳极篮筐12是以这样的方式来设计和定位的，以使底部处阳极比较靠近带状物来补偿在阳极和带状物中的欧姆损失，否则会引起不希望有的在带状物高度范围内电流密度方面差异。就根据本实施例的一部分生产来说，用阳极袋套住阳极篮筐以防止小细粒锡进入电解液。在正常运行的状态下阳极袋一年可能需要更换1～2次。另一方面，就根据本实施例的另一部分生产来说，没有使用阳极袋，原来是这部分生产没有造成小细粒锡进入电解液的问题。
通过给DSSA系统装上边缘掩蔽13，见图7，更加能够减少锡的结瘤(狗骨头效应)。这些边缘掩蔽的结构和搬运它们的系统是以这样的方式设计的，以致能够在离开电镀生产线一段安全距离操作它们以排除劳动强度大和可能有危险的工作。
在带状物宽度为1020mm而阳极宽度也以1020mm完全与带状物重叠的阴极/阳极几何结构中，在带状物宽度接着从1020mm变化到940mm时，见图8中上面曲线，标准电流密度定义为iavg，其中i代表局部电流密度而iavg代表平均电流密度(例如用A/m2)，而所以在带状物边缘上锡结瘤的数量达到令人不能接受的程度。
在图8中水平轴表示代表离带状物边缘的mm距离的DES，下面曲线表示用于1020mm的带状物和阳极宽度的i/iavg对DES关系曲线，以及上面曲线表示在带状物宽度改变到940mm以后而保存为1020mm带状物宽度配置的阳极外形时的i/iavg。
在阳极篮筐正面放置挡板作掩蔽以克服在较小宽度带状物边缘上锡瘤这类问题。在图9中给出这种状况的示意表示。在图9中垂直轴(X轴)表示通过带状物中心垂直于带状物表面的平面。Y＝0表示带状物面的横截面而Y＝50表示阳极面的横截面并且Y轴上的数值表示离阴极的距离，缩写为DAC。在X＝(450；700)和Y＝(10；15)处的灰色区域表示用M表示的闸板的横截面。
如果在图9中闸板位置从X＝470mm(相当于与具有940mm宽度的带状物重叠0mm)改变到440、425和410mm(相当于与带状物重叠分别为30、45和60mm)则减少在带状物边缘上的电流密度，见图10。在图10中上面曲线对应于0mm重叠、紧接的下面曲线对应于30mm重叠、其低下曲线对应于45mm重叠和紧接的下面曲线对应于60mm重叠。
实际上，在掩蔽和阳极重叠大约45mm时可以获得最佳锡层厚度分布。
很显然，本发明促成一个巨大跃进，因此通过提供能够容易控制、劳动强度比较小、排除危险和减少废液(回收)流动的方法能够大大改进目前电镀锡生产线的面貌和操作。
权利要求
1.一种用于高速金属带电镀的工艺，其中通过在阳极上使面向带状物的锡阳极溶解到电镀溶液内并且使上述阳极上所溶解的锡沉积在起阴极作用的至少一部分带状物上来电镀带状物，其特征在于以保持在阳极篮筐内的小球方式把锡供给电镀溶液。
2.根据权利要求1的工艺，其中使用可调掩蔽装置来掩蔽掉一部分锡阳极，该可调掩蔽装置依据带状物宽度和/或锡镀层厚度分布，受控被导引。
3.根据权利要求1或2的工艺，其特征在于掩蔽装置包括闸板或挡板。
4.根据前面权利要求中的任何一个权利要求的工艺，其特征在于小球是通过电流收集器来电接触的，该电流收集器由与锡小球良好电接触的低电阻且在电解液中电化学性质不活泼的材料制成。
5.根据权利要求4的工艺，其特征在于阳极篮筐被设计成电流收集器。
6.根据权利要求1-5中的任何一个权利要求的工艺，其特征在于提供自动供给系统将锡小球添加到阳极篮筐。
全文摘要
用于高速金属带电镀的工艺，其中通过在阳极上使面向带状物的锡阳极溶解到电镀溶液内并且使上述阳极上所溶解的锡沉积在起阴极作用的至少一部分带状物上来电镀带状物，其中以保持在阳极篮筐内的小球方式把锡供给电镀溶液。
文档编号C25D5/02GK1918328SQ200480041753
公开日2007年2月21日 申请日期2004年12月23日 优先权日2003年12月23日
发明者考基·施内茨, 丹尼尔·阿德里安·德鲁戈, 埃里克·鲍勃·文比克, 亚克·H·O·J·温伯格 申请人:克里斯塔尔公司