專利名稱：帶狀不良導電體連續電鍍陽極裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種陽極裝置，具體涉及一種用于導電性不良的帶材表面電鍍金屬或合金的陽極裝置。
背景技術：
隨著新材料應用的不斷發展，導電性不良的帶材表面金屬化越來越普及，其中在水溶液中的電鍍方法設備簡單，成本低，而且便于連續化生產。例如，復合金屬箔可以在一種金屬箔表面電鍍另一種金屬制備，獲得的Cu/因瓦合金/Cu覆層材料用于電子封裝；再如，薄鋼帶的連續高速電鍍鋅、錫及其合金，用于汽車、家電、食品包裝行業，減輕產品重量，降低能耗，目前，薄鋼帶的厚度已降至0.10mm；以及導電化處理的非金屬帶材，如纖維織物等，都可以通過連續電沉積的方法制備。由于金屬箔導電能力弱，以及薄鋼帶連續高速電鍍時需要傳輸很大的電流，在連續電鍍過程中作為陰極，會產生較大的電壓降，使得陰極電流密度分布不均勻，電沉積金屬的質量差。因此，陽極材料的選擇、形狀是一個十分重要的問題，產品的質量和生產效率在很大程度上取決于陽極設計。
發明內容
本發明為了解決導電性不良的帶材連續電鍍過程中電流密度分布不均勻問題，提供一種用于提高帶材電鍍金屬質量和生產效率的帶狀不良導電體連續電鍍陽極裝置，它能夠使金屬電沉積的陰極電流密度分布均勻，實現最佳電流密度控制。本發明至少由一個陽極單元1組成，陽極單元1由通腔2、上絕緣蓋板3、下絕緣蓋板4組成，通腔2依次由第一陽極板5、第一絕緣擋板7、第二陽極板6、第二絕緣擋板8相互首尾連接圍成，第一陽極板5和第二陽極板6結構相同，第一擋板7和第二絕緣擋板8結構相同；上絕緣蓋板3連接在通腔2的上端口2-1上，下絕緣蓋板4連接在通腔2的下端口2-2上，上絕緣蓋板3和下絕緣蓋板4均開有條縫9，兩個條縫9的對稱面與通腔2的對稱面相重合，通腔2的縱剖面15為喇叭形，縱剖面15垂直經過第一陽極板5和第二陽極板6。本發明的異型陽極裝置可用于表面導電化處理的帶狀非金屬材料和金屬箔的連續電鍍金屬或合金、以及薄鋼帶和金屬絲網的連續高速電鍍。采用本發明設計的異型陽極裝置，能使導電性不良的帶材連續電鍍的整個鍍區內陰極電流密度均勻分布，保證被鍍帶材運行到鍍區內的任何位置，都能在最佳電流密度下電沉積。本發明的異型陽極裝置具有如下特點(1)獲得的鍍層均勻性好、結晶致密，具有良好的耐蝕性和機械性能；(2)由于通過特殊的陽極形狀控制了金屬電沉積的電流密度，單個鍍槽的陽極長度就可以設計到最大限度，在不增加鍍槽數量的條件下實現連續電鍍生產線的提速，提高生產效率；(3)采用精確設計的異型陽極，能夠減小被鍍帶材與陽極間的距離，降低溶液的電壓降，達到降低能耗的目的。
圖1為本發明的陽極裝置的結構示意圖，圖2為圖1的A-A剖視圖，圖3為圖2的B-B剖視圖，圖4為具體實施方式
四的陽極裝置結構示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一參見圖1～圖3，本實施方式的陽極裝置至少由一個陽極單元1組成，陽極單元1由通腔2、上絕緣蓋板3、下絕緣蓋板4組成，通腔2依次由第一陽極板5、第一絕緣擋板7、第二陽極板6、第二絕緣擋板8相互首尾連接圍成，第一陽極板5和第二陽極板6結構相同，第一絕緣擋板7和第二絕緣擋板8結構相同；上絕緣蓋板3連接在通腔2的上端口2-1上，下絕緣蓋板4連接在通腔2的下端口2-2上，上絕緣蓋板3和下絕緣蓋板4均開有條縫9，兩個條縫9的對稱面與通腔2的對稱面相重合，通腔2的縱剖面15為喇叭形，縱剖面15垂直經過第一陽極板5和第二陽極板6。對于金屬箔連續電鍍，所述通腔2的長度L由以下公式得出L=(ρLm2dρ2[D(0)-D(L)][1-dρ2δρ1mln(1+ρ1mdρ2δ))1/2,]]>通腔2的縱剖面15的形狀由以下公式得出D(x)=D(0)-2dρ2L2ρLm[xL+dρ2δρ1mln(1-xL(dρ2δρ1m+1))],]]>其中δ為被鍍帶材厚度，D(0)為陽極裝置的電流導入端陰陽極間的距離，ρ1為被鍍金屬箔的電阻率，ρ2為電鍍金屬的電阻率，ρL為電鍍液的電阻率，d為電鍍金屬的密度，m為單位面積電鍍金屬的量，L為陽極長度。對于薄金屬帶材連續電鍍，所述通腔2的長度L由以下公式得出L=ρLδρ1[D(0)-D(L)],]]>通腔2的縱剖面15的形狀的計算公式為D(x)=D(0)-ρ1ρLδ(2xL-x2),]]>其中δ為被鍍帶材厚度，D(0)為陽極裝置的電流導入端陰陽極間的距離，D(L)為遠端陰陽極間的距離，ρ1為被鍍帶材的電阻率，ρL為電鍍液的電阻率。
具體實施方式
二參見圖4，本實施方式與具體實施方式
一不同的是，陽極單元1中增加有一個通腔10，通腔10與通腔2結構相同，通腔2的下端口2-2與通腔10的上端口11同一弧度銜接，通腔2和通腔10的對稱面相重合。其他組成和連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三參見圖1～3，本實施方式以在帶狀銅箔表面連續電沉積鎳為例，帶狀不良導電體連續電鍍陽極裝置由一個陽極單元1組成，帶材12通過下絕緣蓋板4上的條縫9進入通腔2中，通過陰極導電輥13從上絕緣蓋板3上的條縫9導出，其中銅箔厚度δ＝20μm，陽極裝置的電流導入端陰陽極間的距離D(0)＝30mm，遠端陰陽極間的距離D(L)＝10mm，銅的電阻率ρCu＝1.63×10-8Ω·m，鎳的電阻率ρNi＝20×10-8Ω·m，電鍍液的電阻率ρL＝0.21Ω·m，鎳的密度d＝8.9×103kg/m3，單位面積電鍍鎳的量m＝89×10-3kg/m2(厚度10μm)，根據通腔2的長度L由以下公式得出L=(ρLm2dρM[D(0)-D(L)][1-dρMδρCumln(1+ρCumdρNiδ)])1/2,]]>確定長度為L＝2.3m。根據通腔2的縱剖面15的形狀由以下公式得出D(x)=D(0)-2dρML2ρLm[xL+dρNiδρCumln(1-xL(dρNiδρCum+1))],]]>確定帶狀銅箔表面連續電沉積鎳縱剖面的具體尺寸列于表1。
表1
具體實施方式
四參見圖4，本實施方式以在薄鋼帶連續高速電鍍鋅為例，帶狀不良導電體連續電鍍陽極裝置由十個陽極單元1組成，陽極單元1由通腔2、通腔10、上絕緣蓋板3、下絕緣蓋板4組成，通腔2由第一陽極板5、第二陽極板6、第一絕緣擋板7、第二絕緣擋板8相互間隔首尾連接圍成，通腔10與通腔2結構相同，通腔2的下端口2-2與第二通腔10的上端口11同一弧度銜接，通腔2和通腔10的對稱面相重合，第一陽極板5和第二陽極板6結構相同，第一絕緣擋板7和第二絕緣擋板8結構相同；上絕緣蓋板3連接在通腔2的上端口2-1上，下絕緣蓋板4連接在通腔10的下端口14上，上絕緣蓋板3和下絕緣蓋板4均開有條縫9，兩個條縫9的對稱面與通腔2的對稱面相重合，通腔2的縱剖面15為喇叭形，縱剖面15垂直經過第一陽極板5和第二陽極板6，帶材12通過下絕緣蓋板4上的條縫9進入通腔10中，經過通腔2后通過陰極導電輥13從上絕緣蓋板3上的條縫9導出，其中鋼帶厚度δ＝0.15mm，每個陽極單元電流導入端的陰陽極間的距離D(0)＝30mm，遠端陰陽極間的距離D(L)＝10mm，低碳鋼的電阻率ρFe＝9.9×10-8Ω·m，高速電鍍鋅溶液的電阻率ρL＝0.0675Ω·m，根據通腔2的長度L由以下公式得出L=ρLδρFe[D(0)-D(L)],]]>計算得到每只兩端進電通腔2的長度為2L＝2.86m。根據通腔2的縱剖面15的形狀由以下公式得出D(x)=D(0)-ρFeρLδ(2xL-x2),]]>計算得到的鋼帶表面連續電鍍鋅的縱剖面15尺寸列于表2。
表2
根據鋼帶連續高速電鍍鋅的電流密度j＝120A/dm2，電流效率η＝92％、鋅的電化學當量g＝3.388×10-7kg/C-1，單位面積電鍍鋅的量m＝70×10-3kg/m2(厚度10μm)，和生產線運行速度的計算公式ν=4ngηjLm]]>計算得到使用10個相同形狀的陽極裝置串聯，鋼帶連續高速電鍍鋅的運行速度為183m/min。
權利要求
1.帶狀不良導電體連續電鍍陽極裝置，它至少由一個陽極單元(1)組成，陽極單元(1)由通腔(2)、上絕緣蓋板(3)、下絕緣蓋板(4)組成，通腔(2)由第一陽極板(5)、第二陽極板(6)、第一絕緣擋板(7)、第二絕緣擋板(8)相互首尾連接圍成，第一陽極板(5)和第二陽極板(6)結構相同，第一絕緣擋板(7)和第二絕緣擋板(8)結構相同；上絕緣蓋板(3)連接在通腔(2)的上端口(2-1)上，下絕緣蓋板(4)連接在通腔(2)的下端口(2-2)上，上絕緣蓋板(3)和下絕緣蓋板(4)均開有條縫(9)，兩個條縫(9)的對稱面與通腔(2)的對稱面相重合，其特征在于通腔(2)的縱剖面(15)為喇叭形，縱剖面(15)垂直經過第一陽極板(5)和第二陽極板(6)。
2.根據權利要求1所述的帶狀不良導電體連續電鍍陽極裝置，其特征在于所述通腔(2)的長度(L)由以下公式得出L=(ρLm2dρ2[D(0)-D(L)][1-dρ2δρ1mln(1+ρ1mdρ2δ)])1/2,]]>其中δ為銅箔厚度，D(0)為陽極裝置的電流導入端陰陽極間的距離，D(L)為遠端陰陽極間的距離，ρ1為被鍍帶材的電阻率，ρ2為電鍍金屬的電阻率，ρL為電鍍液的電阻率，d為電鍍金屬的密度，m為單位面積電鍍金屬的量。
3.根據權利要求1所述的帶狀不良導電體連續電鍍陽極裝置，其特征在于所述通腔(2)的縱剖面(15)形狀由以下公式得出D(x)=D(0)-2dρ2L2ρLm[xL+dρ2δρ1mln(1-xL(dρ2δρ1m+1))],]]>其中δ為被鍍帶材厚度，D(0)為陽極裝置的電流導入端陰陽極間的距離，ρ1為被鍍帶材的電阻率，ρ2為電鍍金屬的電阻率，ρL為電鍍液的電阻率，d為電鍍金屬的密度，m為單位面積電鍍金屬的量，L為陽極長度。
4.根據權利要求1所述的帶狀不良導電體連續電鍍陽極裝置，其特征在于所述通腔(2)的長度(L)由以下公式得出L=ρLδρ1[D(0)-D(L)],]]>其中δ為被鍍帶材厚度，D(0)為陽極裝置的電流導入端陰陽極間的距離，D(L)為遠端陰陽極間的距離， ρ1為被鍍帶材的電阻率，ρL為電鍍液的電阻率。
5.根據權利要求1所述的帶狀不良導電體連續電鍍陽極裝置，其特征在于所述通腔(2)的縱剖面(15)形狀由以下公式得出D(x)=D(0)-ρ1ρLδ(2xL-x2),]]>其中δ為被鍍帶材厚度，D(0)為陽極裝置的電流導入端陰陽極間的距離，ρ1為被鍍帶材的電阻率，ρL為電鍍液的電阻率，L為陽極長度。
6.根據權利要求1所述的帶狀不良導電體連續電鍍陽極裝置，其特征在于在陽極單元(1)中增加有一個通腔(10)，通腔(10)與通腔(2)結構相同，通腔(2)的下端口(2-2)與通腔(10)的上端口(11)同一弧度銜接，通腔(2)和通腔(10)的對稱面相重合。
全文摘要
帶狀不良導電體連續電鍍陽極裝置，它涉及一種陽極裝置。本發明至少由一個陽極單元1組成，陽極單元1由通腔2、上絕緣蓋板3、下絕緣蓋板4組成，通腔2依次由第一陽極板5、第一絕緣擋板7、第二陽極板6、第二絕緣擋板8相互首尾連接圍成；上絕緣蓋板3連接在通腔2的上端口2－1上，下絕緣蓋板4連接在通腔2的下端口2－2上，上絕緣蓋板3和下絕緣蓋板4均開有條縫9，兩個條縫9的對稱面與通腔2的對稱面相重合，通腔2的縱剖面15為喇叭形，縱剖面15垂直經過第一陽極板5和第二陽極板6。本發明由于通過特殊的陽極形狀控制了金屬電沉積的電流密度，單個鍍槽的陽極長度就可以設計到最大限度，在不增加鍍槽數量的條件下實現連續電鍍生產線提速。
文檔編號C25D17/10GK1637173SQ20041004409
公開日2005年7月13日 申請日期2004年12月1日 優先權日2004年12月1日
發明者王殿龍, 戴長松, 姜兆華, 胡信國 申請人:哈爾濱工業大學