Verfahren zum Aufheizen von Aluminiumbädern

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufheizen von Aluminiumbädern mit aprotischen Elektrolytsystemen auf eine vorgegebene Arbeitstemperatur und Konstanthaltung derselben während des Aluminierens.

[0002] Galvanische Aluminieranlagen, welche mit aprotischen, sauerstoff- und wasserfreien, aluminiumorganischen Elektrolyten betrieben werden, erfordern eine Betriebstemperatur von über 80° C, damit brauchbare Aluminiumabscheidungen unter wirtschaftlichen Bedingungen entstehen. Das Auf- und Beheizen solcher Aluminieranlagen wird jedoch beträchtlich dadurch erschwert, weil diese Aluminier-Elektrolyte nicht nur besonders luft- und feuchtigkeitsempfindlich sind, sondern auch sehr leicht entflammbar sind. Daher wird bei den bekannten galvanischen Aluminieranlagen keine direkte Beheizung, sondern eine indirekte Beheizung der Elektrolytbäder vorgenommen.

[0003] Bei den in den deutschen Patentschriften 25 37 256, 25 37 285 und 27 16 805 beschriebenen Vorrichtungen zum galvanischen Abscheiden von Aluminium wird dieses Problem dadurch-gelöst, daß der Aluminiertrog mit einem Ölmantel umgeben ist, in welchem sich Heizstäbe befinden. Bei anderen bekannten Vorrichtungen wird dieses Problem dadurch gelöst, daß man mit Hilfe einer Förderpumpe den Elektrolyt auskreist und diesen über einen Wärmetauscher schickt.

[0004] Beide Verfahren haben folgende Nachteile:

Relativ große Wärmeverluste, hohe Wärmeisolationskosten, hohe Aufwendungen, wenn Rohrleitungen und Pumpen erforderlich sind, und zum Teil kann auf eine relativ aufwendige Temperaturregelung nicht verzichtet werden.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zum Aufheizen von Aluminiumbädern mit aprotischen Elektrolytsystemen anzugeben, das wenig Aufwand erfordert und praktisch auf jede vorgegebene Arbeitstemperatur leicht eingestellt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß im Aluminiertrog durch die Anordnung mindestens zweier Elektroden und Beschickung dieser mit Impulsströmen wechselnder Polarität Joul'sche Wärme erzeugt wird, wobei das Taktverhältnis, die Amplituden und/oder die Frequenz der Wechselimpulse vorzugsweise stufenlos veränderbar sind.

[0006] Dabei wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß die bekannten aprotischen Elektrolytsysteme eine relativ geringe Leitfähigkeit und damit großen Widerstand aufweisen, welches die Aufheizung erleichtert. Vorzugsweise sind als Elektroden die Anoden und Kathoden des Aluminierbades selbst verwendet. Zwischen diesen Elektroden wird eine Wechselspannung mit bestimmter Frequenz und variierbaren unterschiedlichen kathodischen (t₁) und anodischen (t₂) Impulszeiten (Taktverhältnis = t₁:t₂) sowie mit entsprechender Amplitudenhöhe angelegt, so daß aufgrund des auftretenden Stromflusses im Elektrolyten ein ganz bestimmter Betrag an Joule'scher Wärme entsteht.

[0007] Zur Erzeugung der Wechselimpulse können sog. Rechteck-impulsgeneratoren verwendet werden, wie man sie auch vorzugsweise für die galvanische Abscheidung von Aluminium bereits verwendet. Der Impulsgenerator erfüllt hierbei zwei Aufgaben, nämlich die Reduktion des Al-Kations zum

[0008] Metall und die Aufrechterhaltung der Elektrolyttemperatur in Zusammenwirkung mit einem Kondensationssystem für die Lösungsmitteldämpfe. Bei der Regelung der Temperatur des Bades werden zweckmäßigerweise die Kondensationsflächen mit einbezogen.

[0009] Die Konstanthaltung der Elektrolyttemperatur, d.h. das Ausregeln der Regelabweichung auf Null, ist möglich, da letztlich die negative Regelabweichung als Funktion der Amplitudenhöhe und des Taktverhältnisses des Wechsel- ! stroms dargestellt werden kann. Die Stromwärme, die bei der Abscheidung von Aluminium auftritt (positive Regelabweichung) ist jedoch leicht in Form von Kondensationswärme abführbar, da bei aprotischen Elektrolytsystemen diese etwa zur Hälfte aus organischen Lösungsmitteln bestehen.

[0010] Hierbei ist zu beachten, daß die Steuerung der einzelnen Stromimpulse so durchgeführt wird, daß die mittlere kathodische Stromdichte unterhalb der galvanisch zulässigen Grenzstromdichte des Elektrolyten bleibt. Die aus galvanotechnischen Gründen besonders günstige Einstellung des Taktverhältnisses im Bereich.von 1:1 bis 10:1 ist umgekehrt proportional zur Temperaturabweichung Δ T und bedeutet beispielsweise, daß bei größerwerdendem Δ T während der Aufheizphase das Taktverhältnis kleiner werden muß und im Extremfall sich dem Wert 1 nähert.

[0011] Beispiel:

1. Aufheizen des Galvanisier-Elektrolyten Um den Elektrolyten in der Galvanisieranlage von Raumtemperator z.B. auf 100° C zu bringen, werden am Impulsgenerator folgende Werte eingestellt:

Frequenz = 10000 Hz, Taktverhältnis = 1:1 (arithet. Mittelwert des Stromes = 0; keine Al-Abscheidung) kath. Stromdichte 3 A/dm², Spannung ₁0 - 50 V.

2. Abscheiden von Al mit gleichzeitiger Regelung der Temperatur
Frequenz = 10 - 100 Hz, Taktverhältnis variierbar von 1:1 bis 10:1; kath. Stromdichte 0,5 bis 3 A/dm².

Dieser Regelmechanismus funktioniert bei Zellen mit kleinerer Beschichtungsleistung. Hierbei ist das Verhältnis der erzeugten und abgestrahlten Wärme etwa vergleichbar. Bei Zellen hoher Beschichtungsleistung wird der Mehranteil erzeugter Stromwärme über verdampfendes Lösungsmittel abgeführt, welches an den kühleren Flächen der mit dem Elektrolyttrog dicht verbundenen Haube kondensiert und wieder in das Elektrolytsystem zurückläuft.

Ansprüche

1. Verfahren zum Aufheizen von Aluminiumbädern mit aprotischen Elektrolytsystemen auf eine vorgegebene Arbeitstemperatur und Konstanthaltung derselben während des Aluminierens, dadurch gekennzeichnet, daß im Aluminiertrog durch die Anordnung mindestens zweier Elektroden und Beschickung dieser mit Impulsströmen wechselender Polarität Joule'scher Wärme erzeugt wird, wobei das Taktverhältnis, die Amplituden und die Frequenz der Wechselimpulse vorzugsweise stufenlos veränderbar sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, daß zur Erzeugung der Wechselimpulse an sich bekannte Rechteck-Impulsgeneratoren verwendet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- kennzeichnet, daß als Elektroden die Anoden und Kathoden des Aluminierbades selbst verwendet sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1.bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Regelung der-Temperatur des Bades die Kondensationsflächen mit einbezogen werden.