Способ изготовления металлической фольги

1 з) А 18235ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 2) 01.08. А.Р., Троова В,зводствеаиностро ое свидетельство СССРВ 2 1 Н 8/00, 1978. Гдр. Изготовление плоскихдлинномерных деталей методстиви. М., ЦНИИЭЛектролита,Комитет Российской Федераци по патентам и товарным знакам авторскому свидетельству(71) Ленинградское научно-проиное объединение химического мения(56) Авторск697236, кл.Шульгин иобъемных игальванопла обзоры по электронной технике, серия 7,вып,12(562), 1978, с.З, 10-13.(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ФОЛЬГИ(57) Использование: металлургия, получениее фолыя для газоразделения и получе- Офнне водорода. Сущность изобретения.Электроосакденную на вращающемся барабанном катоде фолъгу толщиной 100 - 120мвм отлщгают в вакууме прн температуре (А650 - 700 С и подвергают пластическойобработке на валках до толщины 30 - 60Предлагаемое изобретение относится кметаллургии, в частности к способам получения мембраны, предназначенной для использования в химическоммашиностроении при газоразделении иполучении водорода,Целью нового способа получения металлической мембраны, используемой длягазоразделения, является улучшение ее механических и эксплуатационных свойств.Указанная цель достигается тем, что изготовление мембраны производят в три стадии, из которых на первой производятэлектрохимическое осаждение металла накатоде совместно с разрядом ионов водорода до фиксированной толщины наводороженной фольги: 100 - 120 мкм, на второй -полученную фольгу подвергают отжигу в вакууме при температуре 650 - 700 С, до остаточного содержания водорода менее 0,1см /100 г металла, а на третьей подвергаютпластической обработке на валках до толщины 30 - 60 мкм.Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается тем, что вводятся дополнительнодве операции; отжиг и пластическая деформация.При отжиге и пластической деформациипроисходит резкое уменьшение остаточнойконцентрации растворенного водорода вметалле, исчезает явление водородногонаклепа, что способствует улучшению механических и эксплуатационных свойств мембраны.Традиционно мембрану получали путемили электролиза, или пластической обработки, включающей шихтовку, плавку, розлив,ковку, прокатку на листопрокатном стане.Однако эти способы трудоемки и не позволяют получить фольгу толщиной100 мкм,Предлагаемый способ позволяет получатьмембрану с необходимыми свойствами в 3стадии.Толщиной 100 - 120 мкм путем электрохимического осаждения из электролита ипоследующего отжига в вакууме(при температуре 650-700 С).Толщиной 30 - 60 мкм путем пластической обработки на валках, Таким образом, данный способ позволяет получитьв итоге мембрану толщиной 30-60 мкм,которую эффективно можно использовать в качестве мембран для процессагазоразделения. Именно сочетание трехуказанных стадий позволяет обеспечитьновые свойства.Отказ от трудоемких технологическихопераций позволяет снизить трудоемкость 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 изготовления фольги, снизить знергозатраты.Мембраны можно изготовить различных типов, отличающихся значительными преимуществами перед принятыми в существующей практике, а именно; повышенной производительностью (примерно в 2 раза) мембран и уменьшением расхода драгметаллов (в 2 - 2,5 раза), используемых при изготовлении мембран (палладия, пластины, рутения, серебра) и других металлов.Полученные по новому способу мембраны могут быть использованы для эффективного газоразделения, в частности для получения особо чистого водорода (с содержанием водорода, 99,9999 объемныхи выше). При этом процесс диффузионного газовыделения на новых мембранах значительно интенсифицируется, так как в процессе катодного выделения определенная часть водорода растворяется в металле. Поскольку водородопроницаемость через мембраны лимитируется, как известно (Гольцов В.А. и др. "Водородопроницаемость и водородная стойкость сплавов палладия" Физико-химическая механика материалов, 9, М 5, 1973, с. 50 - 54), стадиями растворения и собственно диффузией водорода в металле, то наличие водорода в составе кристаллической решетки металлических мембран способствует улучшению водородопроницаемости.Предлагаемый способ получения фольги реализуется следующим образом.П р и м е р 1. Получение кобальтовой фольги, Для изготовления металлической ленты проводилось электрохимическое осаждение кобальта на вращающемся катоде-барабане, выполненном из титана. Состав электролита (г/л): кобальт сернокислый - 500, натрий хлористый - 15, барная кислота - 45. Диапазон катодной плотности тока, при которой получаются плотные металлические осадки, беэ дефектов - 10 - 15 тыс. А/с, Температура электролита 75 г80 С, скорость вращения барабана - 0.8-1,0 об/мин,Толщина полученной ленты после электролиза 100 - 120 мкм, после отжига при Т=650 С в вакууме и пластической обработки ленты путем холодной прокатки в валках толщина фольги составляла 60 мкм,П р и м е р 2, Получение палладиевой фольги.Для изготовления металлической фольги использовалось электрохимическое осаждение палладия на вращающемся тита- новом катоде. Для получения плотных металлических осадков без дефектов необходимо соблюдать следующий режимэлектролиза: состав электролита в г/л тет- Аналогичная ситуация снижения прочрааминхлорид палладия (на металл) - 35 - 45; ностных свойств, связанная с растворением аммонийхлористый - 5-15, малеиновыйан- и окклюзией водорода, наблюдается и для гидрид - 0,1 - 0,15, гидрат окиси аммония других металлов и сплавов. В присутствии (свободный) - 5 - 10. рН = 8.5 - 9,5. Темпера водорода в растворенном состоянии в метура электролита - 75-80 С. Скорость вра- талле могут образовываться гидриды (прощения барабана - 0,7-1 об/мин. Толщина исходит переход из а-фазы в ф-фазу), при полученной ленты после электролиза - 90 - этом объем изделий может увеличиваться до 120 мкм, послеотжигаприТ=700 С в ваку. Как следствие могут образовываться уме ее пластической обработки - 30 мкм, 10 микротрещины, приводящие к разрушениюП р и м е р 3, Получение фольги иэ целостности мембран.сплавов кобальт - палладий, Чтобы избежать указанных явлений, вПлотные осадки дефектов получаются новом способе предлагается стадийное изпри следующем режиме электролиза: со- готовление, заключающееся в комбиниростав электролита (г/л): кобальт хлористый - "5 вании гальванического способа получения 120; палладий хлористый - 120; аммоний металлической фольги с отжигом фольги при хлористый - 100; мононатрий фосфат - 9. нагреве в вакууме и последующей пластичеТемпература электролита - 75 - 80 С. ской обработкой фольги путем прокалки в Скорость вращения барабана - 0,7 - 0,9 валках и доведения ее до необходимых толоб/мин. 20 щин, При этом остаточная концентрацияТолщина полученной ленты после злек- растворенного водорода в металле резко тролиза - 100-120 мкм, после отжига при уменьшается, явление водородного наклепа Т = 675 ОС в вакууме и пластической абра- исчезает, а механические и эксплуатационботки 30 мкм. В конечном итоге, новый спо- ные свойства мембраны, изготовленной из соб изготовления мембранных материалов 25 такойфольги, значительноулучшаются.Так, обеспечивает возможность значительно к примеру, тот же палладий при такой доснизить себестоимость мембран и одновре- полнительной обработке фольги(отжиг при менно повысить их производительность. 700 С в вакуумной камере и пластическойИспользование предлагаемого способа обработке в валках) имеет при 20 С следую- получения фольги по сравнению с существу щие показатели: значения предела прочноющим обеспечивает следующие преимуще- сти увеличиваются в 1,14 раза, предела ства: текучести в 1,38 раза, - относительное удли 1) уменьшение толщины фольги дло 30 - нение увеличилось на 30.60 мкм позволяет испольэовать ее в качест- Кроме того, водопроницаемость фольги, ве мембраны для процессов 35 полученной по предложенному способу, газоразделения, обладающей большей про- оказывается выше в 1,5 раза по сравнению иэводительностью; с фольгой, изготовленной известным спосо 2) вследствие исключения целого ряда бом.трудоемких операций снижаются затраты Это объясняется тем, что сочетание при производстве фольги; 40 указанных операций в процессе изготовле 3) уменьшается расход драгметаллов ния фольги, ее дополнительная обработка при изготовлении фольги; приводят к упорядочению структуры спла 4) улучшаются механические и эксплуа- ва, резкому уменьшению структуры сплава, тационные свойства мембраны (пределы резкому уменьшению остаточной концентпрочности и текучести, относительное удли рации растворенного водорода в металле нение, водородопроницаемость), (по нашим данным менее 0,1 см /100 г), аВ подтверждение преимуществ предло- это означает, что исключается возможность женного способа по сравнению с прототи- образования гидридной р-фазы, обладаюпом приведем следующее данные: щей низкими прочностными и диффуэионВодородная хрупкость палладия, к при ными свойствами.меру, хорошо известна.Изменение механических свойств пал- В конечном итоге, наряду с повышениладия характеризуется следующими цифра- ем механических свойств, улучшается семи Н.А. Галактионова. - Водород в лективность мембраны по водороду и металлах. М,: Металлургия, 1967, с, 261; см. 55 производительность мембранных элементабл. тов (примерно в 1,5 раза).1823528 Составитель В, СорокинТехред М,Моргентал Корректор А. Козориз Редактор Н. СоколоваЗаказ 1403 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб,. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Формула изобретенияСПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ФОЛЬГИ преимущественно для получения мембран, включающий электроосаждение металла на барабанном вращающемся катоде. отлиающий. ся тем, что, с целью улучшения механических и эксплуатационных свойств, после электроосаждения фольгу отжигают в вакууме при температуре 650 700 С и подвергают пластической обработке на валках до толщины 30-60 мкм, а электроосэждение ведут до толщины фольги 100-120 мкм.