Способ определения толщины электролитического покрытия детали в процессе осаждения

Авторы патента:


 


Владельцы патента RU 2467097:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет (RU)

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для неразрушающей оценки толщины электролитических покрытий, а также для оптимизации длительности процесса осаждения покрытия. Способ включает взвешивание детали, погруженной в электролит, в процессе осаждения покрытия, при этом определяют среднюю толщину покрытия Нср по зависимости

где S - площадь обрабатываемой детали, g - ускорение свободного падения, ρn - плотность материала покрытия, ρэ - плотность электролита, - вес детали, погруженной в электролит, соответственно до начала осаждения покрытия и после осаждения покрытия в течение времени t, в процессе нанесения покрытия контролируют его величину Нср и при достижении условия Нсртр, где Нтр - требуемая толщина покрытия, процесс осаждения покрытия прекращают. Технический результат: повышение точности нанесения электролитических покрытий заданной толщины. 1 пр.

 

Изобретение относится к гальванотехнике и может быть использовано для неразрушающей оценки толщины электролитических покрытий, а также для оптимизации длительности процесса осаждения покрытия.

Известен способ оценки толщины покрытия, при котором на детали с покрытием делают поперечный шлиф [1], затем полученный шлиф травят и с помощью микроскопа измеряют среднюю толщину покрытия. Данный способ отличается простотой, но имеет существенный недостаток, заключающийся в разрушающем характере исследования.

Известен неразрушающий гравиметрический способ контроля толщины электролитических покрытий [1], в котором деталь взвешивают до и после нанесения покрытия. Затем определяют среднюю толщину покрытия по формуле Hcp=[l04(/m1-m2)]/[Sρ], где m1 - масса детали после нанесения покрытия, г; m2 - масса детали до нанесения покрытия, г; S - площадь покрытия, см2; ρ - плотность металла покрытия, г/см3.

Недостатком известного способа является невозможность оценки толщины покрытия в процессе его осаждения на деталь, что может привести к недостаточной или избыточной толщине покрытия.

Известен способ оценки продолжительности осаждения гальванических покрытий, основанный на эмпирическом подборе длительности обработки деталей [2], обеспечивающей нанесение слоя покрытия требуемой толщины. Этот способ весьма трудоемок и применяется, как правило, в случае, когда скорость осаждения покрытия и свойства электролита заранее неизвестны.

Известен способ оценки продолжительности осаждения покрытия на основе расчетного метода [2], в котором продолжительность осаждения гальванического покрытия (в часах) оценивается по формуле

где Нср - средняя толщина покрытия, мм; ρ - плотность наращиваемого материала, г/см3; С - электрохимический эквивалент, г/(А·ч); Dк - плотность тока, А/дм2; η - выход по току, %.

Данный способ позволяет в производстве произвести приблизительную оценку требуемой продолжительности осаждения покрытия, однако при этом возможен существенный разброс значений толщины покрытия вследствие изменения состава электролита, колебаний температуры, плотности тока и других случайных факторов.

Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении точности нанесения электролитических покрытий заданной толщины.

Технический результат достигается тем, что среднюю толщину покрытия Нср рассчитывают по зависимости

где S - площадь обрабатываемой детали, g - ускорение свободного падения, ρn - плотность материала покрытия, ρэ - плотность электролита, - вес детали, погруженной в электролит, соответственно до начала осаждения покрытия и после осаждения покрытия в течение времени t, при этом в процессе нанесения покрытия контролируют его среднюю толщину Hcp, а при достижении условия Нсртр, где Нтр - требуемая толщина покрытия, процесс осаждения покрытия прекращают.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагается контролировать толщину покрытия методом взвешивания детали, погруженной в электролит, в процессе нанесения покрытия. При этом определенной толщине покрытия Нср [м] будет соответствовать определенное приращение веса Fn [Н] детали с покрытием, погруженной в электролит (с учетом возрастания выталкивающей силы с увеличением объема детали), определяемое по формуле

где S - площадь обрабатываемой детали [м2], g- ускорение свободного падения [м/с2], ρn - плотность материала покрытия [кг/м3], ρэ - плотность электролита [кг/м3].

Приращение веса осажденного покрытия в электролите определяется как разность

где - вес детали [Н], погруженной в электролит, соответственно до начала осаждения покрытия и после осаждения покрытия в течение времени t [с].

Из формул (1, 2) средняя толщина нанесенного покрытия в каждый момент времени при осаждении покрытия определяется по формуле

Таким образом, положительный эффект достигается за счет появления возможности непрерывного контроля средней толщины покрытия в процессе его осаждения на деталь и управления продолжительностью процесса осаждения покрытия, позволяющего обеспечить гарантированное нанесение покрытия требуемой толщины Нтр [м].

Заявляемый способ выполняется по следующим этапам.

Деталь через датчик нормальной нагрузки подключают к катоду и погружают в электролит. Определяют вес детали, погруженной в электролит, до нанесения покрытия [H]. Включают гальваническую установку и в процессе осаждения контролируют текущий вес детали, погруженной в электролит [Н]. Оценивают текущее значение средней толщины осажденного покрытия по формуле (3). При выполнении условия

гальваническую ванну отключают вручную или автоматически.

Возможен вариант вышеприведенного способа, в котором условием завершения процесса осаждения покрытия является достижение приращения веса детали с покрытием требуемого значения

В данном случае в процессе осаждения покрытия контролируют не толщину покрытия, а приращение веса детали, погруженной в электролит.

Пример реализации способа

Первый вариант. Медную пластину (площадью 0,4 дм2) соединили с катодом через тензометрический датчик веса, поместили в электролит серебрения. Измерили вес пластины в электролите до нанесения покрытия =1,7 Н. Включили гальваническую установку и наносили серебряное покрытие при плотности тока Δ=1А/дм2 и температуре 18°С, непрерывно контролируя текущий вес пластины, погруженной в электролит , и рассчитывая текущее среднее значение толщины покрытия по формуле (3). При достижении расчетной величины толщины покрытия требуемого значения Hтр=20·10-6 м, т.е. при выполнении условия (4), подача напряжения на электроды прекратилась.

Второй вариант. По формуле (5) рассчитали приращение веса пластины, погруженной в электролит (при плотности серебра 10,5 г/см3), соответствующее требуемой толщине покрытия Hтр=20-10-6 м. Затем начали осаждение покрытия на медную пластину аналогично первому варианту, но в отличие от первого варианта контролировали не текущую толщину покрытия, а текущее изменение веса детали, погруженной в электролит. При достижении текущего изменения веса детали требуемого значения подача напряжения на электроды прекратилась.

Провели измерение толщины осажденного покрытия (по двум вариантам) профилометрическим методом. Средняя толщина покрытий в обоих случаях составила (20…22)·10-6 м при требуемом значении 20·10-6 м, что подтверждает эффективность предложенного способа.

Используемая литература

1. ГОСТ 9.302-88. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы контроля.

2. ГОСТ 9.305-84. Операции технологических процессов получения покрытий.

Способ определения толщины электролитического покрытия детали в процессе осаждения, включающий взвешивание детали, погруженной в электролит, в процессе осаждения покрытия, отличающийся тем, что определяют среднюю толщину покрытия Нср по зависимости

где S - площадь обрабатываемой детали, g - ускорение свободного падения, ρn - плотность материала покрытия, ρэ - плотность электролита, - вес детали, погруженной в электролит, соответственно до начала осаждения покрытия и после осаждения покрытия в течение времени t, в процессе нанесения покрытия контролируют его величину Нср и при достижении условия Нсртр, где Нтр - требуемая толщина покрытия, процесс осаждения покрытия прекращают.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электрическому контактированию плоского изделия в электролитических или химических жидкостных установках непрерывного действия. .

Изобретение относится к химической обработке струйным методом поверхностей размещаемых на подвесках деталей машиностроения и приборостроения и применимо в гальваническом производстве, производстве печатных плат и других производствах, использующих данный метод обработки.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для лакирования изделий, в частности автомобильных кузовов. .

Изобретение относится к оборудованию для электролитической обработки поверхностей изделий из металлов и металлических сплавов путем оксидирования. .

Изобретение относится к оборудованию для гальванотехники и используется для стабилизации тока источника питания гальванических ванн при нанесении покрытий путем осаждения металлов и сплавов с высокой точностью по толщине слоя.

Изобретение относится к гальванотехнике, в частности к устройствам для микродугового оксидирования поверхностей вентильных металлов. .

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно, к устройствам для электролитического получения цветных металлов в электролизерах с плоскими или пластинообразными электродами, в частности, к устройствам для автоматического контроля массы осаждаемого цинка на катодах электролизной ванны при управлении процессом электролиза.

Изобретение относится к установке для электролитического нанесения металлического покрытия на ленты. .

Изобретение относится к оборудованию для гальванотехники и может быть использовано, например, при микродуговом оксидировании вентильных металлов и их сплавов или при нанесении покрытий путем осаждения металлов и их сплавов.

Изобретение относится к гальванотехнике и предназначено для управления равномерностью гальванических покрытий на автоматической линии. .

Изобретение относится к химическому травлению струйным методом плоских поверхностей деталей машиностроения, приборостроения и электронной техники и может быть применимо в производстве печатных плат и плоских антенных решеток

Изобретение относится к области гальванотехники. Устройство содержит электроды анод (5) и катод (6), соединенные с генератором (4) электрического тока, причем катод (6) состоит из множества отдельных образцов (9), выполненных с возможностью погружения в ванну электроосаждения и питаемых от регулируемого блока (11) электропитания, который соединен с генератором (4) тока и содержит средства (12) регулировки тока, текущего через катодные образцы, таким образом, чтобы через каждый из них протекал заданный ток. Катодные образцы (9) подвешены на подвижном держателе (10), расположенном выше ванны (3), для погружения в ванну только этих образцов. Способ включает этапы, на которых взвешивают отдельные образцы (9) перед их помещением на держатель (10), погружают в ванну на держателе, воздействуют по отдельности на образцы током выбранной и регулируемой силы, после осаждения покрытия образцы извлекают из ванны посредством держателя и взвешивают (9). Технический результат: повышение точности выбора параметров электроосаждения. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх