Способ определения толщины электролитического покрытия детали в процессе осаждения

Способ определения толщины электролитического покрытия детали в процессе осаждения

Реферат

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 H_cp=[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 Н_ср - средняя толщина покрытия, мм; ρ - плотность наращиваемого материала, г/см³; С - электрохимический эквивалент, г/(А·ч); D_к - 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 Н_ср рассчитывают по зависимости

где S - площадь обрабатываемой детали, g - ускорение свободного падения, ρ_n - плотность материала покрытия, ρ_э - 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 H_cp, а при достижении условия Н_ср=Н_тр, где Н_тр - 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 Н_ср [м] будет соответствовать определенное приращение веса F_n [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], ρ_n - плотность материала покрытия [кг/м³], ρ_э - 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 Н_тр [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 H_тр=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 H_тр=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 Н_ср по зависимости где S - площадь обрабатываемой детали, g - ускорение свободного падения, ρ_n - плотность материала покрытия, ρ_э - 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 Н_ср и при достижении условия Н_ср=Н_тр, где Н_тр - требуемая толщина покрытия, процесс осаждения покрытия прекращают.