Устройство для автоматического управления электрохимическим процессом

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК С 25 0 21/12 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ИСААКИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВЧ 45онструкторска-технолоытным производством, ического института А. Хмыль, С, И, Саковец тельство СССР 21/12, 1977,тельство СССР 21/12, 1978,(54) УСТРОЙ ГО УПРАВЛЕ Г 1 РОЦЕССО М (57) Иэобрет может быть альванике и автоматичение относится спользовано и ВТОРСКОМЧ СВИДЕТЕ(46) 07.12.91. Бюл, М.71) Специальное кгическое бюро с опМинского радиотехн, М 594216, кл. С 25 О ТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКО НИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМ ском управлении процессом электролиза.Цель изобретения - расширение технологических воэможностей и повышение производительности путем получения как сплошных, так и локальных покрытий и мо- .делирования процесса, Устройство содер- жит программируемые источники 1,1,1,п питания, измерители 2.12.п тока, коммутатор 3, пульт 4 управления, ЭВМ 5, блок 6 модели, ванну 7, аноды 8.18.п, катод 9, датчики 10 - 12 температуры, концентрации, показателя рН 4 регистры 13 и 14. После загрузки детали в гальваническую ванну производят определение локальной плотности тока по поверхности детали, для чего на каждый анод известной площади поочередно подают равное напряжение и измеряют 3 протекающий так, Полученные результаты вводят в модель гальванического процесса (ЛС:1696613 10 40 нанесения покрытий, в которой в ускоренном масштабе времени определяют требуемые параметры (напряжение, длительность импульса),цля каждого анода. Полученные параметры используют для программирования источников питания. Начинают процесс осаждения в автоматическом режиме причем в один интервал. времени на все аноды подают одинаковые напряжения, а в другой Изобретение относится к гальванотехнике и может быть использовано при автоматическом управлении процессом электролиза,Известен способ регулирования содердания различных металлов в сплаве за счет раздельного питания анодов при подаче нэ каждый анод одинакового по абсолютной величине питающего напряжения и времени подключения каждого анода, пропорционального заданному процентномусодержанию.Цель изобретения - расширение технологических возможностей и повышение производительности путем подключения как сплошных, так и локальных покрытий и моделирования процесса.Нэ фиг. 1 представлена структурная схема устройства, на фиг. 2-5 - временные диаграммы работы.Устройство содержит программируемые источники 1.1, 1.21,п питания, измерители 2.1, 2.2,2,п тока, коммутатор 3, пульт 4 управления, блок 5 управления (ЭВМ), блок 6 модели гальванического процесса, гальваническую ванну 7, в которой размещены аноды 8,1, 8.2,8,п и покрываемая деталь-катод 9, В ванне 7 установлены также датчики 10-12 температуры, концентрации электролита и показателя рН, Кроме того, в состав устройства входят первый 13 , и второй 14 регистры для управления источниками питания.Устройство работает следующим образом,После загрузки детали 9 (фиг. 1) в ванну 1 проводится первый (калибровочный) цикл (фиг. 2), в котором на выходе каждого источника 1.1, 1.п поочередно устанавливаются равные напряжения. Для этогоуправляющая ЭВМ записывает в первый регистр 13, управляющий величиной выходного напряжения источников 1,1,1,п, одинаковые коды для всех источников. Во второй регистр14, управляющий включением источников, 45 интервал времени на отдельные аноды поочередно подают разные или равные по величине напряжения; формируя на детали покрытие с требуемыми локальными свойствами, Параметры, которые измеряют в ходе процесса, поступают в модель гальванического процесса, в котором производят оптимизацию и по.ее результатам корректируютход процесса. 5 ил. записывается единица в первый разряд. Включается первый источник 1.1 и по цепи источник 1.1, измеритель 2.1 тока, анод 8.1, деталь 9 начинает протекать ток. ЗВМ 5 переключает коммутатор 3 таким образом, что выход измерителя 2,1 оказывается подключенным к ее входу и выходу блока модели 6. Через интервал времени, достаточный для измерения тока в цепи анода 8,1, ЭВМ 5 переписывает единицу во второй разряд регистра 14, обнуляя при этом первый разряд, Ток начинает протекать по цепи источник. 1.2, измеритель 2.2 тока, анод 8.2 и деталь 9. Коммутатор 3 по сигналу от Э ВМ 5 подключает выход измерителя 2 - 2 к ее входу и входу блока 6. Указанный процесс повторяется до тех пор, пока не измерен ток в цепи последнего анода 8.п,Измеренные значения токов записываются в память ЭВМ 5, в которой также хранятся требуемые параметры покрытия, вводимые с пульта 4 управления, поступает информация о состоянии ванны 7 с выходом датчиков 10 температуры, концентрации электролита 11 и показателя рН 12. Блок 6 модели проводит моделирование технологического процесса в ускоренном масштабе времени на основе полученной информации и заданных требований к покрытию. Определенные для каждого источника 1.1.,1.п данные (длительность импульса, величина напряжения) заносятся в память ЭВМ 5, которая рассчитывает программу включения источников так, чтобы выполнить данные моделии, кроме того, не допустить протекания паразитных токов с одного анода на другой., Э ВМ 5 начинает процесс осаждения, записывая управляющие слова в регистры 13 и 14. В течение рабочих циклов (фиг. 2) оди-. наковые напряжения подаются на все аноды 8, а при необходимости локального изменения свойств покрытия на соответствующих анодах могут изменяться напряжения, другие же аноды обесточиваются.1696613 В процессе осаждения периодически измеряются токи анодов и параметры ванны, которые записываются в памяти ЭВМ 5. Блок 6 моделирует продолжение технологического процесса и при необходимости корректирует данные в память ЭВМ 5, добиваясь наиболее полного соответствия свойств наносимого гальванического покрытия заданным требованиям,П р и м е р 1, Осаждение серебряного покрытия проводят в электролите следующего состава, г/л;к(Ад(си)2) 30 КСИЯ 250 КСОз 40 В качестве катода используют пластину из латуни ЛС, которая предварительно обезжиривается венской известью, промывается в горячей и холодной воде, траниях потенциалов. Разница в толщинах покрытия на соответствующих участках катода, расположенных к анодам А 1, А 2 и Аз не превышает 3,0%, а время осаждения равномерного покрытия на катоде 41,0 мин, Неравномерность покрытия при осаждении серебра в соответствии с известным способом при тех же условиях 12%, а время осаждения 110 мин.П р и м е р 3. По примеру 1 проводят локальное осаждение серебра (10 мкм против анода А 1 и 5 мкм на остальной поверхности) на плоский катод из латуни, Аноды располагаются, как показано на фиг. 5 а, их питание проводится в соответствии с временными диаграммами, приведенными на фиг. 5 б, при тех же значениях потенциалов. Толщины покрытий имеют следующие значения против анодов А 110,3 мкм, А 24,9 мкм, Аз 5 мкм, а время формирования всего покрытия 45 мин. При реализации известного способа толщины покрытий имеют значение против анодов А 111 мкм, А 24,6 мкм, Аз 5,5 мкм, а время его формирования 76 мин. Во всех примерах толщина покрытия измеряется бетамикрометром, имеющим погрешность + 1%,Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает получение высококачественных гальванических покрытий с весьма близким соответствием физико-химических свойств и толщины заданным требованиям; высокую производительность, поскольку большую часть времени осаждение покрытия производится на всю деталь. Вместе с тем, устройство является универсальным и позволяет изменять локальные свойства покрытия в широких пределах. Кроме того, данное устройство дает возможность автоматизировать процесс нанесения сложных многослойных покрытий,5 10 15 20 вится химически несколько раз в растворе НКОз: Н 2304; МэС = 1:1:0,01 в течение 3 с, промывается после каждой операции травления в холодной воде, активируется в растворе (НС 1:Н 20= 1:9) в течение 0,5 мин и промывается в холодной воде. Аноды изготавливаются из серебра (99,99%) и располагаются как показано на фиг. За, а их питание в соответствии с предлагаемым способом - как показано на фиг. Зб. Сначала последо 25 30 вательно на каждый анод подается одинаковое напряжение 10 В и определяется ЭВМ величина катодного тока или плотности катодного тока; затем в соответствии с модельютехпроцессэ на аноды одновременно 35 подается одинаковое напряжение 16 В в течение времени, неоЬходимого для получения на поверхности катода, расположенной к аноду 2, толщины покрытия, равной 9,5 мкм; и только на анод А 1 подается напряжение 16 В в течение времени, необходимого для получения на поверхности катода, расположенной к этому аноду, толщины покрытия, равной 10 мкм, за счет огибания силовых линий тока, и на второй поверхноФормула изобретения.Устройство для автоматического управления электрохимическим процессом, содержащее два измерителя тока, два сти катода получается покрытие толщиной 10 мкм. Разница в толщинах покрытия на соответствующих участках катода, располо- женных к аноду А 1 и А 2, 2%, а время осаждения равномерного покрытия на катоде источника питания, первые выходы которых объединены и соединены с катодом, помещенным в гальваническую ванну, э второй выход каждого источника тока подключен к входу соответствующего измерителя тока, два анода, расположенных в гальваниче 50 44 мин. Неравномерность покрытия при осаждении серебра в соответствии с известным способом, при тех же условиях 8%, а время осаждения 72 мин,П р и м е р 2. По примеру 1 проводят ской ванне, и блок управления, о т л и ч э ющ е е с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей и повышеосаждение одинаковой толщины (10 мкм) серебра на сложнопрофилированный катод,из латуни, Аноды располагаются как показано на фиг. 4 а, а их питание проводится в ния производительности путем осаждения как сплошных, так и локальных покрытий и соответствии с временными диаграммами, моделирования процесса, оно снабжено доприведенными нэ фиг,4 б, при тех жезначе- полнительными источниками тока, измери телями тока и анодами в количестве п, коммутатором, блоком модели, пультом управления, двумя регистрами, дачиками температуры, концентрации и показателя рН электролита, причем первые выходы всех источников тока объединены и подключены к катоду, второй выход каждого источнйка соединвн с выходом соответствующего измерителя тока, первый выход каждого из" мерителя тока подключен к соответствующему аноду, а второй - к одному из и входов коммутатора, к первому, второму и третьему дополнительным входам которого подключены выходы датчиков температуры, концентрации и показателя рН электролита соответственно, установленных в гальвани 8Ф ческой ванне, ауправляющий вход коммутатора соединен с первым выходом блока управления, второй выход блока управления подключен к входу первого регистра, а тре тий выход - к входу второго регистра, выходы которого соединены со вторыми выходами соответствующих источников тока, первые входы которых подключены к соответствующим выходам первого регистра, 1 О выход коммутатора соединен с первым входом блока управления и первым входом блока модели, второй вход которого подключен к четвертому выходу блока управления, второй вход которого соединен с выходом пуль та управления, а третий вход - с выходомблока модели,.Патрушева рректор Н.Ревская. Заказ 4283 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина