賈金濤(合肥銅冠國軒銅材有限公司， 安徽 合肥 230601)

關(guān)于自動控制技術(shù)在電鍍工藝參數(shù)控制中的應(yīng)用思考

賈金濤(合肥銅冠國軒銅材有限公司， 安徽 合肥 230601)

結(jié)合當(dāng)前電鍍行業(yè)的發(fā)展需求，從理論方面分析了電鍍工藝參數(shù)對電結(jié)晶過程的影響，并根據(jù)上述分析結(jié)果，分別從自動控制技術(shù)的角度，論述了自動控制技術(shù)在電鍍中的應(yīng)用問題，希望能對于今后的電鍍工藝參數(shù)控制的自動化發(fā)展具有一定幫助。

電鍍工業(yè);工藝參數(shù)控制;自動控制技術(shù);電鍍質(zhì)量

在分析功能性電鍍中的鍍層性能的情況下，應(yīng)該充分考慮到鍍層的微觀結(jié)構(gòu)對其的影響，一般來說，從微觀形態(tài)的角度來看，鍍層結(jié)晶往往難以直接觀測處理，大部分都是通過結(jié)合項目要求，合理控制電鍍過程參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過相關(guān)的研究表明，影響電鍍層微觀結(jié)構(gòu)因素比較多，主要涉及到電鍍液的濃度、陰極電流密度、溫度以及PH值等方面的參數(shù)[1]。所以，為了保證電鍍層微觀結(jié)構(gòu)滿足預(yù)期的設(shè)計需求，則應(yīng)該對于電鍍工藝參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，在此背景下，往往都是通過自動控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，其已經(jīng)成為功能性電鍍中不可或缺的管控模式，是電子電鍍發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。

1 電鍍工藝參數(shù)對電結(jié)晶過程的影響

1.1 鍍液濃度的影響

從電極電位方程角度考慮，一般來說，主鹽離子濃度則是通過粒子活度來刻畫。其實(shí)，在具體的作用中，陰極區(qū)有效離子的濃度則最為關(guān)鍵。所謂的離子活度就是涉及到電化學(xué)反應(yīng)的電解質(zhì)溶液中所存在的離子有效濃度。所以，為了有效改善陰極區(qū)內(nèi)離子濃度輕卡囡，應(yīng)該采用充分?jǐn)嚢桢円旱姆绞?。?dāng)前，結(jié)合相關(guān)項目中工藝規(guī)范值的要求，要滿足鍍液本體的離子濃度的條件，如果不能夠滿足，則在金屬離子供給不足情況下，會造成水電解情況的出現(xiàn)，導(dǎo)致產(chǎn)生大量的氫析出，不能實(shí)現(xiàn)鍍層。所以，應(yīng)該在具體的電鍍中，應(yīng)該維持鍍液金屬離子的濃度，使其符合工藝需求。

1.2 鍍液溫度的影響

在電鍍工藝中，還應(yīng)該重視溫度的影響，大部分鍍種都具有較強(qiáng)的敏溫性，為了實(shí)現(xiàn)預(yù)期的鍍層效果，應(yīng)該嚴(yán)格控制其在一定的溫度范圍內(nèi)。比如，對于鍍鉻來說，如果溫度控制不當(dāng)，則容易造成鉻鍍層的色澤、硬度都會發(fā)生很大的變化。在傳統(tǒng)工藝中，并沒有重視溫度的敏感性條件，主要是考慮到電鍍工藝參數(shù)控制，容易實(shí)現(xiàn)對于溫度的控制，利用相應(yīng)的溫度自控系統(tǒng)能夠滿足相關(guān)要求，所以，因?yàn)闇囟榷斐傻腻儗淤|(zhì)量故障較少。從鍍層微觀結(jié)構(gòu)來看，應(yīng)該重新認(rèn)識溫度對于電鍍的意義[2]。當(dāng)前的降溫裝置都安裝在微波電子電鍍銀的鍍槽中，能夠?qū)崿F(xiàn)鍍液溫控在30℃內(nèi)，這主要是由于結(jié)晶細(xì)致的銀鍍層能夠具備更好的導(dǎo)波、導(dǎo)電性能，更好滿足電子產(chǎn)品的性能要求。

1.3 鍍液pH的影響

在電鍍過程中，還應(yīng)該重視有效控制電鍍液的 pH值的問題?？紤]到電鍍中存在的析氫，這主要是由于陰極電流效率低所致，或者其他工作液影響的前提下，造成了鍍液的pH的改變。為了盡量避免這種突發(fā)性變化所造成的不利影響，應(yīng)該適當(dāng)使用pH 緩沖劑，比如鍍鎳液中的硼酸。部分鍍種直接受到PH值范圍的影響，造成電鍍層質(zhì)量直接下降，一般來說，其都表現(xiàn)為宏觀方面，比如，在pH 升高情況下，鍍鎳則會使得鍍層脆性增加。經(jīng)過研究，pH對鍍層結(jié)晶形貌沒有太大的影響。經(jīng)過試驗(yàn)，在60℃的鍍銀液條件下，分別進(jìn)行PH值為2、4、6 和 9條件下的情況，針對1.5A/dm2的電流密度鍍得 10μm 的鍍層進(jìn)行測試，從相應(yīng)的結(jié)晶形貌中對比，發(fā)現(xiàn)并沒有特殊的變化。盡管，PH對于鍍層微觀結(jié)構(gòu)并沒有直接影響，但不能忽視其對于電鍍過程的影響，應(yīng)該在系統(tǒng)中嚴(yán)格控制電鍍液的pH。

1.4 電流密度的影響

分析電鍍則是表現(xiàn)為電能消耗的過程，主要就是電流將電子傳送到陰極的過程，在這種情況下，鍍液中的金屬離子能實(shí)現(xiàn)陰極表面的電子，進(jìn)行還原為金屬原子，完成金屬鍍層。所以，應(yīng)該重視電能的供給狀態(tài)的影響，主要包括電源的波形、電壓和電流等方面的參數(shù)。其中，重點(diǎn)考慮則是電流密度，其直接影響著電鍍的過程，必須嚴(yán)格控制其范圍，滿足預(yù)期的鍍層質(zhì)量要求。另外，電流密度還直接影響到電鍍結(jié)晶粒度的問題。這也直接影響著電鍍層物理性能，特別是電性能方面的問題。由于不斷增加的電流密度影響下，會造成鍍層增厚，以及出現(xiàn)較大的鍍層的結(jié)晶顆粒。在一定的范圍之上，就會出現(xiàn)明顯增大的鍍層結(jié)晶問題，宏觀來看存在粗糙鍍層的問題。所以，在電鍍生產(chǎn)中，應(yīng)該嚴(yán)格控制好電流密度問題，結(jié)合不同產(chǎn)品需求，滿足不用的電流密度參數(shù)的范圍，有效實(shí)現(xiàn)電流密度控制。

2 自動控制技術(shù)在電鍍中的應(yīng)用

2.1 鍍液成分及其濃度的自動控制

從電鍍液的成分來看，主要包括主鹽、輔助鹽、添加劑、配位劑等，其中，這些的濃度也存在一定的差異化，還包括雜質(zhì)、分解礦物等存在，這樣自動控制成分存在一定難度。當(dāng)前，主要是針對某一成分進(jìn)行有效的自動控制措施。在分析基于單一化的鍍液成分自動控制系統(tǒng)中，主要是將鍍液成分信息通過傳感器接受，在此基礎(chǔ)上，由指令控制器來實(shí)施具體動作，要求實(shí)現(xiàn)添加器的結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行鍍液成分的控制，實(shí)現(xiàn)自動化的添加措施。

當(dāng)前，利用在線監(jiān)測和自動調(diào)整能有效處理PH值，另外，相關(guān)的成分的檢測和自動添加系統(tǒng)正在完善中。從原理上進(jìn)行分析，能實(shí)現(xiàn)在線分析和監(jiān)測的技術(shù)，考慮到鍍液中存在多種干擾信息，需要考慮的因素非常多，進(jìn)行單一成分分析還存在一定難度。但結(jié)合特定技術(shù)，能夠保證對于某種特定離子的識別，比如，可以較為準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)主鹽金屬離子的識別。另外，利用電量(Ah數(shù)) 消耗自動補(bǔ)加的原理，系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)自動控制電鍍?nèi)芤禾砑觿?/p>

在傳感器技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，結(jié)合離子選擇性電極的應(yīng)用，能夠進(jìn)一步排除相關(guān)其余離子的干擾問題，有效實(shí)現(xiàn)電鍍液的在線監(jiān)測工作。

在信息采集方面的工作如果能夠有長足的進(jìn)步，就能更快地實(shí)現(xiàn)鍍液成分自動補(bǔ)加過程，保證利用專用容器來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)添加、調(diào)整成分，通過導(dǎo)管，在計算機(jī)指令的控制下，連接到電磁閥中，能滿足定量補(bǔ)加的要求。

2.2 電流密度的自動控制

對于電流密度自動控制裝置的應(yīng)用來說，現(xiàn)在已經(jīng)存在商業(yè)化的產(chǎn)品。分析其原理，主要是將電極表面積變動通過傳感器來進(jìn)行收集，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，結(jié)合數(shù)字運(yùn)算器的功能，能實(shí)現(xiàn)信息傳送到存儲器以及預(yù)定的電流密度變動范圍，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行必要的運(yùn)算分析，并能及時根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)指令輸送到電鍍電源。這樣就能實(shí)現(xiàn)電流的自動化調(diào)整，以滿足工藝要求。在此項技術(shù)中，融合了信息技術(shù)發(fā)展中的模糊控制、計算機(jī)微處理以及計算機(jī)智能學(xué)習(xí)等方面的技術(shù)，有效監(jiān)測并控制電鍍槽內(nèi)鍍件的表面積的變化情況，因而確定并調(diào)整輸出電流。

對于商業(yè)化的電流密度控制儀來說，能實(shí)現(xiàn)30 組電流密度控制參數(shù)的要求，在系統(tǒng)的自學(xué)功能的情況下，將其在控制器內(nèi)進(jìn)行存儲。系統(tǒng)運(yùn)行中，能實(shí)現(xiàn)電流密度的自動監(jiān)控和調(diào)節(jié)，準(zhǔn)確地來反映鍍槽內(nèi)鍍件表面積的情況，利用這種方式，能自動化的控制好鍍槽中的鍍件表面的電流密度符合具體的工況要求。

2.3 溫度的自動控制

在進(jìn)行溫度自動控制中，能夠在電鍍系統(tǒng)中最先實(shí)現(xiàn)。一般來說，通過利用水銀玻璃浮子式溫度計，再配合相應(yīng)的電源繼電器的作用，就能實(shí)現(xiàn)上述溫度自動控制的作用。這種技術(shù)在電鍍業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用。無論自動生產(chǎn)線，還是手工生產(chǎn)線都有著廣泛的應(yīng)用。在電鍍工業(yè)中，一般都是利用直接接觸式溫度計或傳感器來進(jìn)行溫度的測量。主要是考慮到這種直接接觸方式能夠響應(yīng)快、收集信息較為準(zhǔn)確的特點(diǎn)，但人工測量不可避免高溫蒸氣影響下讀數(shù)準(zhǔn)確性的問題。另外，在玻璃制造工藝的影響下，還容易出現(xiàn)破碎問題，以及其他控制線路的腐蝕情況，這樣都會造成現(xiàn)場測量的不穩(wěn)定性存在。如果系統(tǒng)中采用非接觸式測量，能有效避免存在的問題，保證可靠地進(jìn)行溫度的控制。當(dāng)前，結(jié)合紅外測溫技術(shù)的發(fā)展，利用通信技術(shù)的發(fā)展，無接觸自動溫度控制系統(tǒng)已經(jīng)被研發(fā)出來。在此系統(tǒng)中，鍍液溫度信息通過紅外測溫探頭進(jìn)行收集整理，通過對比相應(yīng)的處理電路信號，結(jié)合工況要求來判斷是否需要調(diào)整。如果要調(diào)整，則應(yīng)該結(jié)合控制器啟動加熱裝置，滿足鍍液溫度的自動控制要求。

3 結(jié)論

在實(shí)施電鍍工藝參數(shù)的自動控制中，應(yīng)該重視相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，主要涉及到如何有效控制濃度、溫度、電流密度以及PH值等方面，結(jié)合當(dāng)前自動化控制技術(shù)的發(fā)展情況，滿足參數(shù)自動控制要求，結(jié)合電鍍產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要求，自動控制系統(tǒng)的發(fā)展則是必然的發(fā)展趨勢。

[1]郭恒輝,鄭春雷,劉義君.基于田口試驗(yàn)設(shè)計的電鍍工藝參數(shù)優(yōu)化[J].真空電子技術(shù),2016,(3).

[2]王義山,劉亦志,劉獻(xiàn)禮.電鍍超硬磨料工藝的改進(jìn)以及參數(shù)優(yōu)化[J].機(jī)械工程師,2007,6.