關(guān)于自動(dòng)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)

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

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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(dòng)控制技術(shù)的角度，論述了自動(dòng)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(dòng)化發(fā)展具有一定幫助。

電鍍工業(yè);工藝參數(shù)控制;自動(dòng)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(xiàng)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(jì)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(dòng)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)嚢桢円旱姆绞健．?dāng)前，結(jié)合相關(guān)項(xiàng)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(huì)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(huì)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。考慮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(huì)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(huì)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(huì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)控制措施。在分析基于單一化的鍍液成分自動(dòng)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(dòng)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(dòng)化的添加措施。

當(dāng)前，利用在線監(jiān)測和自動(dòng)調(diào)整能有效處理PH值，另外，相關(guān)的成分的檢測和自動(dòng)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(dòng)補(bǔ)加的原理，系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(dòng)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(jì)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(dòng)控制

對于電流密度自動(dòng)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(dòng)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(dòng)范圍，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行必要的運(yùn)算分析，并能及時(shí)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(dòng)化調(diào)整，以滿足工藝要求。在此項(xiàng)技術(shù)中，融合了信息技術(shù)發(fā)展中的模糊控制、計(jì)算機(jī)微處理以及計(jì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)控制

在進(jìn)行溫度自動(dòng)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(jì)，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(dòng)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(dòng)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(jì)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(huì)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(dòng)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(dòng)加熱裝置，滿足鍍液溫度的自動(dòng)控制要求。

3 結(jié)論

在實(shí)施電鍍工藝參數(shù)的自動(dòng)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(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展情況，滿足參數(shù)自動(dòng)控制要求，結(jié)合電鍍產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要求，自動(dòng)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(jì)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.