关于自动控制技术在电镀工艺参数控制中的应用思考

2017-03-07贾金涛合肥铜冠国轩铜材有限公司安徽合肥230601

化工管理 2017年19期

关键词：镀液镀层电镀

贾金涛(合肥铜冠国轩铜材有限公司，安徽合肥 230601)

贾金涛(合肥铜冠国轩铜材有限公司，安徽合肥 230601)

结合当前电镀行业的发展需求，从理论方面分析了电镀工艺参数对电结晶过程的影响，并根据上述分析结果，分别从自动控制技术的角度，论述了自动控制技术在电镀中的应用问题，希望能对于今后的电镀工艺参数控制的自动化发展具有一定帮助。

电镀工业;工艺参数控制;自动控制技术;电镀质量

在分析功能性电镀中的镀层性能的情况下，应该充分考虑到镀层的微观结构对其的影响，一般来说，从微观形态的角度来看，镀层结晶往往难以直接观测处理，大部分都是通过结合项目要求，合理控制电镀过程参数来实现。经过相关的研究表明，影响电镀层微观结构因素比较多，主要涉及到电镀液的浓度、阴极电流密度、温度以及PH值等方面的参数[1]。所以，为了保证电镀层微观结构满足预期的设计需求，则应该对于电镀工艺参数进行严格控制，在此背景下，往往都是通过自动控制技术来实现，其已经成为功能性电镀中不可或缺的管控模式，是电子电镀发展的关键问题之一。

1 电镀工艺参数对电结晶过程的影响

1.1 镀液浓度的影响

从电极电位方程角度考虑，一般来说，主盐离子浓度则是通过粒子活度来刻画。其实，在具体的作用中，阴极区有效离子的浓度则最为关键。所谓的离子活度就是涉及到电化学反应的电解质溶液中所存在的离子有效浓度。所以，为了有效改善阴极区内离子浓度轻卡囡，应该采用充分搅拌镀液的方式。当前，结合相关项目中工艺规范值的要求，要满足镀液本体的离子浓度的条件，如果不能够满足，则在金属离子供给不足情况下，会造成水电解情况的出现，导致产生大量的氢析出，不能实现镀层。所以，应该在具体的电镀中，应该维持镀液金属离子的浓度，使其符合工艺需求。

1.2 镀液温度的影响

在电镀工艺中，还应该重视温度的影响，大部分镀种都具有较强的敏温性，为了实现预期的镀层效果，应该严格控制其在一定的温度范围内。比如，对于镀铬来说，如果温度控制不当，则容易造成铬镀层的色泽、硬度都会发生很大的变化。在传统工艺中，并没有重视温度的敏感性条件，主要是考虑到电镀工艺参数控制，容易实现对于温度的控制，利用相应的温度自控系统能够满足相关要求，所以，因为温度而造成的镀层质量故障较少。从镀层微观结构来看，应该重新认识温度对于电镀的意义[2]。当前的降温装置都安装在微波电子电镀银的镀槽中，能够实现镀液温控在30℃内，这主要是由于结晶细致的银镀层能够具备更好的导波、导电性能，更好满足电子产品的性能要求。

1.3 镀液pH的影响

在电镀过程中，还应该重视有效控制电镀液的 pH值的问题。考虑到电镀中存在的析氢，这主要是由于阴极电流效率低所致，或者其他工作液影响的前提下，造成了镀液的pH的改变。为了尽量避免这种突发性变化所造成的不利影响，应该适当使用pH 缓冲剂，比如镀镍液中的硼酸。部分镀种直接受到PH值范围的影响，造成电镀层质量直接下降，一般来说，其都表现为宏观方面，比如，在pH 升高情况下，镀镍则会使得镀层脆性增加。经过研究，pH对镀层结晶形貌没有太大的影响。经过试验，在60℃的镀银液条件下，分别进行PH值为2、4、6 和 9条件下的情况，针对1.5A/dm2的电流密度镀得 10μm 的镀层进行测试，从相应的结晶形貌中对比，发现并没有特殊的变化。尽管，PH对于镀层微观结构并没有直接影响，但不能忽视其对于电镀过程的影响，应该在系统中严格控制电镀液的pH。

1.4 电流密度的影响

分析电镀则是表现为电能消耗的过程，主要就是电流将电子传送到阴极的过程，在这种情况下，镀液中的金属离子能实现阴极表面的电子，进行还原为金属原子，完成金属镀层。所以，应该重视电能的供给状态的影响，主要包括电源的波形、电压和电流等方面的参数。其中，重点考虑则是电流密度，其直接影响着电镀的过程，必须严格控制其范围，满足预期的镀层质量要求。另外，电流密度还直接影响到电镀结晶粒度的问题。这也直接影响着电镀层物理性能，特别是电性能方面的问题。由于不断增加的电流密度影响下，会造成镀层增厚，以及出现较大的镀层的结晶颗粒。在一定的范围之上，就会出现明显增大的镀层结晶问题，宏观来看存在粗糙镀层的问题。所以，在电镀生产中，应该严格控制好电流密度问题，结合不同产品需求，满足不用的电流密度参数的范围，有效实现电流密度控制。

2 自动控制技术在电镀中的应用

2.1 镀液成分及其浓度的自动控制

从电镀液的成分来看，主要包括主盐、辅助盐、添加剂、配位剂等，其中，这些的浓度也存在一定的差异化，还包括杂质、分解矿物等存在，这样自动控制成分存在一定难度。当前，主要是针对某一成分进行有效的自动控制措施。在分析基于单一化的镀液成分自动控制系统中，主要是将镀液成分信息通过传感器接受，在此基础上，由指令控制器来实施具体动作，要求实现添加器的结合实际情况进行镀液成分的控制，实现自动化的添加措施。

当前，利用在线监测和自动调整能有效处理PH值，另外，相关的成分的检测和自动添加系统正在完善中。从原理上进行分析，能实现在线分析和监测的技术，考虑到镀液中存在多种干扰信息，需要考虑的因素非常多，进行单一成分分析还存在一定难度。但结合特定技术，能够保证对于某种特定离子的识别，比如，可以较为准确的实现主盐金属离子的识别。另外，利用电量(Ah数) 消耗自动补加的原理，系统也能实现自动控制电镀溶液添加剂。

在传感器技术不断发展的背景下，结合离子选择性电极的应用，能够进一步排除相关其余离子的干扰问题，有效实现电镀液的在线监测工作。

在信息采集方面的工作如果能够有长足的进步，就能更快地实现镀液成分自动补加过程，保证利用专用容器来实现相应添加、调整成分，通过导管，在计算机指令的控制下，连接到电磁阀中，能满足定量补加的要求。

2.2 电流密度的自动控制

对于电流密度自动控制装置的应用来说，现在已经存在商业化的产品。分析其原理，主要是将电极表面积变动通过传感器来进行收集，并进行数据处理，结合数字运算器的功能，能实现信息传送到存储器以及预定的电流密度变动范围，在此基础上，进行必要的运算分析，并能及时根据实际情况进行调整，实现指令输送到电镀电源。这样就能实现电流的自动化调整，以满足工艺要求。在此项技术中，融合了信息技术发展中的模糊控制、计算机微处理以及计算机智能学习等方面的技术，有效监测并控制电镀槽内镀件的表面积的变化情况，因而确定并调整输出电流。

对于商业化的电流密度控制仪来说，能实现30 组电流密度控制参数的要求，在系统的自学功能的情况下，将其在控制器内进行存储。系统运行中，能实现电流密度的自动监控和调节，准确地来反映镀槽内镀件表面积的情况，利用这种方式，能自动化的控制好镀槽中的镀件表面的电流密度符合具体的工况要求。

2.3 温度的自动控制

在进行温度自动控制中，能够在电镀系统中最先实现。一般来说，通过利用水银玻璃浮子式温度计，再配合相应的电源继电器的作用，就能实现上述温度自动控制的作用。这种技术在电镀业中具有广泛的应用。无论自动生产线，还是手工生产线都有着广泛的应用。在电镀工业中，一般都是利用直接接触式温度计或传感器来进行温度的测量。主要是考虑到这种直接接触方式能够响应快、收集信息较为准确的特点，但人工测量不可避免高温蒸气影响下读数准确性的问题。另外，在玻璃制造工艺的影响下，还容易出现破碎问题，以及其他控制线路的腐蚀情况，这样都会造成现场测量的不稳定性存在。如果系统中采用非接触式测量，能有效避免存在的问题，保证可靠地进行温度的控制。当前，结合红外测温技术的发展，利用通信技术的发展，无接触自动温度控制系统已经被研发出来。在此系统中，镀液温度信息通过红外测温探头进行收集整理，通过对比相应的处理电路信号，结合工况要求来判断是否需要调整。如果要调整，则应该结合控制器启动加热装置，满足镀液温度的自动控制要求。