Устройство для получения гальванических покрытий заданной толщины

 

Использование: гальванотехника, в частности, управление гальванической ванной. Сущность изобретения: устройство состоит из регулируемого источника тока 1, гальванической ванны 2, электрода 3, датчика тока 4, интегратора тока 5, формирователя управляющего сигнала 6, второй схемы сравнения 7, запоминающего блока 8, блока умножения 9, первой схемы сравнения 10, функционального блока 11, задатчика толщины 12, причем регулируемый источник 1 тока ванны подключен своим выходом к аноду, а управляющий его выход соединен с выходом второй схемы сравнения 7. Один вход схемы сравнения 7 подключен к источнику опорного напряжения, а второй к выходу запоминающего устройства 8, вход которого соединен с электродом 3, установленным в прикатодном пространстве ванны. Управляющий вход запоминающего устройства 8 соединен с выходом формирователя 6 управляющего сигнала, вход которого подключен к выходу датчика тока 4, подключенного к катоду ванны. Выход датчика тока 4 подключен к входу умножающего устройства 9, выход которого подключен к входу интегратора тока 5, второй вход блока умножения соединен с выходом запоминающего блока 8. Выход интегратора тока 5 соединен с одним из входов схемы сравнения 10, второй вход которой соединен с выходом задатчика 12 толщины, выходной сигнал схемы сравнения 10 является управляющим для выключения тока ванны. 1 ил.

Изобретение относится к гальванотехнике и может быть использовано для управления гальванической ванной и получения покрытия заданной толщины, а также как часть автоматизированных систем управления процессом электроосаждения металла.

Известно устройство для автоматического контроля толщины гальванопокрытий, содержащее гальваническую ванну с установленными в ней электродами, последовательно соединенные датчик тока, блок умножения, интегратор тока и схему сравнения, задатчик толщины покрытия, источник питания ванны.

Недостатком устройства является невысокая точность получения заданной толщины покрытия, так как в реальных процессах за счет изменения площади катода, скорости перемешивания электролита соотношение между общим током ванны и той его частью, которая идет на осаждение основного металла, существенно изменяется во времени, причем эти изменения функционально связаны с изменением потенциала прикатодного пространства, т.е. напряжением поляризации катода.

Целью изобретения является повышение точности получения заданной толщины покрытия путем стабилизации потенциала прикатодного пространства и учета влияния его величины на скорость осаждения основного металла.

Цель достигается тем, что известное устройство, содержащее гальваническую ванну с установленными в ней электродами, последовательно соединенные датчик тока, блок умножения, интегратор тока и схему сравнения, задатчик толщины покрытия, источник питания ванны, согласно изобретению, снабжено запоминающим блоком, формирователем управляющего сигнала, второй схемой сравнения, источником опорного напряжения, функциональным блоком, источник питания ванны выполнен регулируемым, причем сигнальный вход запоминающего устройства подключен к электроду, установленному в прикатодном пространстве ванны, а управляющий вход к выходу формирователя управляющего сигнала, подключенного своим входом к датчику тока, выход запоминающего устройства соединен со входом функционального блока и с одним из входов второй схемы сравнения, второй вход которой соединен с источником опорного напряжения, выход схемы сравнения подключен к управляющему входу регулируемого источника питания ванны, а выход функционального блока соединен со вторым входом блока умножения.

Устройство имеет более высокую точность за счет стабилизации потенциала прикатодного пространства, а значит соотношения между основной и побочной реакциями, и за счет учета возможного смещения этого соотношения путем учета изменения потенциала прикатодного пространства, измеренного в момент отсутствия тока через ванну.

На чертеже изображена функциональная схема устройства.

Устройство содержит гальваническую ванну 1 с установленными в ней электродами, причем анод подключен к выходу регулируемого источника питания ванны 2, а катод к входу датчика тока 3. Выход датчика тока 3 подключен к первому входу блока умножения 4, соединенного своим выходом со входом интегратора тока 5, выход которого подключен к первому входу первой схемы сравнения 6, второй вход которой соединен с выходом задатчика толщины покрытия 7. Выход датчика тока 4 подключен также к входу формирователя управляющего сигнала 8, выход которого соединен с управляющим входом запоминающего устройства 9, сигнальный вход которого соединен с электродом 10, установленном в прикатодном пространстве ванны, а выход подключен к первому входу второй схемы сравнения 11 и входу функционального блока 12, выход которого подключен ко второму входу блока умножения 4. Второй вход второй схемы сравнения 11 соединен с источником опорного напряжения U_о, а выход с управляющим входом регулируемого источника питания ванны 2.

Устройство работает следующим образом. Оператор устанавливает требуемый потенциал U_о прикатодного пространства в зависимости от вида процесса и металла катода. Величина этого потенциала выбирается в пределах 0,1-2 В, чтобы обеспечить максимальный коэффициент выхода по току металла покрытия и высокое качество покрытия. Управляемый источник тока 2 вырабатывает пульсирующее питающее ванну напряжение, которое приложено к аноду и катоду ванны. Напряжение может иметь любую форму, например, форму прямоугольных импульсов, с обязательным условием наличия некоторого интервала времени, когда ток ванны равен нулю. В момент отсутствия тока в ванне 1 датчик тока 3 включает формирователь управляющего сигнала 8, который включает запоминающее устройство 9, которое измеряет и запоминает уровень напряжения, поступающего на его вход с электрода 10, установленного в прикатодном пространстве ванны 1, т.е. величину напряжения поляризации катода. Запомненное напряжение, соответствующее текущему значению потенциала прикатодного пространства, сравнивается с заданным U_о с помощью схемы сравнения 11, которая в зависимости от величины и знака разбаланса управляет источником питания ванны 2, изменяя амплитуду (или длительность) питающего напряжения так, чтобы уменьшить величину сигнала разбаланса на выходе схемы сравнения 11 до пренебрежимо малого уровня. Одновременно сигнал с датчика тока 3, пропорциональный каждому мгновенному значению тока ванны, поступает на вход блока умножения 4. На второй вход блока умножения 4 поступает напряжение с выхода функционального блока 12, соответствующее запомненному устройством 9 текущему потенциалу прикатодного пространства. Интегратор тока 5 подсчитывает количество электричества, протекшего через ванну за время нанесения покрытия, которое ушло на осаждение на катоде основного металла покрытия. Изменение потенциала прикатодного пространства свидетельствует об изменении соотношения между основной и побочными реакциями на катоде, следовательно, меняется и соотношение между общим током и той его составляющей, которая идет на осаждение основного металла. Чтобы учесть это, сигнал с выхода датчика тока 3 умножается с помощью блока 4 на напряжение, зависящее от текущего значения потенциала прикатодного пространства. В результате, на выходе умножающего блока 4 образуется напряжение, пропорциональное полезной составляющей тока ванны. Это напряжение интегрируется интегратором тока 5, а затем сравнивается с помощью схемы сравнения 6 с заданным с помощью задатчика толщины 7 и при их равенстве появляется сигнал выключения питания ванны и окончания процесса.

Вид функциональной связи между сигналом поправки и потенциалом прикатодного пространства зависит от вида покрытия и определяется опытным путем обработкой статистических данных о величине фактической толщины покрытия и значениях потенциала прикатодного пространства при этом.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ ЗАДАННОЙ ТОЛЩИНЫ, содержащее гальваническую ванну с установленными в ней электродами, последовательно соединенные датчик тока, блок умножения, интегратор тока и схему сравнения, задатчик толщины покрытия, источник питания ванны, отличающееся тем, что, с целью повышения точности получения заданной толщины покрытия путем стабилизации потенциала прикатодного пространства и учета влияния его величины на скорость осаждения, оно снабжено запоминающим, блоком формирователем управляющего сигнала, второй схемой сравнения, источником опорного напряжения, функциональным блоком, источник питания ванны выполнен регулируемым, причем сигнальный вход запоминающего устройства подключен к электроду, установленному в прикатодном пространстве ванны, а управляющий вход к выходу формирователя управляющего сигнала, подключенного своим входом к датчику тока, выход запоминающего устройства соединен с входом функционального блока и одним из входов второй схемы сравнения, второй вход которой соединен с источником опорного напряжения, выход схемы сравнения подключен к управляющему входу регулируемого источника питания ванны, а выход функционального блока соединен с вторым входом блока умножения.

РИСУНКИ

Рисунок 1