關于自動控制技術在電鍍工藝參數控制中的應用思考

賈金濤(合肥銅冠國軒銅材有限公司， 安徽 合肥 230601)

關于自動控制技術在電鍍工藝參數控制中的應用思考

賈金濤(合肥銅冠國軒銅材有限公司， 安徽 合肥 230601)

結合當前電鍍行業的發展需求，從理論方面分析了電鍍工藝參數對電結晶過程的影響，并根據上述分析結果，分別從自動控制技術的角度，論述了自動控制技術在電鍍中的應用問題，希望能對于今后的電鍍工藝參數控制的自動化發展具有一定幫助。

電鍍工業;工藝參數控制;自動控制技術;電鍍質量

在分析功能性電鍍中的鍍層性能的情況下，應該充分考慮到鍍層的微觀結構對其的影響，一般來說，從微觀形態的角度來看，鍍層結晶往往難以直接觀測處理，大部分都是通過結合項目要求，合理控制電鍍過程參數來實現。經過相關的研究表明，影響電鍍層微觀結構因素比較多，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[1]。所以，為了保證電鍍層微觀結構滿足預期的設計需求，則應該對于電鍍工藝參數進行嚴格控制，在此背景下，往往都是通過自動控制技術來實現，其已經成為功能性電鍍中不可或缺的管控模式，是電子電鍍發展的關鍵問題之一。

1 電鍍工藝參數對電結晶過程的影響

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，在具體的作用中，陰極區有效離子的濃度則最為關鍵。所謂的離子活度就是涉及到電化學反應的電解質溶液中所存在的離子有效濃度。所以，為了有效改善陰極區內離子濃度輕卡囡，應該采用充分攪拌鍍液的方式。當前，結合相關項目中工藝規范值的要求，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，導致產生大量的氫析出，不能實現鍍層。所以，應該在具體的電鍍中，應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，還應該重視溫度的影響，大部分鍍種都具有較強的敏溫性，為了實現預期的鍍層效果，應該嚴格控制其在一定的溫度范圍內。比如，對于鍍鉻來說，如果溫度控制不當，則容易造成鉻鍍層的色澤、硬度都會發生很大的變化。在傳統工藝中，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控制，容易實現對于溫度的控制，利用相應的溫度自控系統能夠滿足相關要求，所以，因為溫度而造成的鍍層質量故障較少。從鍍層微觀結構來看，應該重新認識溫度對于電鍍的意義[2]。當前的降溫裝置都安裝在微波電子電鍍銀的鍍槽中，能夠實現鍍液溫控在30℃內，這主要是由于結晶細致的銀鍍層能夠具備更好的導波、導電性能，更好滿足電子產品的性能要求。

1.3 鍍液pH的影響

在電鍍過程中，還應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性變化所造成的不利影響，應該適當使用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，造成電鍍層質量直接下降，一般來說，其都表現為宏觀方面，比如，在pH 升高情況下，鍍鎳則會使得鍍層脆性增加。經過研究，pH對鍍層結晶形貌沒有太大的影響。經過試驗，在60℃的鍍銀液條件下，分別進行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 的鍍層進行測試，從相應的結晶形貌中對比，發現并沒有特殊的變化。盡管，PH對于鍍層微觀結構并沒有直接影響，但不能忽視其對于電鍍過程的影響，應該在系統中嚴格控制電鍍液的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現陰極表面的電子，進行還原為金屬原子，完成金屬鍍層。所以，應該重視電能的供給狀態的影響，主要包括電源的波形、電壓和電流等方面的參數。其中，重點考慮則是電流密度，其直接影響著電鍍的過程，必須嚴格控制其范圍，滿足預期的鍍層質量要求。另外，電流密度還直接影響到電鍍結晶粒度的問題。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，以及出現較大的鍍層的結晶顆粒。在一定的范圍之上，就會出現明顯增大的鍍層結晶問題，宏觀來看存在粗糙鍍層的問題。所以，在電鍍生產中，應該嚴格控制好電流密度問題，結合不同產品需求，滿足不用的電流密度參數的范圍，有效實現電流密度控制。

2 自動控制技術在電鍍中的應用

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、分解礦物等存在，這樣自動控制成分存在一定難度。當前，主要是針對某一成分進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中，主要是將鍍液成分信息通過傳感器接受，在此基礎上，由指令控制器來實施具體動作，要求實現添加器的結合實際情況進行鍍液成分的控制，實現自動化的添加措施。

當前，利用在線監測和自動調整能有效處理PH值，另外，相關的成分的檢測和自動添加系統正在完善中。從原理上進行分析，能實現在線分析和監測的技術，考慮到鍍液中存在多種干擾信息，需要考慮的因素非常多，進行單一成分分析還存在一定難度。但結合特定技術，能夠保證對于某種特定離子的識別，比如，可以較為準確的實現主鹽金屬離子的識別。另外，利用電量(Ah數) 消耗自動補加的原理，系統也能實現自動控制電鍍溶液添加劑。

在傳感器技術不斷發展的背景下，結合離子選擇性電極的應用，能夠進一步排除相關其余離子的干擾問題，有效實現電鍍液的在線監測工作。

在信息采集方面的工作如果能夠有長足的進步，就能更快地實現鍍液成分自動補加過程，保證利用專用容器來實現相應添加、調整成分，通過導管，在計算機指令的控制下，連接到電磁閥中，能滿足定量補加的要求。

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用來說，現在已經存在商業化的產品。分析其原理，主要是將電極表面積變動通過傳感器來進行收集，并進行數據處理，結合數字運算器的功能，能實現信息傳送到存儲器以及預定的電流密度變動范圍，在此基礎上，進行必要的運算分析，并能及時根據實際情況進行調整，實現指令輸送到電鍍電源。這樣就能實現電流的自動化調整，以滿足工藝要求。在此項技術中，融合了信息技術發展中的模糊控制、計算機微處理以及計算機智能學習等方面的技術，有效監測并控制電鍍槽內鍍件的表面積的變化情況，因而確定并調整輸出電流。

對于商業化的電流密度控制儀來說，能實現30 組電流密度控制參數的要求，在系統的自學功能的情況下，將其在控制器內進行存儲。系統運行中，能實現電流密度的自動監控和調節，準確地來反映鍍槽內鍍件表面積的情況，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

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

3 結論

在實施電鍍工藝參數的自動控制中，應該重視相關關鍵技術，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，結合當前自動化控制技術的發展情況，滿足參數自動控制要求，結合電鍍產業的發展要求，自動控制系統的發展則是必然的發展趨勢。

[1]郭恒輝,鄭春雷,劉義君.基于田口試驗設計的電鍍工藝參數優化[J].真空電子技術,2016,(3).

[2]王義山,劉亦志,劉獻禮.電鍍超硬磨料工藝的改進以及參數優化[J].機械工程師,2007,6.