ПОДВЕСКА ДЛЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ФЕРРОМАГНИТНЫЕ ДЕТАЛИ
SUSPENSION FOR ELECTROPLATING COATINGS ON FERROMAGNETIC PARTS

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для нанесения металлических покрытий на малоразмерные изделия, выполненные из ферромагнитных материалов, в частности на контакт-детали герметизированных магнитоуправляемых контактов (герконов).
Задачей предлагаемого изобретения является повышение качества защитных гальванических покрытий герконов.
Применяемые для нанесения гальванических покрытий подвесочные приспособления (подвески) должны обеспечивать оперативный групповой монтаж деталей, их надежный электрический контакт с токоподводящими элементами и равномерное распределение тока по поверхности обрабатываемых деталей.
Известна подвеска барабанного типа для гальванического нанесения покрытий на ферромагнитные детали [SU 505757, C25D 17/20, опубл. 05.03.1976]. Она содержит вращающийся сетчатый барабан, внутри которого размещен токоподводящий электрод. Обрабатываемые детали загружаются в барабан, при его вращении поочередно под действием собственного веса соприкасаются с электродом и подвергаются требуемой электрохимической обработке (например, на детали наносится гальваническое покрытие).
Однако известная конструкция подвески мало пригодна для гальванического нанесения покрытий на малоразмерные детали. Из-за малого веса таких деталей не обеспечивается их надежный электрический контакт с электродом. В результате нарушается однородность состава и толщин получаемых покрытий. Кроме того, подвеска не позволяет избирательно наносить покрытия на отдельные участки деталей (например, на рабочие зоны контакт-детали герконов, непосредственно участвующие в коммутации тока).
Известна подвеска для гальванического нанесения покрытий на ферромагнитные детали, состоящая из двух пластин с соосно расположенными отверстиями, между которыми располагаются фиксирующие элементы, выполненные из резиновых трубок [SU 1039985, С25D 17/06, опубл. 07.09.1983].
Обрабатываемые детали цилиндрическими частями загружаются в отверстия пластин подвесок. Удержание деталей осуществляется за счет их прижатия к образующим отверстий пластин. Контактное нажатие на детали возникает при увеличении поперечного сечения фиксирующих элементов, вызванного их упругой деформацией.
Однако, известная конструкция подвески трудоемка в изготовлении, имеет разброс контактного нажатия на детали из-за неоднородности упругих свойств фиксирующих элементов. В результате не обеспечивается равномерный электрический контакт между деталями и пластинами и имеет место разброс параметров получаемых гальванических покрытий.
Известна подвеска для гальванического нанесения покрытий на ферромагнитные детали, содержащая магнитную систему, а также параллельно расположенные на фиксированном расстоянии друг от друга и изготовленные из немагнитного материала, плоское основание и две идентичные плоские перфорированные пластины с соосными отверстиями круглого сечения [US 3386156, опубл. 04.06.1968].
Однако в известном устройстве не определена оптимальная толщина основания подвески, при которой обеспечивается достижение требуемой силы притяжения к нему деталей (F) при сохранении прочности подвески в целом.
Известна подвеска для гальванического нанесения покрытий на ферромагнитные детали, содержащая магнитную систему, а также, параллельно расположенные на фиксированном расстоянии друг от друга и изготовленные из немагнитного материала, плоское основание и две идентичные плоские перфорированные пластины с соосными отверстиями круглого сечения, в которых размещены цилиндрические штифты, изготовленные из ферромагнитного материала, при этом диаметр отверстий в пластинах равен 1,2-1,4, а диаметр отверстий в основании равен соответственно 1,5-2,0 диаметра поперечного сечения цилиндрической части контакт-деталей [RU 2668240, С25D 17/06, опубл. 27.09.2018].
В известном устройстве обеспечивается рекордное увеличение F, однако оно отличается сложностью изготовления и мало пригодно для использования в массовом производстве изделий.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому объекту по совокупности технических признаков и достигаемому результату является подвеска для гальванического нанесения покрытий на ферромагнитные детали [RU 2702514, С25D 17/20, опубл. 08.10.2019], содержащая магнитную систему, а также, параллельно расположенные на фиксированном расстоянии друг от друга и изготовленные из немагнитного материала, плоское основание толщиной 1,0-2,0 мм и две идентичные плоские перфорированные пластины с соосными отверстиями круглого сечения. Описанное устройство принято за прототип предлагаемого изобретения.
Использование известной подвески с основанием указанной толщины обеспечивает достижение минимальных значений F, при которых обеспечивается устойчивый процесс нанесения гальванических покрытий без выпадения обрабатываемых деталей из подвесок в электролит.
К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что оно не обеспечивает достижение стабильных значений переходного электрического сопротивления (R) между деталями и основанием подвески, разброс значений которого (ΔR) негативно сказывается на качестве получаемых гальванических покрытий.
Данное обстоятельство вызвано тем, что, во-первых, поверхность основания, изготовленного из нержавеющей стали, неоднородна по составу и склонна к окислению в атмосфере, что приводит к росту значений R и ΔR. Во-вторых, магнитная система формируется из набора отдельных магнитов [RU 2689836, C25D 17/06, опубл. 29.05.2019] и поэтому неизбежно возникает разброс F по рабочему полю подвески и дополнительная неоднородность R. В результате известное устройство не обеспечивает гарантированно надежный электрический контакт между ферромагнитными деталями и основанием подвески, при котором достигается однородность получаемых гальванических покрытий по толщине и составу.
Таким образом, непосредственное использование известной конструкции подвески для гальванического нанесения покрытий на ферромагнитные детали, принятой за прототип, в условиях массового производства не позволяет получать покрытия с воспроизводимыми параметрами.
Технический результат заключается в повышении качества гальванических покрытий ферромагнитных деталей за счет снижения уровня и повышения стабильности R.
Данный технический результат достигается тем, что в подвеске для гальванического нанесения покрытий на ферромагнитные детали, содержащей магнитную систему, а также, параллельно расположенные на фиксированном расстоянии друг от друга и изготовленные из немагнитного материала, плоское основание толщиной 1,0-2,0 мм и две идентичные плоские перфорированные пластины с соосными отверстиями круглого сечения, на поверхности центральной части основания, контактирующей с деталями, расположена фольга из пермаллоя толщиной 50,0-100,0 мкм.
Наличие фольги улучшает электрическую проводимость поверхности основания подвески и увеличивает F. Наблюдаемое увеличение F связано с ростом в непосредственной близости от поверхности основания подвески нормальной составляющей индукции магнитного поля в присутствие ферромагнитного материала (пермаллоя). Значения F мало изменяются при толщине фольги в диапазоне от 0,05 до 2,5 мм. При дальнейшем увеличении толщины фольги происходит снижение F практически до нулевого значения - возникает эффект экранировки фольгой поля, создаваемого магнитной системой подвески.
Выбор оптимальной толщины фольги обусловлен следующими обстоятельствами. При толщине фольги меньшей (равной) 50 мкм снижается ее механическая прочность и формоустойчивость, что затрудняет монтаж подвески. При толщине фольги большей (равной) 100 мкм увеличивается тангенциальная сила, необходимая для снятия магнитной системы с полностью загруженной обрабатываемыми деталями подвески после окончания гальванических операций, до 1,5 кг (15,0 н), что создает дополнительную физическую нагрузку на персонал.
Положительный эффект от использования данного устройства обусловлен снижением уровня и повышением стабильности R, что приводит к улучшению качества гальванических покрытий.
Таким образом, сопоставительный анализ предложенного технического решения и уровня техники позволил установить, что заявленное изобретение соответствует требованию «новизна» и «изобретательский уровень».
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена конструкция предлагаемой подвески. Она состоит из магнитной системы 1, основания 2 толщиной 1,0 мм, перфорированных пластин 3 и 4 толщиной 1,5 мм. Основание и пластины изготовлены из немагнитной нержавеющей стали. На поверхности центральной части основания, непосредственно контактирующей с деталями, расположена фольга 5 из пермаллоя 50НП толщиной 50 мкм.
Расстояния между центральной частью основания и пластиной 3, а также между пластинами 3 и 4 составляют 6,0 мм. В отверстиях пластин перпендикулярно основанию размещены обрабатываемые детали 6.
Подвеска работают следующим образом. Ферромагнитные детали (например, контакт-детали герконов) цилиндрическими частями помещаются в отверстия пластин перпендикулярно основанию. Магнитным полем, создаваемым магнитной системой, контакт-детали притягиваются к основанию подвески с силой F. Собранную таким образом подвеску подсоединяют к катодной шине, опускают в гальваническую ванну и пропускают через нее ток от анода к катоду. В результате на поверхности контакт-деталей формируется требуемое гальваническое покрытие.
Качество получаемых гальванических покрытий в значительной мере зависит от значения ΔR. Величина ΔR определяют величину тока, проходящего по электрической цепи каждой контакт-детали и, следовательно, толщину гальванических покрытий. В связи с этим разброс значений R - вредное явление, снижающее качество изготавливаемой продукции. В значительной степени исключить указанную проблему позволяет использование дополнительного элемента подвески - фольги из пермаллоя 5 (фиг.1).
Проведено сравнение подвесок одинаковой конструкции с основаниями из нержавеющей стали без фольги (подвеска а) и с фольгой (подвеска б). Для этого в подвесках были измерены зависимости R и ΔR от величины F (1 грамм соответствует 0,01 ньютону). Магнитная система в подвесках отсутствовала, толщина основания составляла 1,0 мм, а толщина фольги - 50 мкм.
cp
Величина R контролировалась между зондом, в качестве которого использовалась контакт-деталь геркона диаметром поперечного сечения цилиндрической части 0,5 мм, и основанием. На зонде, который свободно перемещался по поверхности основания, располагались грузы различной массы и таким образом создавался полный аналог F. В одинаковых условиях контролировалось 50-60 значений R и затем рассчитывалось его среднее значение R и ΔR. Результаты измерений приведены в таблице 1.
Из анализа полученных результатов следуют 2 важных вывода.
ср
cp
Во-первых, в подвеске б) по сравнению с подвеской а) контролировались более низкие и стабильные значения R и ΔR. Во-вторых, начиная с F, равной ~8,0 г наблюдается стабилизация значений R и ΔR. Данный факт означает, что если в подвесках обеспечить значения F≥8,0 г, то разброс данных сил не будет сказываться на величинах R и ΔR.
cp
Дополнительно проведены измерения F в используемых подвесках, оснащенных одной и той же магнитной системой. Величина F контролировалась методом отрыва от поверхности основания подвесок зонда, в качестве которого также использовалась контакт-деталь геркона. Усреднение значений F (F) осуществлялось по 500 точкам.
cp
cp
cp
cp
Установлено, что в подвеске a) F=6,3±0,1 г, а в пределах рабочего поля подвески F изменяется от 4,0 до 10,0 г. В подвеске б) F=10,0±0,07 г при разбросе F от 7,0 до 12,0 г, т.е. уровень F достигает величин, при которых наблюдается стабилизация R и ΔR (табл.1).
Таким образом, использование в подвесках дополнительного элемента в виде фольги из пермаллоя, расположенной на поверхности основания, будет способствовать снижению разброса параметров получаемых герконов.
Испытание предлагаемого варианта подвески производилось в условиях реального производства. В качестве защитных покрытий контакт-деталей герконов использовались многослойные системы Ni-Au-Ru, которые наносились гальваническим способом.
Как и в предыдущих экспериментах, использовались подвески двух типов: а) и б). С помощью данных подвесок на контакт-детали были нанесены защитные покрытия, затем изготовлены герконы и определены их параметры. В качестве критериев эффективности подвесок и качества получаемых покрытий использовались общепринятые виды брака по переходному сопротивлению, залипанию и коэффициенту возврата герконов.
Установлено, что использование предлагаемых подвесок позволяет снизить суммарный брак герконов на ~40%. Данный факт свидетельствует о снижении соответствующего разброса ΔR контакт-деталей, обрабатываемых в подвесках.
Таким образом, использование предлагаемой конструкции подвески позволяет в 1,6 раза увеличить силу магнитного прижатия контакт-деталей к основанию, что обеспечивает существенное повышение однородности получаемых гальванических покрытий.
Подвеска проста в изготовлении, удобна в эксплуатации и обладает необходимой надежностью.
Положительный эффект от использования предлагаемого технического решения обусловлен снижением разброса эксплуатационных параметров герконов.