СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ПОКРЫТИЯ ДЕТАЛИ В ПРОЦЕССЕ ОСАЖДЕНИЯ
METHOD OF DEFINING THICKNESS OF PART ELECTROLYTIC COATING DURING DEPOSITION

Изобретение относится к гальванотехнике и может быть использовано для неразрушающей оценки толщины электролитических покрытий, а также для оптимизации длительности процесса осаждения покрытия.
Известен способ оценки толщины покрытия, при котором на детали с покрытием делают поперечный шлиф [1], затем полученный шлиф травят и с помощью микроскопа измеряют среднюю толщину покрытия. Данный способ отличается простотой, но имеет существенный недостаток, заключающийся в разрушающем характере исследования.
cp
1
2
1
2
4
2
3
Известен неразрушающий гравиметрический способ контроля толщины электролитических покрытий [1], в котором деталь взвешивают до и после нанесения покрытия. Затем определяют среднюю толщину покрытия по формуле H=[l0(/m-m)]/[Sρ], где m - масса детали после нанесения покрытия, г; m - масса детали до нанесения покрытия, г; S - площадь покрытия, см; ρ - плотность металла покрытия, г/см.
Недостатком известного способа является невозможность оценки толщины покрытия в процессе его осаждения на деталь, что может привести к недостаточной или избыточной толщине покрытия.
Известен способ оценки продолжительности осаждения гальванических покрытий, основанный на эмпирическом подборе длительности обработки деталей [2], обеспечивающей нанесение слоя покрытия требуемой толщины. Этот способ весьма трудоемок и применяется, как правило, в случае, когда скорость осаждения покрытия и свойства электролита заранее неизвестны.
Известен способ оценки продолжительности осаждения покрытия на основе расчетного метода [2], в котором продолжительность осаждения гальванического покрытия (в часах) оценивается по формуле
ср
к
3
2
где Н- средняя толщина покрытия, мм; ρ - плотность наращиваемого материала, г/см; С - электрохимический эквивалент, г/(А·ч); D - плотность тока, А/дм; η - выход по току, %.
Данный способ позволяет в производстве произвести приблизительную оценку требуемой продолжительности осаждения покрытия, однако при этом возможен существенный разброс значений толщины покрытия вследствие изменения состава электролита, колебаний температуры, плотности тока и других случайных факторов.
Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении точности нанесения электролитических покрытий заданной толщины.
ср
Технический результат достигается тем, что среднюю толщину покрытия Н рассчитывают по зависимости
n
э
cp
ср
тр
тр
где S - площадь обрабатываемой детали, g - ускорение свободного падения, ρ - плотность материала покрытия, ρ - плотность электролита,  - вес детали, погруженной в электролит, соответственно до начала осаждения покрытия и после осаждения покрытия в течение времени t, при этом в процессе нанесения покрытия контролируют его среднюю толщину H, а при достижении условия Н=Н, где Н - требуемая толщина покрытия, процесс осаждения покрытия прекращают.
ср
n
Сущность изобретения заключается в том, что предлагается контролировать толщину покрытия методом взвешивания детали, погруженной в электролит, в процессе нанесения покрытия. При этом определенной толщине покрытия Н [м] будет соответствовать определенное приращение веса F [Н] детали с покрытием, погруженной в электролит (с учетом возрастания выталкивающей силы с увеличением объема детали), определяемое по формуле
2
2
3
3
n
э
где S - площадь обрабатываемой детали [м], g- ускорение свободного падения [м/с], ρ- плотность материала покрытия [кг/м], ρ- плотность электролита [кг/м].
Приращение веса осажденного покрытия в электролите определяется как разность
где  - вес детали [Н], погруженной в электролит, соответственно до начала осаждения покрытия и после осаждения покрытия в течение времени t [с].
Из формул (1, 2) средняя толщина нанесенного покрытия в каждый момент времени при осаждении покрытия определяется по формуле
тр
Таким образом, положительный эффект достигается за счет появления возможности непрерывного контроля средней толщины покрытия в процессе его осаждения на деталь и управления продолжительностью процесса осаждения покрытия, позволяющего обеспечить гарантированное нанесение покрытия требуемой толщины Н [м].
Заявляемый способ выполняется по следующим этапам.
Деталь через датчик нормальной нагрузки подключают к катоду и погружают в электролит. Определяют вес детали, погруженной в электролит, до нанесения покрытия [H]. Включают гальваническую установку и в процессе осаждения контролируют текущий вес детали, погруженной в электролит  [Н]. Оценивают текущее значение средней толщины осажденного покрытия по формуле (3). При выполнении условия
гальваническую ванну отключают вручную или автоматически.
Возможен вариант вышеприведенного способа, в котором условием завершения процесса осаждения покрытия является достижение приращения веса детали с покрытием требуемого значения
В данном случае в процессе осаждения покрытия контролируют не толщину покрытия, а приращение веса детали, погруженной в электролит.
Пример реализации способа
2
2
-6
,
тр
Первый вариант. Медную пластину (площадью 0,4 дм) соединили с катодом через тензометрический датчик веса, поместили в электролит серебрения. Измерили вес пластины в электролите до нанесения покрытия =1,7 Н. Включили гальваническую установку и наносили серебряное покрытие при плотности тока Δ=1А/дм и температуре 18°С, непрерывно контролируя текущий вес пластины, погруженной в электролит  и рассчитывая текущее среднее значение толщины покрытия по формуле (3). При достижении расчетной величины толщины покрытия требуемого значения H=20·10 м, т.е. при выполнении условия (4), подача напряжения на электроды прекратилась.
3
-6
тр
Второй вариант. По формуле (5) рассчитали приращение веса пластины, погруженной в электролит  (при плотности серебра 10,5 г/см), соответствующее требуемой толщине покрытия H=20-10 м. Затем начали осаждение покрытия на медную пластину аналогично первому варианту, но в отличие от первого варианта контролировали не текущую толщину покрытия, а текущее изменение веса детали, погруженной в электролит. При достижении текущего изменения веса детали требуемого значения  подача напряжения на электроды прекратилась.
-6
-6
Провели измерение толщины осажденного покрытия (по двум вариантам) профилометрическим методом. Средняя толщина покрытий в обоих случаях составила (20…22)·10 м при требуемом значении 20·10м, что подтверждает эффективность предложенного способа.
Используемая литература
1. ГОСТ 9.302-88. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы контроля.
2. ГОСТ 9.305-84. Операции технологических процессов получения покрытий.