电子技术在电镀工业中的应用

金属零件经过电镀以后，不仅能增加抗腐蚀能力，而且能增强耐磨性。因此电镀技术在各种金属零件的制造业中得到了广泛的应用。随着工业的发展，需要电镀的零件不断增加，而且各方面对镀件质量的要求也越来越高。在这种情况下，电镀工业就迫切要求生产过程自动化，首先要求与镀层质量密切有关的电流密度、温度、液位、pH值和厚度等等，实现自动控制。当然这是离不开电子技术的。下面我们就简单介绍一下电子技术在这方面的应用。

金属零件在电镀以前必须先去除油污。因为镀件表面留有污点，电镀以后就会在该处造成针孔。采用超声波去油，不但能提高去油速度，而且能把零件上的小孔和狭缝内的油垢也都去除，这是用一般去油方法所难于实现的。

超声波去油的原理，简单来说，是用电子管振荡器（超声波发生器）产生一个超音频电流，这个电流通过换能器变成机械振动，这一高速度有规律的振动便能推动液体，很快地把零件上的脏物除掉。图1为超声波清洗设备示意图。

超声波清洗所采用的频率一般为20千赫，但对形状复杂而多孔的零件则需把频率提高，一般要用到500千赫或更高。

换能器是超声波发生器的一个重要部件，设计不好会影响清洗效率。一般用镍片冲成图2a的形状，再迭至一定厚度，然后绕上线圈，如图2b。如果一个换能器的功率不够，可以将数个换能器并联使用。换能器的线圈内除通以超音频电流外，还需通以一定的直流电流，这样才能得到最大的输出功率。

电镀中为了提高电解液的分散度（均镀能力），必须对电解液进行搅拌。目前多采用机械搅拌，如果利用超声波搅拌，便能获得更为均匀的沉积层，因而能提高电镀质量。

电镀加工与电流密度有很大关系。电流密度太小，会减低电镀速度，影响生产率与设备利用率；而电流密度过大，又会使镀层结构粗糙，有的甚至会将镀层表面烧黑。因此适当控制阴极（镀件）的电流密度是一个非常重要的问题。图3是一个自动控制电流密度的设备示意图。

我们知道，电流密度就是在单位面积上所通过的电流。因此，如果我们把一个面积为1平方分米的金属板挂到镀槽中作为一个阴极时，金属板流过的电流就等于电流密度的数值。将这一电流（叫做信号电流）送入双拍磁放大器的一个直流绕组，和另一个作为定值器的绕组电流进行比较，如果两者相等，则双拍磁放大器的输出为零，这说明阴极的电流密度正好满足要求，这时可逆马达不动作。如果信号电流小于定值绕组的电流，则磁放大器将控制可逆马达按逆时针方向旋转。使变阻器R的阻值减小，电流密度因而加大；如果信号电流大于定值绕组的电流，情况正好相反。

定值绕组的定值必须根据镀槽内允许的电流密度来决定。信号绕组中加了一个分流器，这是因为信号电流较大，如果不分流，则会使直流绕组发热，甚至烧坏。

目前，电镀工业中广泛采用着电流自动周期换向的电镀技术，这种电镀法用于硫酸盐电解液镀锌或镀铜时，可以大大提高电流密度，因此能加快电镀过程，而镀层的质量反而有了提高，如镀层厚度较均匀，表面光滑，有的甚至能免去机械抛光。

所谓周期换向电镀，是指镀槽内的电流按照一定规律改变极性，如图4a所示。图中t\(_{阴}\)时镀件为阴极，也就是镀槽工作时间；t阳时镀件为阳极，这时镀件稍微退镀一下。t\(_{阴}\)/t阳约为5～10。

由于电镀电流很大，一般不宜直接在镀槽电路中改变电流方向，而是改变直流发电机激磁绕组的电流方向。用电子定时继电器来控制激磁绕组的电流方向是极为方便的（图4b）。电子定时继电器是利用电子管和RC充放电电路等构成的，它控制着一只双刀双掷继电器的动作，继电器吸上或放开时，直流电机激磁绕组的电流方向就交替改变，因此使镀槽中的电流方向也随着改变。

一般电镀槽对温度的稳定度要求不很高，可以允许上下变化几度。因此只要用水银接触式温度计和电子继电器配合，控制蒸汽电磁阀或电热丝电源的通断，即能满足恒温的要求。

在电镀过程中，由于液温很高，因此电解液的水分会逐渐蒸发，使电解液逐渐变浓，从而影响电镀质量。为了保持电解液有适当的浓度和液位，又考虑到动作可靠、结构简单等因素，可采用图5所示的设备进行控制。

图5中当电解液的液位降低时，装在电镀槽连通器里的浮子也随着下降，于是切断电磁铁电源，使被吸在电磁铁上的角铁放开。这时预先稀释好的电解液便通过软橡皮管进入槽中。当液位达到预定高度时，浮子与上面的触点接融，接通电磁铁电源，这时电磁铁吸动角铁，把软橡皮管压紧，于是稀电解液就停止流入。

电解液的pH值（表示酸碱度数值）对电镀质量影响很大，因此在电镀过程中必须随时加以调整。图6是pH值自动控制装置的示意图。它主要包括pH值转换器、阻抗变换器、比较电路和电动执行机构等几部分。转换器是一对电极，这对电极同时侵入电解槽中，它们所产生的信号电压与溶液的pH值成正比。这个电压经阻抗变换器送到低输入阻抗的比较器中去。比较器很简单，可用一只零点在中间的电流表，在两旁各加装一个触点构成。当信号电压U\(_{1}\)等于定值电压U2时，电表内无电流流过，表针停在中间；当电解液pH值偏小时，U\(_{1}\)变小，U2大于U\(_{1}\)，这时电表指针与A点接触，于是接通继电器A，继电器A又接通加碱执行机构；如果电解液的pH值偏大，则U1变大， U\(_{1}\)大于U2，这时电表指针与B点接触，接通继电器B，于是继电器B又接通加酸执行机构。如果要改变pH值的控制范围，则可调节定值器R的位置。由于电表指针上不能流过大电流，所以至执行机构间各串联了一只电子继电器。

电子设备在电镀工业中的应用远不止上述几种，例如还可以利用电子设备直接控制镀层的厚度，以及用电子仪器自动连续分析和调整电解液的化学成分等等。在电镀工业中操作程序多，每道工序的工艺要求也多（如镀槽中要求控制温度、电流密度、分散度、pH值、镀层厚度等，并要分析电解液的化学成分），将来用电子计算机综合这些复杂的因素，来控制整个电镀作业，也是完全可能的。不过用电子仪器控制电镀生产，必须注意防潮、防腐蚀。一般情况下电镀车间的空气是比较潮湿的，而且有腐蚀性气体，如不适当保护，电子仪器就极易被腐蚀失效，如暴露在空气中的硒片，放在电镀车间，不到半年即被腐蚀损坏了。但这个问题也并不难解决，例如把硒片浸入油中密封后放在电镀车间使用，几年也不会损坏。当然，对其他电子设备，还有各种各样的保护方法，限于篇幅，这里就不多谈了。（李纲永）