Измерение эффективной площади металлизации в гальваническом процессе

Аннотация

Рассмотрены особенности измерения площади проводящих покрытий сложных топологий в процессе гальванической металлизации. Показано, что при разработке и исследовании гибридных слоистых структур наиболее сложно оценивать эффективную площадь проводящих металлических и неорганических поверхностей и электродов. Проведен анализ применимости разнообразных способов расчета и моделирования при проектировании проводящих поверхностей в условиях сложной топологии электрического поля и множества влияющих факторов. Установлено, что доминирующие в настоящее время оптические методы не обеспечивают требуемой достоверности контроля эффективной площади проводящих поверхностей. Доказано, что только применение ионного потока позволяет измерять площадь покрытия с учетом топологии электрического поля металлизируемой поверхности. Выбран принцип измерения среднегеометрической площади гальванопары на основе ее зависимости от отношения эквивалентной проводимости гальванической цепи к удельной проводимости электролита. Разработан алгоритм, позволяющий экспериментально определять площадь металлизации изделия S_k, в котором коррекция результата измерения площади катода на топологию линий тока и краевые поля металлизируемой поверхности выполняется автоматически.

Выбраны измерительные преобразователи: ток I – напряжение U_I, напряжение U – напряжение U_U и корректирующие преобразования контактной разности потенциалов, средней длины линий тока и обратной площади анода в нормированные напряжения. Определены условия и критерии нормировки и согласования с аналого-цифровыми преобразователями. На выходе аналого-цифрового преобразователя формируются коды тока N_I, напряжения N_U и соответствующих параметров процесса измерительного преобразования.

Синтезирована структурная схема измерительного преобразователя площади металлизации. Она состоит из измерительно-установочного блока и процессора. Изделие – катод, анод и набор электродов-датчиков – помещается в ванну с электролитом. Источник питания создает в ванне постоянный ток, который измерительными преобразователями преобразуется в коды напряжения, тока, удельной проводимости, контактной разности потенциалов, средней длины линий тока и обратной площади анода. Процессор реализует алгоритм измерительного преобразования и формирует измерительный сигнал US_k, пропорциональный эффективной площади изделия S_k и (или) код NS_k. Показано, что возможна автоматизация измерительного преобразования в режимах питания гальванических установок импульсным и импульсно-реверсивным токами. В режиме импульсного питания предложено в блоки, работающие в импульсном режиме, вводить интеграторы. В импульсно-реверсивном режиме в эти блоки должны вводиться корреляционные фильтры.

Разработана схема измерительной установки для измерения площади электропроводных деталей в процессе металлизации в импульсном и импульсно-реверсивном режимах. Включение синтезированных измерителей в состав систем автоматического управления током гальванических ванн обеспечивает уменьшение расхода материалов, экономию электрической энергии, повышение уровня автоматизации нанесения покрытий.