一种化学镀自动补液方法及其系统与流程

本发明涉及表面处理技术领域，具体涉及一种化学镀自动补液方法及用于化学镀自动补液方法的化学镀自动补液系统。

背景技术：

化学镀也称无电解镀，是在无外加电流的情况下借助合适的还原剂，将镀液中金属离子还原成金属，并沉积到各种材料或零件表面的一种镀覆方法。与电镀相比，化学镀具有镀层均匀、针孔小、不需直流电源设备、能在非导体上沉积和镀覆部件不受尺寸形状限制等特点。

化学镀镀液的沉积速度主要受施镀时操作温度、镀液中金属离子的浓度、还原剂浓度和镀液酸碱度的影响。为了保证镀液的沉积速度，同时又能延长镀液的使用寿命，就需要合理、有效地调整镀液成分，以保证及时补充消耗掉的金属离子、还原剂等镀液成分。目前镀液成分调整有三种方法：一是根据配方和操作条件得出实验消耗量来调整成分；二是根据镀液的分析结果算出消耗量来调整成分；三是用理论公式计算消耗量，并用经验系数校正来调整成分。若要实现化学镀的自动化，除了采用以上任何一种方法来估算镀液的消耗量外，还需要设计一套具有针对性的检测装置和补液装置，使得施镀、检测、补液能够自动进行。以化学镀镍为例，根据化学镀镍反应可知，只要不断地检测出镀液中镍离子的浓度、亚磷酸根离子的浓度就可以确定化学镀镍过程中镍离子、次磷酸根离子的消耗量和酸碱度的高低。

现有技术的自动补液系统中自动化装置通常是把检测到的结果转变成电信号，就可指挥补液装置自动调整镀液的成分和酸碱度，以此实现化学镀镍自动化，比如光电比色法是利用光电池或光电管测定透过有色溶液后的透光强度，然后求出被测溶液的含量。如说明书附图中图1所示，光电比色法的自动补液系统主要包括镀槽、采样装置、检测装置、主控制箱和补液装置。采样装置从镀槽内采集镀液的被测试液，即被测试液依次经过冷却、过滤后由泵抽取至采样装置，如果镀液里镍离子浓度高时，镀液颜色深绿；如果浓度低时，镀液颜色随之变浅。根据比耳定律，即有色溶液对单色光的吸收程度与有色溶液的浓度成正比，检测装置将恒定不变的入射光通过滤色片、凹透镜，然后穿过比色皿内的试液，照射在光电池上，光电池根据接收到光的强度输出电信号。主控制箱辨别由检测装置输送来的信号，并向补液装置输出执行信号。补液装置把浓缩药液、调节ph的酸液或者碱液和水分成a、b、c三路补液补充，直接将三路补液输入镀槽，补充的定量关系可由理论公式和实验数据估算，使用定量立柱可分别调节浓缩药液、酸液或者碱液和水的补充量。可以看出，光电比色法要先采样，再对采集的被测试液进行检测，然后经过估算才能补液。

虽然上述光电比色法能够实现自动补液，但是也存在如下一些技术问题：1)随着化学镀镍施镀时间增加，镀液中杂质逐渐增多，自然被测试液的杂质也会增多，杂质会影响光度、颜色，进而干扰到光电比色法对被测试液的正常检测，所以灵敏度变低，补液的精确性降低；2)通常镀槽内镀液温度高达80～100℃，如果直接将补液输入镀槽，会造成镀槽内局部温差过大，同时造成镀液局部ph过高，容易产生氢氧化镍沉淀，增加镀液的不稳定性；3)采样过程中，抽液泵的抽吸使得镀液产生大量泡沫，所以从镀液抽出的被测试液会带有大量泡沫，而采样装置和检测装置均无法严格去除这些泡沫，这就需要频繁地调整检测装置的灵敏度，这样会影响检测结果，从而降低补液的精确性；4)每种补充液每次的补充量需要通过估算，即需要频繁更换经验公式。在化学镀镍过程中，槽壁上的还原中心、镀液里的催化粒子都会引起镍还原，而且镀液局部温差过大很容易引起镍离子沉淀，所以镍离子的消耗量范围无法精确估算，另外镀液的镍离子浓度及其他络合离子浓度的变化都会影响次磷酸根离子的利用率，所以次磷酸根离子的消耗量范围也无法精确估算。综上可知，针对化学镀自动补液的现有技术无法精确地估算出镀液里各种反应物的消耗量，也无法将施镀、检测、补液自动同步进行，更无法精确检测、精确补液。

技术实现要素：

本发明所要解决的一个技术问题是，克服以上现有技术的缺点：提供一种化学镀自动补液方法，能够实现施镀、灵敏精确检测和补液的自动同步进行。

本发明的技术解决方案如下：一种化学镀自动补液方法，它包括以下步骤：1)通过ph计检测镀液的ph值，ph计自动将检测到的ph值信号传输到控制电箱；2)控制电箱根据该ph值信号发送相应的控制信号给计量泵，以控制计量泵的启闭；3)当计量泵启动时，两路计量泵抽取用于调节镀液ph的药液a和用于调节镀液成分的药液b，药液a和药液b分别经过预热后，从辅助槽进入镀槽。

本发明原理如下：

ph计将检测到镀液的ph值信号转化成电信号并输送到控制电箱，控制电箱主要包含plc控制器，plc内预设有用于指示计量泵开始工作的ph起始值和用于指示计量泵停止工作的ph终止值。plc控制器对接收到的电信号通过比对ph，转化成相应的控制信号并输送到计量泵，指挥计量泵工作。当计量泵启动时，第一计量泵从药液a的储存容器内抽取用于调节镀液ph的药液a，药液a经过预热后，从辅助槽进入镀槽，这样镀液的ph就得到及时调整；同时第二计量泵从药液b的储存容器内抽取用于调节镀液成分的药液b，药液b也经过预热后，从辅助槽进入镀槽，这样补充的药液b就在镀槽与辅助槽之间流通循环起来。当检测到的ph值等于ph终止值，第一计量泵和第二计量泵同时关闭。虽然第一计量泵和第二计量泵同时启动、同时关闭，药液a和药液b也同时补充循环，但是由于药液a和药液b所需的补充量不同，所以第一计量泵和第二计量泵的流量或者流速需要根据药液a和药液b的补充量来调节。

本发明化学镀自动补液方法与现有技术相比，具有以下显著优点和有益效果：

步骤1)中ph计与控制电箱紧密配合完成了镀液的检测，紧接着步骤2)、步骤3)控制电箱和计量泵紧密配合完成了药液的补充。上述ph计检测镀液的方法可以称为ph检测法，对化学镀采用本发明的ph检测法不仅能够精确地检测到镀液的ph值，而且在检测过程中还简化了补液方式，只需要控制电箱比对ph，就能够控制计量泵是启动还是关闭，可以看出，上述过程的检测和补液能够简单快速且同步完成。由于ph检测法不依靠颜色来检测透光强度，而是检测镀液的酸碱度，所以检测的灵敏度高、精确度高。

更为重要的是，补充的药液进入镀槽之前要先经过预热，辅助槽和镀槽紧密配合，这就解决了很多现有技术的问题，能够达到镀液稳定、精确检测ph、精确估算反应物消耗量的效果。具体而言，首先由于在药液输入镀槽之前，先要经过预热，这样输送到镀槽的药液温度就比较接近镀液的温度，既能够避免镀槽内局部温差过大，也不会造成镀液中局部ph过高，减少镀液的不稳定因素。第二，经预热能够去除镀液内的泡沫，减少泡沫对检测的干扰，所以ph计的实时检测效果好、准确度高、灵敏度高，测得药液的ph值更加精确。综上，本发明化学镀自动补液方法能够实现施镀、检测、补液自动同步进行，而且检测灵敏、精确。

优选地，控制电箱内预设有用于指示计量泵开始工作的ph起始值和用于指示计量泵停止工作的ph终止值。

进一步优选地，当检测到的ph值小于或大于ph起始值，计量泵启动；当检测到镀液的ph值等于ph终止值，计量泵停止工作。由于ph计能够实时检测到镀液的ph值，且控制电箱内预先设置有上述ph起始值和ph终止值，所以控制电箱将检测到的ph值与预先设置的ph起始值和ph终止值比较，就可以指挥计量泵工作。

优选地，当检测到镀液的ph值小于镀液初始的ph值时，药液a为碱液。也就是说，当镀液中h⁺浓度过高时，除了补充消耗的反应物外还需补充碱性溶液用来中和镀液中h⁺。

进一步优选地，当药液a为碱液且检测到的ph值小于ph起始值，计量泵启动；当检测到的ph值等于ph终止值，计量泵停止工作。

优选地，当检测到镀液的ph值大于镀液初始的ph值时，药液a为酸液。也就是说，当镀液中oh^-浓度过高时，除了补充消耗的反应物外还需补充酸性溶液用来中和镀液中oh^-。

进一步优选地，当药液a为酸液且检测到的ph值大于ph起始值，计量泵启动；当检测到的ph值等于ph终止值，计量泵停止工作。

优选地，所述步骤3)中两路计量泵同时抽取用于调节镀液ph的药液a和用于调节镀液成分的药液b。

优选地，所述预热的方式为传热管或热交换器直接接触药液加热。采用直接接触药液的方式，药液在经传热管或热交换管的输送过程的同时完成了预热，进入辅助槽内的补液温度都达到预热温度，镀液内不会出现局部温差过大，也不会出现局部ph过高，检测到的ph更加精确稳定。

同样优选地，所述预热的方式为将热媒通过加热容器间接接触药液加热。采用间接加热药液的方式，由于加热容器容量大，能量消耗少，所以加热药液更加快速高效。

优选地，所述预热温度小于等于镀槽内镀液温度，大于等于镀液温度的1/2。比如镀槽内镀液温度为80℃，则预热温度在40～80℃范围内，且包括端点值。上述范围内的预热温度更接近镀液的温度，补充的药液进入镀槽时，药液与镀液的温差更小、ph更接近，更好地减少镀液的不稳定因素。

优选地，药液a为0.1～4mol/l的碱液或酸液，碱液为氢氧化钠溶液、氨水或氢氧化钾溶液，酸液为硫酸溶液、盐酸溶液或乙酸溶液。药液b的成分根据不同的原始镀液而有所不同，其成分种类与原始镀液的成分种类相同，主要包括金属离子和还原剂，比如化学镀镍时药液b主要包括以下浓度的组分：10～50g/l六水硫酸镍、15～65g/l次磷酸钠。

优选地，上述化学镀自动补液方法采用如下化学镀自动补液系统，它包括镀槽和补液装置，补液装置包括储液容器和计量泵，储液容器的输出端口与计量泵的输入端口连接，镀槽与补液装置之间设有辅助槽，辅助槽的输入端口前设有用于加热补液的预热装置；辅助槽的输入端口与计量泵的输出端口连接，辅助槽的输出端口与镀槽的输入端口连接；辅助槽或镀槽内设有与一控制电箱电连接的ph计，ph计的信号输出端与控制电箱电连接，控制电箱与计量泵电连接。

本发明解决的另一个技术问题是，克服以上现有技术的缺点：提供一种化学镀自动补液系统，能够实现施镀、灵敏精确检测和补液的自动同步进行。

上述技术问题的技术解决方案如下：一种化学镀自动补液系统，包括镀槽和补液装置，补液装置包括储液容器和计量泵，储液容器的输出端口与计量泵的输入端口连接，镀槽与补液装置之间设有辅助槽，辅助槽的输入端口前设有用于加热补液的预热装置，辅助槽的输出端口与镀槽的输入端口连接；预热装置的输入端口与计量泵的输出端口连接，预热装置的输出端口与辅助槽的输入端口连接；辅助槽或镀槽内设有与一控制电箱电连接的ph计，ph计的信号输出端与控制电箱电连接，控制电箱与计量泵电连接。

上述化学镀自动补液系统与现有技术相比，具有以下显著优点和有益效果：

上述化学镀自动补液系统在辅助槽或镀槽内设有ph计，辅助槽或镀槽外设有控制电箱，控制电箱内主要包括plc控制器，ph计与控制电箱紧密配合，ph计将检测到的镀液的实时ph值通过电信号反映出来，plc控制器对接收到的电信号通过比对ph值，转化成相应的控制信号并输送到计量泵，指挥计量泵工作。由于辅助槽的输入端口前设有用于加热补液的预热装置，在补液输入辅助槽之前，先对补液进行加热，这样输送到镀槽的补液温度就比较接近镀液的温度，既避免镀槽内局部温差过大，也不会造成镀液中局部ph过高，减少镀液的不稳定因素。而且经预热过程能够去除镀液内的泡沫，所以ph计的实时检测效果好、准确度高、灵敏度高。总之，上述化学镀自动补液系统的检测仅需一个ph数据，控制电箱就能够精确地指示补液装置对药液补充和对ph调节，使得施镀、灵敏精确检测和补液自动同步进行，及时调节镀槽镀液的成分与酸碱度。

优选地，预热装置为直接接触补液的传热管或热交换管。采用上述预热装置，补液在经传热管或热交换管的输送过程的同时完成了预热，进入辅助槽内的补液温度都达到预热温度，不会出现局部温差过大，也不会出现局部ph过高，检测到的ph更加精确稳定。

同样优选地，预热装置为连接在计量泵与辅助槽之间的加热槽。由于加热槽容量大，能量消耗少，所以加热补液更加快速高效。

优选地，辅助槽与镀槽之间设有循环泵和过滤机，辅助槽的输出端口与循环泵的输入端口连接，循环泵的输出端口与过滤机的输入端口连接，过滤机的输出端口与镀槽的输入端口连接；镀槽内设有溢流斗，溢流斗的输入端口与过滤机的输出端口连接，溢流斗的输出端口与镀槽的输入端口连接。添加过滤机，能够滤除施镀过程中整个镀液中的杂质脏物，减少镀槽中杂质对镀液干扰。采用上述结构，辅助槽内补液输送到镀槽前要先经过溢流斗，即循环泵将辅助槽的补液泵入到过滤机，待溢流斗内液位满后，补液就会溢出来流入镀槽，这样补液就在镀槽与辅助槽之间循环起来。

附图说明

图1为现有技术光电比色法的自动补液系统的结构示意图。

图2为本发明化学镀自动补液系统的结构示意图。

图3为本发明化学镀自动补液系统的一种线路图。

图4为本发明化学镀自动补液系统的另一种线路图。

图1中所示101、镀槽，102、采样装置，103、检测装置，104、主控制箱，105、补液装置，

图2中所示1、药液a罐，2、第一抽液泵，3、药液a储存罐，4、第一计量泵，5、药液b罐，6、第二抽液泵，7、药液b储存罐，8、第二计量泵，9、预热装置，10、辅助槽，11、循环泵，12、过滤机，13、镀槽，14、溢流斗。

具体实施方式

下面用具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于以下具体实施例。

本发明中涉及多种原料，包括氢氧化钠溶液、氨水、氢氧化钾溶液、硫酸溶液、盐酸溶液和乙酸溶液，这些溶液可通过市场采购来的氢氧化钠、氨水、氢氧化钾、硫酸、盐酸、乙酸根据浓度需要，分别与水简单的配制得到。

本发明中涉及多种仪器，包括ph计、控制电箱、抽液泵、计量泵、循环泵、过滤机、溢流斗，这些仪器均可通过市场采购得来，如ph计可采用市售的耐高温耐酸碱式工业在线ph计，控制电箱可采用市售的带有plc控制器的电箱。

以下所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，所描述的步骤也不是用以限制其执行顺序。本领域技术人员结合现有公知常识对本发明做显而易见的改进，亦落入本发明要求的保护范围之内。

方法实施例

一种化学镀自动补液方法，它包括以下步骤：1)通过ph计检测镀液的ph值，ph计自动将检测到的ph值信号传输到控制电箱；2)控制电箱根据该ph值信号发送相应的控制信号给计量泵，以控制计量泵的启闭；3)当计量泵启动时，第一计量泵抽取用于调节镀液ph的药液a，药液a经过预热后，从辅助槽进入镀槽；4)同时第二计量泵抽取用于调节镀液成分的药液b，药液b经过预热后，从辅助槽进入镀槽。

ph计可以放在辅助槽或镀槽内直接接触镀液，但由于补液过程中整个镀槽镀液的酸碱度需要等镀液充分循环后才能稳定，所以检测ph值时镀液需保持均匀稳定，通常辅助槽的体积较小，ph计更便于接触辅助槽内镀液进行检测。如果镀槽的空间很大，需要等镀液循环稳定后，再向镀槽的内槽壁上放入ph计检测，此时靠近镀槽内槽壁的局部镀液ph值可以代表整个镀槽镀液的ph值。检测ph值还可以从均匀稳定的镀液中采集出少量的被测试液，这样更利于精确检测、精确补液。总之，ph计能够实时地检测到镀液的ph值。

控制电箱内预设有用于指示计量泵开始工作的ph起始值和用于指示计量泵停止工作的ph终止值。当检测到镀液的ph值低于镀液初始的ph值时，药液a为碱液，检测到的ph值小于ph起始值，计量泵启动，检测到的ph值等于ph终止值，计量泵关闭。当检测到镀液的ph值高于镀液初始的ph值时，药液a为酸液，检测到的ph值大于ph起始值，计量泵启动，检测到的ph值等于ph终止值，计量泵关闭。

虽然第一计量泵和第二计量泵同时启动、同时关闭，药液a和药液b也同时补充循环，但是由于药液a和药液b所需的补充量不同，所以第一计量泵和第二计量泵的流量或者流速需要根据药液a和药液b的补充量来调节。比如药液a的补充量和药液b的补充量之比通常在0.1～6的范围内，所以第一计量泵和第二计量泵的流量或者流速之比也在0.1～6的范围内。

药液a为0.1～4mol/l的碱液或酸液，碱液为氢氧化钠溶液、氨水或氢氧化钾溶液，酸液为硫酸溶液、盐酸溶液或乙酸溶液。药液b的成分根据不同的原始镀液而有所不同，其成分种类与原始镀液的成分种类相同，主要包括金属离子和还原剂，比如化学镀镍时药液b主要包括以下浓度的组分：10～50g/l六水硫酸镍、15～65g/l次磷酸钠。

所述预热的方式为传热管或热交换器直接接触药液加热，或者将热媒通过加热容器间接接触药液加热。

所述预热温度小于等于镀槽内镀液温度，大于等于镀液温度的1/2。比如镀槽内镀液温度为80℃，则预热温度可选择40～80℃范围内的任意值，如40℃、50℃、60℃、70℃、80℃。

实例1

镀液初始ph＝5.50，硫酸镍浓度16g/l，次磷酸钠浓度40g/l，镀液初始镀速10μm/h；药液a为2mol/l氢氧化钠溶液，药液b包括16g/l硫酸镍和40g/l次磷酸钠。第一计量泵的流量设置成第二计量泵的流量的3倍。在控制电箱面板测量参数界面中将ph起始值设置为4.20，ph终止值设置为6.50。

施镀过程中ph计检测到辅助槽镀液ph＝4.10。计量泵开始启动工作，第一计量泵抽取药液a，即氢氧化钠溶液经过预热后，从辅助槽进入镀槽；同时第二计量泵抽取药液b，药液b经过预热后，从辅助槽进入镀槽。循环一段时间后，ph计检测到辅助槽镀液ph＝6.50，计量泵停止工作，此时药液b已补25l，药液a氢氧化钠溶液已补75l。镀液镀速重新恢复为10μm/h。

实例2

镀液初始ph＝8.50，硫酸镍浓度30g/l，次磷酸钠浓度35g/l，镀液初始镀速20μm/h；药液a为2mol/l硫酸溶液，药液b包括30g/l硫酸镍和35g/l次磷酸钠。第一计量泵的流量设置成第二计量泵的流量的4倍。在控制电箱面板测量参数界面中将ph起始值设置为10.50，ph终止值设置为7.50。

施镀过程中ph计检测到辅助槽镀液ph＝10.65。计量泵开始启动工作，第一计量泵抽取药液a，即硫酸溶液经过预热后，从辅助槽进入镀槽；同时第二计量泵抽取用于调节镀液成分的药液b，药液b经过预热后，从辅助槽进入镀槽。循环一段时间后，ph计检测到辅助槽镀液ph＝7.50，计量泵停止工作，此时药液b已补20l，药液a硫酸溶液已补80l。镀液镀速重新恢复为20μm/h。

系统实施例

如图2～4所示，一种化学镀自动补液系统，包括镀槽13和补液装置，镀槽也称主槽。补液装置包括储液容器和计量泵，储液容器的输出端口与计量泵的输入端口连接。

镀槽13与补液装置之间设有辅助槽10，辅助槽10的输入端口前设有用于加热补液的预热装置9，辅助槽10的输出端口与镀槽13的输入端口连接；预热装置9的输入端口与计量泵的输出端口连接，预热装置9的输出端口与辅助槽10的输入端口连接。预热装置9可以是直接接触补液的传热管或热交换管，预热装置9也可以是连接在计量泵与辅助槽10之间的加热槽。

辅助槽10或镀槽13的内槽壁上设有与一控制电箱电连接的耐高温的ph计，ph计的信号输出端与控制电箱电连接，控制电箱与计量泵电连接。当ph计设在辅助槽10的内槽壁上时，控制电箱可以设置在靠近辅助槽10的位置；当ph计设在镀槽13的内槽壁上时，控制电箱可以设置在靠近镀槽13的位置。

辅助槽10与镀槽13之间设有循环泵11和过滤机12，辅助槽10的输出端口与循环泵11的输入端口连接，循环泵11的输出端口与过滤机12的输入端口连接，过滤机12的输出端口与镀槽13的输入端口连接。

镀槽13的内槽壁上设有溢流斗14，溢流斗14的输入端口与过滤机12的输出端口连接，溢流斗14的输出端口与镀槽13的输入端口连接。

储液容器包括储存药液a的药液a罐1和药液a储存罐3。药液a为0.1～4mol/l的碱液或酸液，碱液为氢氧化钠溶液、氨水或氢氧化钾溶液，酸液为硫酸溶液、盐酸溶液或乙酸溶液。药液a罐1的输出端口与第一抽液泵2的输入端口连接，第一抽液泵2的输出端口与药液a储存罐3的输入端口连接，药液a储存罐3的输出端口与第一计量泵4的输入端口连接，第一计量泵4的输出端口与预热装置9的输入端口连接，预热装置9的输出端口与辅助槽10的输入端口连接。

储液容器还包括储存药液b的药液b罐5和药液b储存罐7。药液b的成分根据不同的原始镀液而有所不同，其成分种类与原始镀液的成分种类相同，主要包括金属离子和还原剂，比如化学镀镍时药液b主要包括以下浓度的组分：10～50g/l六水硫酸镍、15～65g/l次磷酸钠。药液b罐5的输出端口与第二抽液泵6的输入端口连接，第二抽液泵6的输出端口与药液b储存罐7的输入端口连接，药液b储存罐7的输出端口与第二计量泵8的输入端口连接，第二计量泵8的输出端口与预热装置9的输入端口连接，预热装置9的输出端口与辅助槽10的输入端口连接。

上述第一抽液泵2为离心泵或隔膜泵，第二抽液泵6为离心泵或隔膜泵。

药液a的输送路线为药液a罐1→第一抽液泵2→药液a储存罐3→第一计量泵4→预热装置9→辅助槽10→循环泵11→过滤机12→溢流斗14→镀槽13。也就是说，第一抽液泵2将药液a罐1内的药液a泵入药液a储存罐3，药液a储存罐3内的药液a泵入第一计量泵4，第一计量泵4根据所需的补充量将药液a抽取出来，经过预热装置9进入辅助槽10内，循环泵11将辅助槽10的药液a泵入到过滤机12，然后进入溢流斗14，待溢流斗14内液位满后，药液a就会溢出来流入镀槽13。

药液b的输送路线为药液b罐5→第二抽液泵6→药液b储存罐7→第二计量泵8→预热装置9→辅助槽10→循环泵11→过滤机12→溢流斗14→镀槽13。也就是说，第二抽液泵6将药液b罐5内的药液b泵入药液b储存罐7，药液b储存罐7内的药液b泵入第二计量泵8，第二计量泵8根据所需的补充量将药液b抽取出来，经过预热装置9进入辅助槽10内，循环泵11将辅助槽10的药液b泵入到过滤机12，然后进入溢流斗14，待溢流斗14内液位满后，药液b就会溢出来流入镀槽13。

容易理解，为了防止药液b中金属离子发生沉淀，药液a与药液b应分两路分别经各自对应的计量泵、预热装置后进入辅助槽，然后一起经过循环泵11→过滤机12→溢流斗14后流入镀槽13。

以上仅是本发明的特征实施范例，对本发明保护范围不构成任何限制。凡采用同等交换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。