CN100467677C - 线状不良导电体连续电镀阳极装置 - Google Patents

Abstract

线状不良导电体连续电镀阳极装置，它涉及一种阳极装置。本发明至少由一个阳极单元1组成，阳极单元1由阳极6和两块绝缘挡板2组成，阳极6内部开有通道4，两块绝缘挡板2分别连接在通道4的上端口8和下端口9上，两块绝缘挡板2上均开有通孔3，两个通孔3的轴心线与通道4的轴心线相重合，阳极6内部的通道4为喇叭形。本发明的阳极装置获得的镀层均匀性好、结晶致密，具有良好的耐蚀性和机械性能；由于通过特殊的阳极形状控制了金属电沉积的电流密度，单个镀槽的阳极长度就可以设计到最大限度，在不增加镀槽数量的条件下实现连续电镀生产线提速，提高生产效率。

Description

线状不良导电体连续电镀阳极装置

技术领域：

本发明涉及一种阳极装置，具体涉及一种用于导电性不良的线材表面电镀金属或合金的阳极装置。

背景技术：

随着复合材料的不断发展，非金属材料表面电镀金属或合金的工业化生产越来越普及。例如，碳纤维增强金属基复合材料具有高比强度、高比模量、耐高温、耐蠕变、热膨胀系数小等一系列优异性能，在现代航空、航天及武器装备等领域具有广泛的应用前景，为了提高碳纤维与金属基体的结合强度，碳纤维表面需要金属化处理；再如，镀覆不同金属的金属芯线已广泛应用于通信、电力电缆、电子元器件、电机、电器等领域，这些领域要求线材产品必须保持连续生产并要保持数万米质量的一致性。碳纤维导电能力弱，以及金属线材在连续高速电镀过程中作为阴极，会产生较大的电压降，使得阴极电流密度分布不均匀，电沉积金属的质量差。

发明内容：

本发明为了解决导电性不良的线材连续电镀过程中电流密度分布不均匀问题，提供一种用于提高线材连续电镀质量的线状不良导电体连续电镀阳极装置。本发明的线状不良导电体连续电镀阳极装置至少由一个阳极单元组成，阳极单元由阳极和两块绝缘挡板组成，阳极内部开有通道，两块绝缘挡板分别连接在通道的上端口和下端口上，两块绝缘挡板上均开有通孔，两个通孔的轴心线与通道的轴心线相重合，阳极内部的通道为喇叭形。本发明的阳极形状与基材的电阻率、镀液的电阻率、电沉积金属或氧化物的电阻率有关，并可通过公式精确计算，可用于导电化处理的线状绝缘材料、导电高分子材料、连续电镀金属或合金以及金属线材连续高速电镀。采用本发明设计的异型阳极装置，能使导电性不良的线材连续电镀的整个镀区内阴极电流密度均匀分布，保证被镀线材运行到镀区内的任何位置时，都能在最佳电流密度下电沉积。本发明的阳极装置具有如下特点：a、获得的镀层均匀性好、结晶致密，具有良好的耐蚀性和机械性能；b、由于通过特殊的阳极形状控制了金属电沉积的电流密度，单个镀槽的阳极长度就可以设计到最大限度，在不增加镀槽数量的条件下实现连续电镀生产线提速，提高生产效率；c、采用精确设计的异型阳极，能够减小被镀线材与阳极间的距离，降低溶液的电压降，达到降低能耗的目的；d、可以实现多股电镀。

附图说明：

图1为本发明阳极装置的剖视图，图2为图1的A-A剖视图，图3为具体实施方式四的阳极装置的剖视图，图4为图3的B-B俯视图，图5为具体实施方式五阳极装置的剖视图，图6为图5的C-C俯视图。

具体实施方式：

具体实施方式一：参见图1和图2，本实施方式的线状不良导电体连续电镀阳极装置由一个阳极单元1组成，阳极单元1由阳极6和两块绝缘挡板2组成，阳极6内部开有通道4，两块绝缘挡板2分别连接在通道4的上端口8和下端口9上，两块绝缘挡板2上均开有通孔3，两个通孔3的轴心线与通道4的轴心线相重合，阳极6内部的通道4为喇叭形。对于非金属线材连续电镀，所述通道4的长度L由以下公式得出： $L={\left[\frac{r_0{\mathrm{\ρ}}_{L}m}{\mathrm{d\ρ}}\ln \frac{R\left(0\right)}{R\left(L\right)}\right]}^{1/2},$ 喇叭形的通道4各圆形截面的半径由以下公式得出： $R\left(x\right)=R\left(0\right)\exp (-\frac{\mathrm{d\ρL}}{r_0{\mathrm{\ρ}}_{L}m}x),$ 式中：R(0)为电流导入端的阴阳极间的距离，R(L)为电流导入远端的阴阳极间的距离，ρ为电镀金属的电阻率，ρ_L为电镀液的电阻率，d为金属密度，m为单位面积电镀金属的量，r₀为被镀线材的半径。对于金属线材连续电镀，所述通道4的长度L由以下公式得出： $L=r_0{\left[\frac{{\mathrm{\ρ}}_L}{\mathrm{\ρ}}\ln \frac{R\left(0\right)}{R\left(L\right)}\right]}^{1/2},$ 喇叭形的通道4各圆形截面的半径由以下公式得出： $R\left(x\right)=R\left(0\right)\exp \left[\frac{\mathrm{\ρ}}{{\mathrm{\ρ}}_L{r}_0^2}(x^2-2\mathrm{Lx})\right],$ 式中：R(0)为电流导入端的阴阳极间的距离，R(L)为电流导入远端的阴阳极间的距离，ρ为电镀金属的电阻率，ρ_L为电镀液的电阻率，r₀为被镀线材的半径。

具体实施方式二：参见图5，本实施方式与具体实施方式一不同的是，阳极单元1中增加有一个阳极7，阳极7与阳极6结构相同，阳极6内部通道4的下端口8与阳极7内部通道4的上端口10同一弧度衔接，阳极6和阳极7内部通道4的轴心线相重合。其他组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：参见图3，本实施方式与具体实施方式一、二不同的是，多个阳极单元1相互平行并列垂直排列连接。其他组成和连接关系与具体实施方式一、二相同。

具体实施方式四：参见图3和图4，本实施方式以在碳纤维或导电化处理的非金属纤维表面电镀铜为例，线状不良导电体连续电镀阳极装置由十个阳极单元1相互平行并列垂直排列连接而成，线材5通过下端口9上的通孔3进入阳极6的通道4中，通过阴极导电辊12从通道4的上端口8上的通孔3导出，其中：纤维直径φ＝0.5mm，确定阳极装置电流导入端的阴阳极间的距离R(0)＝30mm，远端的阴阳极间的距离R(L)＝5mm，铜的电阻率ρ_Cu＝1.63×10^-8Ω·m，电镀液的电阻率ρ_L＝0.41Ω·m，铜的密度d＝8.94×10³kg/m³，单位面积电镀铜的量m＝17.8×10^-3kg/m²(厚度2μm)，根据通道4的长度L由以下公式得出： $L={\left[\frac{r_0{\mathrm{\ρ}}_{L}m}{d{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{Cu}}}\ln \frac{R\left(0\right)}{R\left(L\right)}\right]}^{1/2},$ 确定通道4的长度为L＝0.15m。根据喇叭形的通道4各圆形截面的半径由以下公式得出： $R\left(x\right)=R\left(0\right)\exp (-\frac{d{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{Cu}}L}{r_0{\mathrm{\ρ}}_{L}m}x),$ 确定的纤维表面连续电镀铜通道4的截面半径尺寸列于表1：

表1

 

x/mm	0	15	30	45	60	75	90	105	120	135	150
												R(x)/mm	30	25.1	20.9	17.5	14.6	12.2	10.2	8.5	7.1	6.0	5.0

根据电镀铜的电流密度j＝3A/dm²，电流效率98％、铜的电化学当量g＝3.293×10^-7kg/C^-1和生产线运行速度的计算公式 $\mathrm{\υ}=\frac{\mathrm{g\ηjL}}{m},$ 计算得到的导电化纤维表面连续电镀铜的运行速度为0.049m/min。

具体实施方式五：参见图5和图6，本实施方式以铜线连续高速电镀锡为例，线状不良导电体连续电镀阳极装置由十个阳极单元1相互平行并列垂直排列连接而成，每个阳极单元1由阳极6、阳极7和两块绝缘挡板2组成，阳极6与阳极7结构相同，阳极6内部开有喇叭形通道4，阳极6内部的通道4的下端口9与阳极7内部的通道4的上端口10同一弧度衔接，阳极6和阳极7内部通道4的轴心线相重合，两块绝缘挡板2分别连接在阳极6内部通道4的上端口8和阳极7内部通道4的下端口11上，两块绝缘挡板2上均开有通孔3，两个通孔3的轴心线与通道4的轴心线相重合，线材5通过阳极7内部通道4的下端口11上的通孔3依次进入阳极7和阳极6的通道4中，通过阴极导电辊12从阳极6内部的通道4的上端口8上的通孔3导出，其中铜线直径φ0.5mm，电流导入端的阴阳极距离R(0)＝30mm，远端阴阳极距离R(L)＝5mm，铜的电阻率ρ_Cu＝1.63×10^-8Ω·m，电镀液的电阻率ρ_L＝0.21Ω·m，根据通道4的长度L由以下公式得出： $L=r_0{\left[\frac{{\mathrm{\ρ}}_L}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{Cu}}}\ln \frac{R\left(0\right)}{R\left(L\right)}\right]}^{1/2},$ 确定两端进电的通道4的长度为2L＝2.4m。根据喇叭形的通道4各圆形截面的半径由以下公式得出： $R\left(x\right)=R\left(0\right)\exp \left[\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{Cu}}}{{\mathrm{\ρ}}_L{r}_0^2}(x^2-2\mathrm{Lx})\right],$ 计算得到的铜线表面连续电镀锡的通道4的截面半径尺寸列于表2：

表2

 

x/mm	0	30	60	120	200	300	400	500	600	800	1200
												R(x)/mm	30	27.5	25.2	21.4	17.4	13.7	11.1	9.2	7.8	6.1	5.0

根据铜线连续高速电镀锡的电流密度j＝80A/dm²，电流效率η＝91％、锡的电化学当量g＝6.151×10^-7kg/C^-1，单位面积电镀锡的量m＝14.6×10^-3kg/m²(厚度2μm)，和生产线运行速度的计算公式 $\mathrm{\υ}=\frac{2\mathrm{g\ηjL}}{m}$ 计算得到铜丝连续高速电镀锡的运行速度为44.2m/min。

Claims (7)

1、线状不良导电体连续电镀阳极装置，它至少由一个阳极单元(1)组成，阳极单元(1)由阳极(6)和两块绝缘挡板(2)组成，阳极(6)内部开有通道(4)，两块绝缘挡板(2)分别连接在通道(4)的上端口(8)和下端口(9)上，两块绝缘挡板(2)上均开有通孔(3)，两个通孔(3)的轴心线与通道(4)的轴心线相重合，其特征在于阳极(6)内部的通道(4)为喇叭形。

2、根据权利要求1所述的线状不良导电体连续电镀阳极装置，其特征在于通道(4)的长度(L)由以下公式得出： $L={\left[\frac{r_0{\mathrm{\ρ}}_{L}m}{\mathrm{d\ρ}}\ln \frac{R\left(0\right)}{R\left(L\right)}\right]}^{1/2}$ ，式中：R(0)为电流导入端的阴阳极距离，R(L)为电流导入远端的阴阳极距离，ρ为电镀金属的电阻率，ρ_L为电镀液的电阻率，d为金属密度，m为单位面积电镀金属的量，r₀为被镀线材的半径。

3、根据权利要求1或2所述的线状不良导电体连续电镀阳极装置，其特征在于喇叭形的通道(4)各圆形截面的半径由以下公式得出： $R\left(x\right)=R\left(0\right)\exp (-\frac{\mathrm{d\ρL}}{r_0{\mathrm{\ρ}}_{L}m}x),$ 式中：R(0)为电流导入端的阴阳极距离，R(L)为电流导入远端的阴阳极距离，ρ为电镀金属的电阻率，ρ_L为电镀液的电阻率，d为金属密度，m为单位面积电镀金属的量，r₀为被镀线材的半径。

4、根据权利要求1所述的线状不良导电体连续电镀阳极装置，其特征在于通道(4)的长度(L)由以下公式得出： $L=r_0{\left[\frac{{\mathrm{\ρ}}_L}{\mathrm{\ρ}}\ln \frac{R\left(0\right)}{R\left(L\right)}\right]}^{1/2}$ ，式中：R(0)为电流导入端的阴阳极距离，R(L)为电流远端的阴阳极距离，ρ为电镀金属的电阻率，ρ_L为电镀液的电阻率，r₀为被镀线材的半径。

5、根据权利要求1所述的线状不良导电体连续电镀阳极装置，其特征在于喇叭形的通道(4)各圆形截面的半径由以下公式得出：

$R\left(x\right)=R\left(0\right)\exp \left[\frac{\mathrm{\ρ}}{{\mathrm{\ρ}}_L{r}_0^2}(x^2-2\mathrm{Lx})\right],$ 式中：R(0)为电流导入端的阴阳极距离，R(L)为电流远端的阴阳极距离，ρ为电镀金属的电阻率，ρ_L为电镀液的电阻率，r₀为被镀线材的半径。

6、根据权利要求1所述的线状不良导电体连续电镀阳极装置，其特征在于在阳极单元(1)中增加有一个阳极(7)，阳极(7)与阳极(6)结构相同，阳极(6)内部通道(4)的下端口(9)与阳极(7)内部通道(4)的上端口(10)同一弧度衔接，阳极(6)和阳极(7)内部通道(4)的轴心线相重合。

7、根据权利要求1或6所述的线状不良导电体连续电镀阳极装置，其特征在于多个阳极单元(1)相互平行并列垂直排列连接。

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