CN1035833C - 电镀线材的设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种单轮引镀设备、待镀线材盘绕在浸在电镀液的鼠笼式圆柱形绕线轮和带有一定间隔环形沟槽的拨线阴极轴上。电镀主阳极作成U字形与镀液中的待镀线材分布的几何构形相配合，在绕线轮中配套插筒阳极以使电镀电流在镀液中均匀分布，其特点是，此引镀设备还配置行星搅拌装置，搅拌效果好，提高了设备效率，而且节省了能源。

Description

电镀线材的设备

本发明涉及电镀线材的设备，更具体地讲，涉及将线材分布在电镀浴液内的一个鼠笼式绕线轮上，绕线轮连续地转动，被镀线材不断通过电镀浴液，连续地在线材表面电镀沉积金属的设备。

在金属线材表面电镀沉积另一种金属或几种金属的合金，已经采用过多种设备和方法。典型的设备有水平运动式，即将要镀的线材直线水平式地连续通过镀液，控制线材前进的速度和电镀电流的密度，以得到一定厚度的镀层。这种设备的缺点是占地面积大，镀槽持液量大，生产效率低，设备复杂且投资高；但有其操作方便的优点。

另一种典型的设备是折线浸入式，镀槽中装有改变线材前进方向的导轮，线材以折线的方式在镀槽浴液中通过。此法减少了镀槽的占地面积和持液量，但设备仍然比较复杂，而且操作不方便，效率也不太高。

盘绕式电镀线材的设备克服了上述二种方式的缺点，减少了设备的占地面积和镀槽持液量。如WO90/11389中公开的一种线材引镀装置，它由镀槽、引镀轮、拔线阴极轴及阳极组成。但是，该文献中并未公开镀液的搅拌装置。

通常，在电镀线材时，为了克服被镀线材周围镀液的浓度梯度，提高电镀效率，一般采用镀液循环搅拌或压缩空气搅拌的方式来搅拌镀液。但是，镀液循环搅拌对电镀线材的设备来说，效率较低。而用压缩空气搅拌，容易造成阴极吸附气泡，也不利于电镀效率提高。

因此，在电镀线材的领域，一直希望能有一种新的高效电镀设备，它既有盘绕式电镀线材设备的占地面积小和镀槽持液量少的优点，又能在镀槽内，尤其是靠近被镀线材附近实施镀液的高速搅拌，从而提高电镀效率。本发明人通过反复实验，意外地发现，通过在卧式的盘绕式电镀线材设备的基础上，合理配置一套行星搅拌装置，就能高速搅拌被镀线材附近的镀液，克服被镀线材周围镀液的浓度梯度，从而提高阴极附近的传质过程，达到提高电镀效率(即实现高速电镀)的目的。

根据本发明的第一方面，提供了一种电镀线材的设备，该设备包括，电镀浴液槽，盘绕待镀线材园柱形绕线轮，带有间隔5-20毫米环沟槽的金属阴极轴，电镀阳极，其特征在于，卧式放置在电镀槽内的由轮杆组成的绕线轮的至少一个端面有外齿轮，外齿轮和阴极轴之间有中间齿轮传动机构，马达带动阴极轴，阴极轴通过中间齿轮传动机构驱动绕线轮，使线材连续通过镀液，在绕线轮的内部配置了由行星框架，行星齿轮和行星搅拌浆组成的搅拌装置，其中所说的行星搅拌浆与行星齿轮直接连接在行星框架上，绕线轮的一个端面配置了内齿圈，内齿圈与行星齿轮啮合，驱动行星搅拌浆既绕阳极轴作公转运动，又绕行星框架作自转运动。

根据本发明一种优选方案，还提供了一种电镀线材的设备，它除了上述第一方面的设备的特征之外，还在所说行星框架的一端装有外齿轮，另配搅拌电机，搅拌电机通过中间传动齿轮驱动外齿轮，此外齿轮带动行星框架转动，进而带动行星齿轮和行星搅拌浆运动。

在本发明的引镀线材设备中，所说的阴极轴置于镀液之上，即阴极轴不与镀液接触；待镀线材是盘绕在阴极轴的沟槽和绕线轮上，线材按阴极轴上沟槽的间隔排布。这样阴极轴就即起到了阴极的作用，也起到排布盘绕线材的作用。另外，阴极轴通过中间齿轮直接与单轮上的外齿轮啮合，驱动单轮转动，完成将待镀线材牵引过镀槽的作用。至于阴极轴的材质，可选用任何导电性好，并具有足够强度的金属材料，如铜，铜合金等。

上述所说的盘绕待镀线材的园柱形绕线轮中的园柱形，是指基本构形为园柱形。因园柱面是由轮杆组成，严格地讲，六根轮杆组成绕线轮，其横断面应为正六边形；由十二根轮杆组成的绕线轮，断面应为正十二边形，此处为文字叙述简单，都统称为园柱形。绕线轮的轮杆应选用绝缘性能好，耐镀液腐蚀，强度好的材质。因单轮上盘绕待镀线材，浸在镀液中，在线材表面沉积被镀金属的过程中，线材表面直接与镀液进行电化学反应，因此必需采用由轮杆组成的鼠笼式单轮，而不能采用筒形封闭式单轮。

待镀线材盘绕在单轮和阴极轴上，每匝线材都在阴极轴上的沟槽内通过，线材在单轮上的排布受阴极轴沟槽间隔的控制，即不会重叠，也不会间隔过大。线材与阴极轴直接接触，阴极轴与电镀电源的阴极相联，线材即成为电镀反应的阴极。

绕线轮的至少一个端面有外齿轮，外齿轮通过中间齿轮与阴极轴相啮合，马达驱动阴极轴转动时，阴极轴也通过中间齿轮带动绕线轮牵引被镀线材通过电镀液。线材在镀液内停留的时间，即电镀线材的时间，由阴极轴上环形沟槽的数量，也就是线材盘绕在绕线轮和阴极轴上的匝数和绕线轮的转速决定。

另外绕线轮的一个端面的内缘配置内齿圈，内齿圈与绕线轮内部空腔中配置的行星排中的齿轮啮合，与行星框架共同组成行星搅拌机构。

在本发明的引镀设备中，待镀线材在镀液中按一定间隔盘绕在绕线轮上，线材的分布构成基本是园筒形的空间构形，只是在镀液液面位置，因线材要盘绕到阴极轴上，而留下缺口。这样的空间构形对配置几何形状合理的阳极非常有利。配置一U形阳极围住绕线轮，再以绕线轮中轴为基础，在绕线轮内配置一园筒形插筒阳极，就能使镀液内的电场分布十分均匀，而且阳极的有效面积大，有利于提高电流密度，提高生产效率。

在具体实施本发明的引镀设备时，采用行星搅拌装置，比用压缩空气搅拌节省设备投资，比用镀液循环搅拌节省动力消耗。行星搅拌装置只在镀槽中最需要搅拌的位置进行局部搅拌，效率高且节省成本。引镀设备中的行星搅拌装置由行星框架，行星齿轮，行星框架齿轮，绕线轮上的内齿圈和行星搅拌浆组成。行星框架是指支撑行星齿轮和行星搅拌浆的框架，它插在园柱形绕线轮内腔；在它的一端装有齿轮，即行星框架齿轮。此齿轮通过中间传动齿轮与驱动行星搅拌机构的电机相配合，电机通过所说中间传动齿轮驱动此齿轮。此齿轮带动行星框架上的行星齿轮，再带动行星搅拌浆。另外，行星框架上的行星齿轮还与绕线轮上的内齿圈相啮合，所以绕线轮上内齿圈也可看作是行星搅拌机构的一部分。当绕线轮转动时，齿圈的运动也带动行星齿轮转动。

因此，本发明的引镀设备中配置了二部分驱动装置。一部分是马达驱动阴极轴，再带动绕线轮，通过绕线轮的内齿圈带动行星齿轮驱动装置，此部分采用无级调速电机，调速比的范围为1∶10。另一部分驱动装置是指用另一电机驱动行星框架齿轮，再带动行星齿轮和搅拌浆。

附图1、2和3是本发明引镀装置的基本结构原理图。图中，1表示牵引电机，即前述无级调速电机。它通过传动齿轮驱动阴极导电轴2。阴极导电轴通过中间齿轮3，驱动绕线轮底面的外齿轮4，绕线轮转动，完成牵引待镀线材运动的功能。图中8表示绕线轮的轮杆，待镀线材盘绕在绕线轮的轮杆和阴极轴的沟槽上。6表示绕线轮内的插筒阳极，此阳极通过导电杆10与电源连通；U字形阳极未在此图上标出。行星框架5支撑着行星齿轮9和行星搅拌浆7，行星框架的一端配置了行星框架齿轮13和与绕线轮的内齿圈14相啮合的行星齿轮9。齿轮13通过中间齿轮12与搅拌电机11相联接，由电机11驱动。这样，搅拌电机通过中间传动装置带动行星框架齿轮，再带动行星框架、行星齿轮和行星搅拌浆；绕线轮齿圈14也驱动行星齿轮和搅拌浆，完成机械搅拌作用。附图中15表示镀液液面，16表示U形阳极，17表示待镀线材。

附图只说明本发明提供设备的基本原理。

本发明所涉及的线材引镀设备，可以简称为引镀机，是线材高速电镀的关键设备，可按其被镀线材的尺寸范围，设备大小，应用范围等分类，并编成型号。但结构原理相同，只是把阳极改为被镀金属制作。

                 表1  线材引镀设备及应用范围

类    型	被镀线材尺寸范围(直径d)	绕线轮直径	应用范围
				YD-1型	d＜φ1.2mm	300～500mm	镀铜、镀镍、镀锌、镀锡等
YD-2型	d＜φ0.5mm	200～300mm	镀锡、镀银、镀金等
				YD-3型	d＝φ1.2～φ5mm	500～800mm	镀铜、镀锌、镀锡等

工艺流程如附图4所示。

实例：YD-1型线材引镀机组成及钢丝高速引镀铜的方法。

附图4是表示钢丝高速引镀铜的工艺流程。被镀钢丝在连续电镀时通过除油、活化、预镀镍(或铜)等预处理，盘绕在镀铜引镀机上实施电镀。YD-1型线材引镀机这里作为钢丝高速引镀铜的主要设备。其主要组成是由接线阴极轴、绕线轮、简单行星排搅拌机构、阳极、双驱动装置和支架等机构组成。

接线阴极轴是一根两端装有传动齿轮的、中间均布40～50个，间距为10mm，深度为2mm接线槽的，直径为80mm的青铜轴，一端与驱动电机相啮合，另一端通过中间齿轮与绕线轮的外齿轮相啮合；绕线轮是由8根绝缘性好，强度较高的胶木轮杆把两端分别以齿圈和外齿轮为端面连接起来，组成直径约400mm鼠笼式绕线轮，简称绕线轮；简单行星排搅拌机构是由六个行星齿轮直接连接并驱动六个行星搅拌浆，通过框架支撑，装于绕线轮的内部空间，并通过行星齿轮与绕线轮的齿圈啮合组成行星搅拌机构，其中行星框架一端的外齿轮(或呼大齿轮)通过中间齿轮与搅拌驱动电机相啮合；阳极分两部分：辅助阳极又称插筒阳极，用园筒形钛篮内装上电解铜板制成装放在行星搅拌机构的行星搅拌浆内部空间，由支架的中间支撑轴支撑。不运动。主阳极用电解铜(或用钛制U形篮装上电解铜或紫铜杂料)制成装挂在绕线轮的外侧，并与绕线轮平行方向的支架阳极导电杆上；支架是支撑拨线阴极轴，绕线轮，简单行星搅拌机构，阳极的支架，行星框架绕线轮和插筒阳极是通过支架的中间支撑轴支撑起来，拨线阴极轴装在支架上部中央，并与中间支撑轴平行；阳极导电杆，装于阳极轴两侧，靠近镀槽壁，并平行与阴极轴，但高度略低于阳极轴。

被镀钢丝通过预处理进入引镀机实施电镀时，是将被镀线材通过拨线阴极轴上的拨线槽，依次有秩序的等间距的盘绕在绕线轮上，一般盘绕40匝，把绕线轮浸放在装有4001镀液，规格为800×770×700(长×宽×高)的镀铜槽中，在驱动电机的驱动下，使拨线阴极轴、绕线轮并带动被镀线同步运动。线速度与被镀线的牵引速度一致，一般为10～50m/min(无极可调)。同时在搅拌电机驱动和绕线轮的转动作用下，行星搅拌机构运动，带动行星搅拌浆作公转和自转运动，高速搅拌镀液，由于搅拌浆离被镀线较近，很容易使其被镀线附近的镀液高速运动呈喘流状态。有利用提高镀液的沉积速度和电流效率。其搅拌速度300～500r/min(无极可调)，镀铜浴液的沉积速度可达到0.01～0.1mm/min。

在保证预处理效果的前提下，若在φ0.6mm的钢丝上，镀0.5mm的铜镀层，使镀层的铜色钢丝呈φ0.7mm，主要的工艺参数以表2所示关系。

表2  工作电流、搅拌速度、走线速度三者关系

工作电流(A)	搅拌速度(r/min)	走线速度(m/min)
			300	250	10
350	300	14
			400	370	18

可以看出提高搅拌速度，有利于提高镀液的沉积速度。在保证镀层质量的前提下，镀一定厚度的铜镀层，提高搅拌速度，有利于提高工作电流，提高生产效率。

采用YD-1型引镀机在钢丝表面高速镀镍，将阳极更换为镍板，在工艺上被镀钢丝只通过除油、活化等预处理后，盘绕在镀镍引镀机上浸放在镀槽中进行电镀。镀线的镀层厚度应该根据技术要求确定，预计结果可以供应铜或镍镀层厚度一般要求为

δ＝0.1d

δ-镀层厚度

d-被镀钢丝直径如，工作电流、搅拌速度、走线速度等工艺参数可以根据镀层厚度确定。其钢丝表面镀镍的方法与镀铜的方法实本相同。

线材电镀重要的是根据被镀线尺寸范围选择适当的引镀设备，把阳极更换为被镀金属，浸放在被镀金属的电镀溶液中实施电镀。有利于连续生产、节约原材料、提高生产效率、降低生产成本。

Claims (2)

1.电镀线材的设备包括，电镀浴液槽，盘绕待镀线材园柱形绕线轮(8)，带有间隔5-20毫米环沟槽的金属阴极轴(2)，电镀阳极(6)和(16)，其特征在于，卧式放置在电镀槽内的由轮杆(8)组成的绕线轮的至少一个端面有外齿轮(4)，外齿轮(4)和阴极轴(2)之间有中间齿轮传动机构(3)，马达(1)带动阴极轴，阴极轴通过中间齿轮传动机构驱动绕线轮，使线材连续通过镀液，在绕线轮(8)的内部配置了由行星框架(5)，行星齿轮(9)和行星搅拌浆(7)组成的搅拌装置，其中所说的行星搅拌浆(7)与行星齿轮(9)直接连接在行星框架(5)上，绕线轮的一个端面配置了内齿圈(14)，内齿圈(14)与行星齿轮(7)啮合，驱动行星搅拌浆(7)既绕阳极轴(10)作公转运动，又绕行星框架(5)作自转运动。

2.根据权利要求1所述的电镀线材的设备，其特征在于，所说行星框架的一端装有外齿轮(13)，另配搅拌电机(11)，搅拌电机通过中间传动齿轮(12)驱动外齿轮(13)，此外齿轮(13)带动行星框架(5)转动，进而带动行星齿轮(9)和行星搅拌浆(7)运动。

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