CN105696045B - 用于模拟带钢高速连续电镀的试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于模拟带钢高速连续电镀的试验装置，其特征在于，所述试验装置包括支架，所述支架上设置有工作台，所述工作台上固定有工作槽，所述试验装置还包括工作电极系统，循环泵、储液槽，清洗槽，所述储液槽设置在工作槽的下方，所述试验用试样安装在工作电极系统上，通过调节电机旋转模拟带钢高速生产过程。该试验装置所有槽体均安装在支架上的固定位置，试验用试样安装在工作电极系统上，工作电极系统安装在工作台上。可以实现电镀全过程的自动操作，整个操作过程简单、效率高，安全性好。

Description

用于模拟带钢高速连续电镀的试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及一种电镀试验装置，特别涉及一种用于模拟带钢高速连续电镀的试验装置，属于电镀技术领域。

背景技术

随着我国汽车、家电、食品包装行业的快速发展，各种镀层钢铁产品的用量快速增加，产品表面质量要求也越来越高，这对生产这些产品的电镀机组提出了更高的要求。电镀过程是一个复杂的电化学过程，电镀产品的质量除与镀液的配方有关外，还与镀件表面状况、镀液的流动状况、镀液与空气的接触程度等因素有关。

传统的模拟电镀试验采用霍尔槽，霍尔槽试验可试验电流密度和电极距离对镀层表面质量的影响，这种试验方法无法反映镀液的流动状况对镀层表面质量的影响。在有关电镀试验装置方面，实用新型专利 201320146361.8 提出了一种均匀电镀的电镀槽，该均匀电镀试验槽包括槽体、阳极和阴极，其特征在于：所述阳极和阴极采用平板结构，所述阳极和阴极相互平行设置。由于本试验槽中的阳极和阴极采用平板结构，并且以相互平行的方式设置，在阳极和阴极之间的形成一个均匀的电场，从而得到具有均匀镀层的样品。从可查阅的文献资料看，现有技术中大多为平板电镀，旋转速度较低，而且只能进行单槽电镀，无法模拟高速电镀以及碱洗、酸洗、软熔和钝化等工艺流程，因此需要开发一种可满足高速连续电镀试验要求的试验装置。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种结构设计巧妙、高速连续电镀试验装置，利用该装置可实现带钢的高速连续电镀，用于新产品的开发和电镀工艺参数的评定。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下，一种用于模拟带钢高速连续电镀的试验装置，其特征在于，所述试验装置包括支架，所述支架上设置有工作台，所述工作台上固定有工作槽，所述试验装置还包括工作电极系统，循环泵、储液槽，清洗槽，传动轴、辅助电极、试样工作电极，所述储液槽设置在工作槽的下方，所述传动轴与工作电极系统相连接，所述辅助电极和工作电极系统均与整流器相连接，构成闭合回路，所述试样工作电极安装在工作电极系统上，通过调节电机旋转模拟带钢高速生产过程。

作为本发明的一种改进,所述工作槽包括碱洗槽、酸洗槽、电镀槽、软熔槽、钝化槽、助熔槽中的一个或者几个组合。

作为本发明的一种改进,所述储液槽中设置为加热装置和温度控制装置，待工作溶液加热到设定温度后，离心泵将溶液打入到工作槽中，所述工作槽上部开设有溢流口，保证液位的高度。底部开设有泪孔，保证在非工作状态下不存留试验溶液。溶液的流速通过离心泵的流量进行调节，离心泵采用的是变频电机，改变电机的转速实现流量的控制。

作为本发明的一种改进,所述电机包括旋转电机和垂直提升电机，垂直提升电机与旋转平台相连接，实现垂直运动；旋转电机与垂直提升电机的移动丝杆相连接，通过传动轴实现工作电极系统的高速旋转。

作为本发明的一种改进,所述工作电极系统包括上密封圈螺母、下密封圈螺母、上密封圈、下密封圈、聚四氟乙烯填充层，聚四氟乙烯填充层的上、下两侧分别设置有上密封圈和下密封圈，分别通过上密封圈螺母和下密封圈螺母进行固定，所述工作电极系统还包括碳刷，所述碳刷设置在聚四氟乙烯填充层内部。

作为本发明的一种改进,所述工作电极系统包括紧固螺母、紧固螺栓、上密封圈、下密封圈、底盖、聚四氟乙烯填充层以及碳刷，其中碳刷包括水平碳刷和垂直碳刷，所述碳刷镶嵌在聚四氟乙烯填充层外壁上，并延伸至聚四氟乙烯层内部轴心处，聚四氟乙烯填充层的上部和底盖上分别设置有上密封圈和下密封圈。

作为本发明的一种改进, 水平碳刷和竖直碳刷各有四根，水平碳刷位于聚四氟乙烯填充层内部，四根水平碳刷两两垂直，水平碳刷的外端分别与镶嵌在聚四氟乙烯填充层外壁凹槽内的竖直碳刷连接，水平碳刷的内端延伸至传动轴内部，水平碳刷之间没有直接接触。当紧固螺栓旋紧到紧固螺母内部时，将四根水平碳刷撑开，水平碳刷又将竖直碳刷撑开，并与试样紧密接触，使得试样、传动轴和碳刷形成三合一导体，聚四氟乙烯填充层的上部和底盖上分别设置有上密封圈和下密封圈；所述紧固螺栓一头大一头小，采用大小头设置，便于紧固螺栓旋紧和旋松，当旋紧紧固螺栓时，紧固螺栓小头端将四根水平碳刷撑开，使得镶嵌在聚四氟乙烯填充层外壁凹槽内的竖直碳刷撑开，竖直碳刷与试样紧密连接，增大试样与碳刷以及传动轴的接触面积，提升导电效果，紧固螺栓的小头端为导电材质。所述聚四氟乙烯填充层底部有内螺纹，所述底盖上部有外螺纹。聚四氟乙烯填充层内部空心，将底盖通过外螺纹与聚四氟乙烯填充层底部内螺纹相连接，上下密封圈可将试样牢牢固定在工作电极系统外壁。

作为本发明的一种改进,所述软熔槽内的底部设置有淬水槽，所述软熔槽的的中上部设置有感应线圈，感应线圈与整流器相连，所述感应线圈中设置有在线式红外测温器，其中在线式红外测温器与温控仪相连，用于测量带钢表面温度。

作为本发明的一种改进,辅助电极板呈圆筒状，试样工作电极通过工作平台插入到辅助电极板中心位置，两者与整流器相连接，构成闭合回路，通过改变整流器的正负极实现阴阳极的功能互换，以模拟碱洗和酸洗过程中阴阳极互换的过程。

作为本发明的一种改进,所述清洗槽中设置有喷淋装置，所述喷淋装置包括喷嘴以及与喷嘴相连接的管道，所述喷嘴通过管道连接离心泵。试样到达清洗槽后，清洗槽中的喷嘴自动喷淋，实现试样的清洗，防止对后续试验造成影响，清洗后的试样进入到下一个工作过程。

采用上述试验装置的试验方法，其特征在于，所述试验方法具体如下，试验过程实现全自动控制，在试验开始前设定试验参数，首先需要设定的是试验种类，碱洗、酸洗、电镀、软熔、钝化，以及它们间的组合，其次设定工作参数，包括：槽液温度、电流密度、试样在槽中的停留时间等，参数设定后系统进行准备，装置处于待机状况，待系统准备完毕后，系统请求操作人员发出开始试验的指令，系统接受到指令后，试验过程自动进行，直至所有的试验工作完成。所述试验装置模拟带钢连续生产全过程，包括碱洗、酸洗、电镀、软熔和钝化等工艺过程或者单独进行某一工艺过程的模拟，通过调节两台电机的走向和转速，来模拟带钢高速生产全过程，可实现带钢水平运动和垂直运动，旋转速度控制范围为0~350m/min。

作为本发明的一种改进,所述试验装置还具备软熔和淬水步骤，实施软熔工序的镀层板，如镀锡板的生产，试样首先通过移动装置使带钢在助熔中浸取，浸取后提升至移动支架的感应加热器进行软熔，软熔完毕后将试样浸入到清洗槽的水中，实现淬水功能。

相对于现有技术，本技术的优点如下： 1)该试验装置可以模拟带钢连续生产全过程，包括碱洗、酸洗、电镀和钝化等工艺过程，既可进行全过程的模拟，也可单独进行某一工艺过程的模拟，各个模拟试验之间互不干扰，进一步确保实验的准确性，便于电镀相关人员进行新产品工艺的开发和电镀工艺参数的评定等工作；2）试样安装在工作电极系统上，工作电极系统安装在工作台上，垂直提升电机实现垂直运动，旋转电机实现工作电极系统的高速旋转，通过调节旋转电机转速来模拟带钢高速生产全过程，速度控制范围0~350m/min；3）各工艺过程的模拟试验所用的电源是唯一的，试样始终连接电源的一极上，而各工作槽中的电极则根据需要进行切换，当试样移动到各工作槽时，工作槽中的电极与电源接通，而其它槽中的电极处于断开状态；4）整个试验过程实现全自动控制，包括：槽液温度、电流密度、试样在槽中的停留时间等，参数设定后系统进行准备，装置处于待机状况，待系统准备完毕后，系统请求操作人员发出开始试验的指令，系统接受到指令后，试验过程自动进行，直至所有的试验工作完成；5）该试验装置的碱洗、酸洗、电镀、钝化槽能够模拟流体的流动效果，溶液的流速通过离心泵的流量进行调节，离心泵采用的是变频电机，改变电机的转速实现流量的控制，该试验装置具有操作简便、效率高、操作安全、实验的准确度高。

附图说明

图1为本发明所述试验装置整体结构示意图；

图1-1为图1局部放大图；

图1-2为图1-1局部放大图；

图2为高速连续电镀试验装置俯视图；

图3为工作槽结构简图；

图4为清洗槽结构简图；

图5为软熔槽结构简图；

图6为本发明实施例9所述工作电极结构示意图；

图7为设置有实施例9所述工作电极的试验装置结构示意图；

图中： 1、旋转电机，2、垂直提升电机，3、工作槽，4、支架，5、 工作电极系统，6、移动丝杆，7、旋转平台，8、循环泵，9、辅助电极，10、储液槽，11、传动轴，12、溢流口，13、阳极板，14、试样工作电极，15、试验槽，16、泪孔，17、加热装置，18、清洗槽，19、喷嘴，20、离心泵，21上密封圈螺母，22、下密封圈螺母，23、上密封圈，24、下密封圈，25、碳刷，26、聚四氟乙烯填充层，27、底盖，28感应线圈，29、在线式红外测温器，30、淬水槽，31、紧固螺栓，32、紧固螺母。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述和介绍。

实施例1：参见图1，图1-1、图1-2、图3，一种用于模拟带钢高速连续电镀的试验装置，所述试验装置包括支架4，所述支架4上设置有工作台，所述工作台上固定有工作槽3，所述试验装置还包括工作电极系统5，循环泵8、储液槽10，清洗槽，传动轴11、辅助电极9、试样工作电极14，所述储液槽10设置在工作槽的下方，所述传动轴11与工作电极系统5相连接，所述辅助电极9和工作电极系统5均与整流器相连接，构成闭合回路，所述试样工作电极14安装在工作电极系统5上，通过调节电机旋转模拟带钢高速生产过程。该试验装置所有槽体均安装在支架上的固定位置，试样工作电极安装在工作电极系统5上，工作电极系统5安装在工作台上。可以实现电镀全过程的自动操作，整个操作过程简单、效率高，安全性好。

实施例2：参见图1、图2，作为本发明的一种改进,所述工作槽包括碱洗槽、酸洗槽、电镀槽、软熔槽、钝化槽、助熔槽中的一个或者几个组合。该试验装置可以模拟带钢连续生产全过程，包括碱洗、酸洗、电镀、软熔和钝化等工艺过程，既可进行全过程的模拟，也可单独进行某一工艺过程的模拟，单独模拟时互不影响，进一步确保实验效果的准确性。其余结构和优点与实施例1完全相同。

实施例3：参见图3，作为本发明的一种改进,所述储液槽中设置为加热装置17和温度控制装置，待工作溶液加热到设定温度后，离心泵20将溶液打入到工作槽3中，所述工作槽3上部开设有溢流口12，保证液位的高度。底部开设有泪孔16，保证在非工作状态下不存留试验溶液。溶液的流速通过离心泵20的流量进行调节，离心泵20采用的是变频电机，改变电机的转速实现流量的控制。其余结构和优点与实施例1完全相同。

实施例4：参见图1，作为本发明的一种改进,所述电机包括旋转电机1和垂直提升电机2，垂直提升电机2与旋转平台相连接，实现垂直运动；旋转电机与垂直提升电机的移动丝杆相连接，通过传动轴实现工作电极系统5的高速旋转，垂直提升电机实现垂直运动，旋转电机实现工作电极系统的高速旋转，通过调节旋转电机转速来模拟带钢高速生产全过程，速度控制范围0~350m/min。其余结构和优点与实施例1完全相同。

实施例5：参见图1—图1-2，作为本发明的一种改进,所述工作电极系统5包括上密封圈螺母21、下密封圈螺母22、上密封圈23、下密封圈25、聚四氟乙烯填充层26，聚四氟乙烯填充层的上、下两侧分别设置有上密封圈和下密封圈，分别通过上密封圈螺母和下密封圈螺母进行固定，所述工作电极系统5还包括碳刷25，所述碳刷25设置在聚四氟乙烯填充层内部。聚四氟乙烯填充层内部布置碳刷，碳刷具备良好的导电性能、耐磨损性能和耐腐蚀性能，使得带钢具备良好的导电性，增强导电效果；将上、下圆形密封圈分别套在聚四氟乙烯填充层的上、下面，防止镀液流入到聚四氟乙烯和试样工作电极14之间，造成试样工作电极14窜动，影响电镀效果。其余结构和优点与实施例1完全相同。

实施例6：参见图1、图3，作为本发明的一种改进,辅助电极9板呈圆筒状，试样工作电极14通过工作平台插入到辅助电极板中心位置，两者与整流器相连接，构成闭合回路，通过改变整流器的正负极实现阴阳极的功能互换，以模拟碱洗和酸洗过程中阴阳极互换的过程。其余结构和优点与实施例1完全相同。

实施例7：参见图4，作为本发明的一种改进,所述清洗槽18中设置有喷淋装置，所述喷淋装置包括喷嘴19以及与喷嘴相连接的管道，所述喷嘴通过管道连接离心泵20。试验过程中试样通过旋转平台移动到指定位置后，通过垂直提升电机将试样放置到工作槽的指定位置，工作一定时间后，垂直提升电机将试样提升出工作槽，旋转平台将试样移动到清洗槽，试样到达清洗槽的指定位置后，清洗槽中的喷嘴自动喷淋，实现试样的清洗，防止对后续试验造成影响，清洗后的试样进入到下一个工作过程。其余结构和优点与实施例1完全相同。

实施例8：参见图5，所述软熔槽内的底部设置有淬水槽30，所述软熔槽的的中上部设置有感应线圈28，感应线圈28与整流器相连，所述感应线圈中设置有在线式红外测温器29，其中在线式红外测温器29与温控仪相连，用于测量带钢表面温度。该软熔槽内实现了软熔和淬水两个功能，带钢以一定速度旋转，从上到下匀速通过感应线圈28，可保证较好的软熔效果。软熔线圈位于槽体中上部位，淬水槽30位于底部，软熔线圈高度为20cm，与整流器相连接；软熔线圈中部设置在线式红外测温器，与温控仪相连接，用于测量带钢表面温度，当带钢进入软熔线圈时，整流器启动，并通过红外测温器监测带钢表面温度，当带钢全部通过软熔线圈后，进入到软熔槽底部的淬水槽进行淬水，以2.8g/m2镀锡板为例，带钢旋转速度为100r/min，当带钢从进入软熔线圈到全部离开软熔线圈时间为4.8~5.5s时，镀锡板的软熔效果较好。

实施例9：参见图6、图7，作为本发明的一种改进,所述工作电极系统5还可以这样设置，工作电极系统5包括紧固螺母32、紧固螺栓31、上密封圈23、下密封圈24、底盖27、聚四氟乙烯填充层26以及碳刷25，其中碳刷包括水平碳刷和垂直碳刷，水平碳刷和竖直碳刷各有四根，水平碳刷位于聚四氟乙烯填充层26内部，四根水平碳刷两两垂直，水平碳刷的外端分别与镶嵌在聚四氟乙烯填充层外壁凹槽内的竖直碳刷连接，水平碳刷的内端延伸至传动轴内部，水平碳刷之间没有直接接触。当紧固螺栓旋紧到紧固螺母内部时，将四根水平碳刷撑开，水平碳刷又将竖直碳刷撑开，并与试样紧密接触，使得试样工作电极、传动轴和碳刷形成三合一导体，聚四氟乙烯填充层的上部和底盖上分别设置有上密封圈23和下密封圈24；所述紧固螺栓一头大一头小，采用大小头设置，便于紧固螺栓旋紧和旋松，当旋紧紧固螺栓时，紧固螺栓小头部分将四根水平碳刷撑开，使得镶嵌在聚四氟乙烯填充层外壁凹槽内的竖直碳刷撑开，竖直碳刷与试样紧密连接，增大试样与碳刷以及传动轴的接触面积，提升导电效果，紧固螺栓的小头为导电材质。所述聚四氟乙烯填充层底部有内螺纹，所述底盖上部有外螺纹。聚四氟乙烯填充层内部空心，将底盖通过外螺纹与聚四氟乙烯填充层底部内螺纹相连接，上下密封圈可将试样牢牢固定在工作电极系统外壁。当圆筒型带钢从底部套入到聚四氟乙烯层外壁后，将紧固螺栓旋转进入紧固螺母，聚四氟乙烯填充层外壁的碳刷向四周撑开，与带钢内壁紧密接触，带钢与传动轴和碳刷形成三合一导体。然后再将底盖旋紧，此时带钢被上、下密封圈包裹，良好的密封效果可避免溶液进入到试样内壁，影响试验效果。当试验结束需要取下试样时，首先要旋开底盖，此时不能取下试样，若强制取下试样会损害碳刷；然后旋开紧固螺栓，使得镶嵌在聚四氟乙烯层外壁的碳刷缩回到聚四氟乙烯层内；最后，取下试样，进行其他试验。其余结构和优点与实施例1完全相同。

实施例10：参见图1—图7，采用上述试验装置的试验方法，所述试验方法具体如下，试验过程实现全自动控制，在试验开始前设定试验参数，首先需要设定的是试验种类，碱洗、酸洗、电镀、软熔、钝化，以及它们间的组合，其次设定工作参数，包括：槽液温度、电流密度、试样在槽中的停留时间等，参数设定后系统进行准备，装置处于待机状况，待系统准备完毕后，系统请求操作人员发出开始试验的指令，系统接受到指令后，试验过程自动进行，直至所有的试验工作完成。所述试验装置模拟带钢连续生产全过程，包括碱洗、酸洗、电镀、软熔和钝化等工艺过程或者单独进行某一工艺过程的模拟，通过调节两台电机的走向和转速，来模拟带钢高速生产全过程，可实现带钢水平运动和垂直运动，旋转速度控制范围为0~350m/min。

所述试验装置还具备软熔和淬水步骤，实施软熔工序的镀层板，如镀锡板的生产，试样首先通过移动装置使带钢在助熔中浸取，浸取后提升至移动支架的感应加热器进行软熔，软熔完毕后将试样浸入到清洗槽的水中，实现淬水功能。

本发明还可以将实施例2、3、4、5、6、7、8所述技术特征中的至少一个与实施例1组合形成新的实施方式。

本发明还可以将实施例2、3、4、6、7、8、9所述技术特征中的至少一个与实施例1组合形成新的实施方式。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (7)

1.一种用于模拟带钢高速连续电镀的试验装置，其特征在于，所述试验装置包括支架，所述支架上设置有工作台，所述工作台上固定有工作槽，所述试验装置还包括工作电极系统，循环泵、储液槽，清洗槽，传动轴、辅助电极、试样工作电极，所述储液槽设置在工作槽的下方，所述传动轴与工作电极系统相连接，所述辅助电极和工作电极系统均与整流器相连接，构成闭合回路，所述试样工作电极安装在工作电极系统上，通过调节电机旋转模拟带钢高速生产过程,所述工作槽包括碱洗槽、酸洗槽、电镀槽、软熔槽、钝化槽、助熔槽中的一个或者几个组合,所述储液槽中设置为加热装置和温度控制装置，所述工作槽上部开设有溢流口，底部开设有泪孔，溶液的流速通过离心泵的流量进行调节，离心泵采用的是变频电机，改变电机的转速实现流量的控制,所述电机包括旋转电机和垂直提升电机，垂直提升电机与旋转平台相连接，实现垂直运动；旋转电机与垂直提升电机的移动丝杆相连接，通过传动轴实现工作电极系统的高速旋转,所述工作电极系统包括紧固螺母、紧固螺栓、上密封圈、下密封圈、底盖、聚四氟乙烯填充层以及碳刷，其中碳刷包括水平碳刷和垂直碳刷，所述碳刷镶嵌在聚四氟乙烯填充层外壁上，并延伸至聚四氟乙烯层内部轴心处，聚四氟乙烯填充层的上部和底盖上分别设置有上密封圈和下密封圈。

2.根据权利要求1所述的一种用于模拟带钢高速连续电镀的试验装置，其特征在于，水平碳刷和竖直碳刷各有四根，水平碳刷位于聚四氟乙烯填充层内部，四根水平碳刷两两垂直，水平碳刷的外端分别与镶嵌在聚四氟乙烯填充层外壁凹槽内的竖直碳刷连接，水平碳刷的内端延伸至传动轴内部，聚四氟乙烯填充层的上部和底盖上分别设置有上密封圈和下密封圈；所述紧固螺栓一头大一头小，紧固螺栓的小头端为导电材质；所述聚四氟乙烯填充层底部有内螺纹，所述底盖上部有外螺纹。

3.根据权利要求2所述的一种用于模拟带钢高速连续电镀的试验装置，其特征在于,所述软熔槽内的底部设置有淬水槽，所述软熔槽的的中上部设置有感应线圈，感应线圈与整流器相连，所述感应线圈中设置有在线式红外测温器，其中在线式红外测温器与温控仪相连，用于测量带钢表面温度。

4.根据权利要求3所述的一种用于模拟带钢高速连续电镀的试验装置，其特征在于,所述辅助电极板呈圆筒状，试样工作电极通过工作平台插入到辅助电极板中心位置，两者与整流器相连接，构成闭合回路，通过改变整流器的正负极实现阴阳极的功能互换，以模拟碱洗和酸洗过程中阴阳极互换的过程。

5.根据权利要求4所述的一种用于模拟带钢高速连续电镀的试验装置，其特征在于,所述清洗槽中设置有喷淋装置，所述喷淋装置包括喷嘴以及与喷嘴相连接的管道，所述喷嘴通过管道连接离心泵。

6.采用权利要求1-5任一项所述试验装置的试验方法，其特征在于，所述试验方法具体如下，试验过程实现全自动控制，在试验开始前设定试验参数，首先需要设定的是试验种类，碱洗、酸洗、电镀、软熔、钝化，以及它们间的组合，其次设定工作参数，包括：槽液温度、电流密度、试样在槽中的停留时间，参数设定后系统进行准备，装置处于待机状况，待系统准备完毕后，系统请求操作人员发出开始试验的指令，系统接受到指令后，试验过程自动进行，直至所有的试验工作完成。

7.根据权利要求6所述的试验方法，其特征在于，所述试验装置还具备软熔和淬水步骤，实施软熔工序的镀层板，试样首先通过移动装置使带钢在助熔中浸取，浸取后提升至移动支架的感应加热器进行软熔，软熔完毕后将试样浸入到清洗槽的水中，实现淬水功能。