RO125794A2 - Procedeu şi dispozitiv pentru determinarea luciului şi grosimii depunerilor galvanice - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu şi un dispozitiv pentru determinarea concomitentă a luciului şi a grosimii depunerilor galvanice. Procedeul conform invenţiei foloseşte, pentru determinarea luciului, un sistem optoelectronic de măsurare a intensităţii unei radiaţii luminoase reflectate de depunerea galvanică, atunci când aceasta se află în punctul focal al unei lentile, iar pentru măsurarea grosimii de strat, foloseşte drumul parcurs de sistem, în vederea găsirii punctului focal de reflexie maximă al lentilei. Dispozitivul conform invenţiei este realizat sub forma unei structuri de tip galvanic, ce dispune, pe lângă anod (3) şi catod (1), de două canale de măsurare: unul optoelectronic, pentru măsurarea luciului, şi unul electronic, pentru măsurarea grosimii de strat, fiind alcătuit dintr-o sursă (4) de radiaţie monocromatică de tip laser, o sondă (5) optică, destinată iradierii probei şi preluării radiaţiei reflectate de pe aceasta, sondă (5) prevăzută, la partea inferioară, cu o lentilă (6) de focalizare, o oglindă (10), un senzor (12) incremental de deplasare, precum şi o unitate (13) electronică, pentru achiziţia şi prelucrarea datelor.

Description

_||a___ j PROCEDEU SI DISPOZITIV PENTRU DETERMINAREA LUCIULUI

Șl A GROSIMII DEPUNERILOR GALVANICE

Invenția se referă la un procedeu și un dispozitiv acționat manual pentru determinarea automată și concomitentă a luciului și a grosimii depunerilor galvanice în baia galvanică fără a scoate catodul din electrolit.

In scopul determinării luciului sînt cunoscute metode bazate pe exprimarea luciului ca raport între intensitatea luminoasă reflectată de pe probă și intensitatea luminoasă reflectată de pe o oglindă etalon de argint sau de aluminiu a căror luciu este considerat convențional ca avînd valoarea de 100% luciu, [Oniciu L. - Galvanotehnica, Ed. Științifică și Enciclopedică , București 1980] , [STAS 7294-65], Aparat pentru determinarea luciului la piese metalice, Brevet OSIM nr. 72320/1973], [Aparat pentru măsurarea luciului și a culorii, Brevet OSIM nr. 99.212/1987],[ Aparat pentru măsurarea luciului la hîrtie, Brevet OSIM nr.87.530 /1983], una din aceste metode permite determinarea luciului direct în baia galvanică fără scoaterea catodului din electrolit [Procedeu pentru determinarea luciului depunerilor galvanice, propunere invenție A/00286/17.04.2008], în vederea determinării grosimii catodului înainte și după depunerea galvanică sînt cunoscute diferite metode bazate pe măsurare cu: ultrasunete, cu curenți turbionari, cu permascoape magnetice. Metoda descrisă în Propunerea de invenție [Metodă pentru determinarea grosimii depunerilor galvanice, Propunere invenție A/00286/17.04.2008], permite măsurarea grosimii stratului galvanic direct în baia galvanică fără scoaterea catodului din electrolit.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în realizarea unui procedeu și a unui dispozitiv, scufundat într-o baia galvanică, cu ajutorul căruia se măsoară concomitent atît luciul cît și grosimea de strat în timpul procesului de depunere făcînd posibilă studierea influenței parametrilor precum: concentrație, agenți de luciu, densitate de curent, temperatură, distanță anod catod, concentrația ionică a băii galvanice, pH și conductivitate electrolit, intensitatea agitării băii, etc., asupra acestor doi parametrii.

Dispozitivul conform invenției reprezintă o structură de tip galvanic care se scufundă în electrolitul galvanic și dispune pe lîngă catod și anod de două canale de măsurare: unul optoelectronic pentru măsurarea luciului și unul electronic pentru măsurarea grosimii de strat precum și de o unitate electronică pentru achiziția și prelucrarea datelor, astfel:

- canalul optoelectronic de măsurare a luciului determină cantitatea de radiație reflectată de pe probă și o transformă în unități procentuale de luciu considerind luciul oglinzii de argint ca avînd 100% luciu. Canalul este compus dintr-un fascicul de 12 fibre optice de iluminare a depozitului galvanic dispuse centric în jurul unei alte fibre optice pe care se întoarce radiația reflectată de pe depunere și ajunge la detectorul fotoelectric de măsurare a intensității luminoase. Focalizarea fasciculului luminos pe depunerea galvanică se realizează cu o lentilă miniaturală plasată la capătul celor două trasee optice de iluminare și de reflexbe<1ăF?Tr&QSformarea ^-2008-00361-intensității luminoase într-un curent electric proporțional cu aceasta se realizează cu un fotoelement legat la o unitate electronică de achiziție și prelucrare date. Determinarea intensității luminoase corespunzătoare luciului de 100% se face cu o sondă scufundată în electrolitul galvanic folosind o oglindă de argint miniaturală care poate fi rabatată pe catod în dreptul canalului optic înainte de începerea depunerii galvanice și basculată în poziția inițială după efectuarea măsurătorii de reflexie pentru a nu ecrana catodul în timpul procesului de electrodepunere. In timpul procesului de depunere galvanică grosimea stratului depus galvanic crește, catodul apropiindu-se de anod cu valori egale cu valoarea grosimii stratului la acel moment. Pentru a efectua măsurarea corectă a luciului cu o sondă fixă este nevoie ca suprafața examinată să se găsească exact în punctul focal al lentilei optice, ca atare dacă sonda ar fi fixată pe anod ar fi nevoie de îndepărtarea catodului de anod exact cu valoarea de creștere a grosimii de strat, lucru greu de realizat. Prin soluția aleasă în propunerea de invenție se deplasează scurt, prin apăsare, tija cu cele două canale optice spre depunere, iar după eliberarea apăsării manuale un arc readuce tija în poziția inițială. Prin apropierea tijei optice de catod se atinge la un moment dat acea distanță la care intensitatea radiației reflectate este maximă, suprafața depozitului galvanic se găsește în punctul focal al lentilei, iar valoarea derivatei a doua cu distanța are valoare zero, ceea ce determină automat calculul valorii luciului depunerii în acel punct. Din inerția mecanică punctul focal este depășit, iar la cursa de revenire elastică a sondei, revenire care are loc la ridicarea degetului de pe pîrghia de apăsare, tija optică se îndepărtează de catod, punctul cu valoarea maximă a luciului este traversat din nou, derivata a doua atinge din nou valoarea zero și se induce în mod automat o nouă măsurare a luciului. Prin intermediul unui program de calculator are loc în mod automat medierea între valoarea luciului măsurată la cursa de ducere și valoarea acestuia măsurată la cursa de întoarcere, această medie este mai precisă decît cele două valori individuale și se constituie în valoarea memorată și afișată a luciului de unitatea electronică.

canalul de măsurare a grosimii de strat este format dintr-un senzor de deplasare incremental al cărui tijă de palpare se sprijină pe un inel fixat pe tija cilindrică ce conține cele două fibre optice pentru măsurarea luciului. Senzorul de deplasare urmărește și măsoară distanțele parcurse de sistemul optic în cursa directă și cea de revenire efectuate în scopul căutării punctului focal pentru măsurarea luciului depunerii. Valoarea măsurată a deplasării corespunzătoare punctului în care luciul este maxim este memorată de sistemul electronic și folosită și pentru determinarea automată a grosimii de strat. Grosimea de strat se calculează automat prin scăderea valorii distanței măsurate cu senzorul de deplasare din poziția de repaus pînă la atigerea punctului focal la acel moment, din valoarea deplasării măsurată cu același senzor și în aceleași condiții la început cînd încă nu exista depunere pe catod. Ca și la măsurarea luciului cele două traversări ale punctului focal, odată la cursa directă și odatăJaxQT^a-Je retragere,

Ο Ο 8 - Ο Ο 3 & 1 ι 5 ''ί

induc automat tot prin valoarea zero a derivatei a doua , două măsurări ale grosimii de strat ale căror valori sunt și ele mediate, memorate și afișate pe display. La fiecare traversare a punctului focal, valoarea zero a derivatei a doua inițiază automat pe lîngă măsurarea luciului o nouă măsurare a grosimii de strat, prin programul de calculator se face media între cele două valori măsurate, iar această medie reprezintă valoarea grosimii stratului galvanic afișată pe display-ul unității electronice.

Dispozitivul mai conține o structură de fixare și rigidizare precum și un sistem de deplasare cu șurub micrometric a catodului pentru aducerea lui cu precizie ridicată în punctul focal, întreaga structură fiind montată pe o coloană fixată pe un batiu.

Modul de lucru este foarte simplu: după montarea anodului și catodului se rabatează oglinda miniaturală de argint pe catod și se scufundă ansamblul în baia galvanică, se apăsă pînă la capătul cursei pîrghia de deplasare a tija ce conține cele două fibre optice și se ține apăsată în timp ce se reglează din șurubul micrometric distanța lentilă - oglindă pînă cînd valoarea intensității fotocurentului (lf_Ci), ce reprezintă o măsură a intensității (fi) a radiației reflectate din intensitatea (l₀) a radiației incidente, este maximă, în aceste condiții se consideră valoarea luciului (L) ca fiind :

[L]= l_fci= 100% (1)

După aceasta, oglinda de argint este rabatată, se reglează din nou distanța cu șurubul micrometric în așa fel încît suprafața catodului să fie în punctul focal al lentilei (fotocurentul măsurat este maxim) și se măsoară valoarea intensității fotocurentului (lf_c2) dat de intensitate radiației luminoase (fi) reflectate de pe catod pe care încă nu există depunere galvanică. Raportul (lf_c2l IfcîlOO) dă valoarea luciului (L₂) a catodului fără acoperire galvanică. In continuare se coboară catodul cu șurubul micrometric cu o distanță de cca 1 mm și se pun sub tensiune cei doi electrozi ai dispozitivului, are loc electrodepunerea metalului sau aliajului metalic pe catod, luciul depozitului galvanic și grosimea acestuia evoluînd în timp în funcție de diverși parametrii de proces. La anumiți timpi aleși, regulat sau aleator (în cel din urmă caz fiecare valoare a timpului se introduce din tastatură) de către operator se apasă cu un deget pîrghia ce apropie tija cu cele două canale optice de catod, la traversarea punctelor de reflexie maximă, atunci cînd derivata a doua are valoare zero, se realizează în mod automat măsurători ale intensitățiilor luminoase (fi........fi) care prin rapoartele (W IfcîlOO....... Ifcn/lfci 100) dau valorile de luciu (L₃.......L_n) funcție de valorile diferiților parametrii de proces existenți în acel moment in baia galvanică. Aceeași valoare zero a derivatei a doua inițiază automat și măsurarea grosimii (g) a depunerii galvanice de strat la timpul (f) cu specificația că la măsurătoarea prin care se determină valoarea (L₂) a catodului fără depunere galvanică, valoarea măsurată a deplasării să fie setată de operator ca fiind valoarea zero pentru grosimea de strat.

Kr 2 O O 8 - o O 3 ⁶ 1 - Trebuie menționat că, valoarea intensității luminoase reflectate de pe probă este influențată în mare măsură și de absorbția radiației luminoase de către electrolitul galvanic, absorbție care se realizează după o lege de tip :

A = log ~ = log Ț- = abc (2) ' n ' unde: A - absorbanta electrolitului galvanic

T - transmitanța electrolitului galvanic a - constantă ce ține cont de natura electrolitului și lungimea de undă a radiației b- grosimea stratului de electrolit (în cazul concret al reflexiei radiației de pe depunere, stratul de electrolit de grosime (x) este traversat de două ori de fasciculul luminos , deci b = 2x) c- concentrația electrolitului galvanic

Prin modul de lucru recomandat, respectiv prin măsurarea luciului cu oglinda de argint urmată de măsurări succesive ale reflexiei depozitului galvanic și de exprimare a luciului (L_n) sub formă de rapoarte (lf_Cn/lf_Ci) se ajunge la eliminarea influenței absorbției radiației de către electrolitul galvanic deoarece valoarea acestei absorbții se găsește atît la numărătorul fracției cît și la numitorul ei, iar prin simplificarea valorilor acestor influențe rezultă valoarea unu care nu afectează rezultatul măsurătorilor.

Prin aplicarea invenției se obțin următoarele avantaje:

- se poate realiza măsurarea concomitentă atît a luciului cît și a grosimii de strat la depuneri galvanice pe tot parcursul procesului de electrodepunere fără a scoate catodul din electrolitul galvanic măsurarea luciului și a grosimii de strat se induce automat ceea ce elimină subiectivitatea citirii manuale și contribuie la creșterea preciziei măsurării

- se poate realiza studiul in situ a influenței parametrilor: concentrație agenți de luciu, densitate de curent, temperatură, distanță anod-catod, concentrație și compoziție ionică a băii galvanice, pH și conductivitate electrolit, intensitate agitare baie galvanică, etc. asupra luciului și a grosimii de strat galvanic urmărirea evoluției în timp a grosimii stratului galvanic permite determinarea productivității procesului galvanic, a randamentului de curent, a randamentului energetic precum și stabilirea bilanțurilor de materiale și energetice în diverse condiții de lucru și la orice moment

Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenției în legătură cu :

- Figura 1 care reprezintă o vedere a dispozitivului prin care se materializează procedeul de determinare concomitentă a luciului și a grosimii depunerilor galvanice.

Dispozitivul conform figurii 1 este format dintr-un catod 1 pe care se realizează depunerea 2 galvanică, un anod 3 cu un orificiu o centric, o sursă 4 de radiație monocromatică de tip laser, o sondă 5 optică ce conține în partea inferioară o lentilă 6 optică, un fascicul 7 ce conține dousprezece fibre 8 optice de iluminare, dispuse radial în jurul unei fibre 9 optice centrale, pentru

Ο ϋ 8 - Ο Ο 3 6 1 - -

preluarea și transmiterea radiației reflectate, o oglindă 10, circulară miniaturală rabatabilă acționată manual prin intermediul unei tije 11, un senzor 12 incremental de deplasare pentru măsurarea grosimii de strat, o unitate 13 electronică pentru achiziția și prelucrarea datelor, un șurub 14 micrometric pentru reglarea punctului focal și un braț 15 izolat electric pentru poziționarea și susținerea prin niște canale c ale celor doi electrozi. Deplasarea rapidă a tijei cilindrice cu fibrele optice și lentila de focalizare în scopul găsirii condițiilor optime pentru măsurarea luciului și a grosimii de strat se face cu o pîrghie 16 manuală apăsată cu un deget, iar revenirea în poziția de așteptare se face cu un arc 17 de compresie după eliberarea pîrghiei de către operator. întreaga structură se găsește montată pe un braț 18 transversal susținut de o coloană 19 și un șurub 20 special de poziționare, fixate la rîndul lor pe un batiu 21 pe care se mai găsește montată o baie 22 cu electrolit galvanic.

Claims (1)

1. REVENDICARE

   Invenția Procedeu și dispozitiv pentru măsurarea luciului și a grosimii depunerilor galvanice caracterizată prin aceea că în vederea măsurării luciului unei depuneri (2) galvanice realizată pe un catod (1), fără scoaterea celui din urmă din baie, este folosit un sistem optoelectronic de măsurare a intensității radiației luminoase reflectate de depunerea galvanică compus dintr-o sursă (4) de radiație monocromatică de tip laser, o sondă (5) optică destinată iradierii probei și preluării radiației reflectate de pe aceasta, prevăzută la capăt cu o lentilă (6), de focalizare, iar pentru măsurarea grosimii depunerii galvanice este folosit un senzor (12) incremental fotoelectric, care împreună cu o unitate (13) electronică realizează măsurarea luciului în punctul în care intensitatea fotocurentului, dat de intensitatea radiației luminoase reflectată de pe probă în funcție de timp, are valoarea maximă .