RU1773949C

RU1773949C - Device for measuring inner plating stress

Info

Publication number: RU1773949C
Application number: SU904879689A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Игнатьев; Михаил Александрович Шлугер
Original assignee: Московский вечерний металлургический институт
Priority date: 1990-11-02
Filing date: 1990-11-02
Publication date: 1992-11-07

Abstract

Использование: гальваностеги , в частности измерени внутренних напр жений гальванопокрытий, и может найти применение в различных област х техники, где возникает необходимость определ ть и контролировать физико-механические свойства металлических осадков, Сущность изобретени : устройство содержит гальваническую ванну 1 с анодом 2 и ленточным катодом 3, рычажный механизм А, воспринимающий деформацию катода, согласующее устройство 6, преобразователь 5 и регистрирующий прибор 7. При этом чувствительный элемент преобразова тел выполнен в виде проволочного резистора 12, закрепленного на конце длинного плеча рычажного механизма 1 и своей нижней частью погруженного в капилл р, наполненный ртутью 9, с возможностью его вертикального перемещени относительно поверхности ртути, при этом часть капилл ра над поверхностью ртути заполнена бинарной системой несмешивающихс жидкостей, образующих границу раздела, верхний слой которой вл етс диэлектриком , а нижний - проводником электрического тока. 1 ил. ч &amp;Usage: electroplating, in particular measuring the internal stresses of electroplating, and can find application in various fields of technology, where there is a need to determine and control the physicomechanical properties of metal deposits, Summary of the invention: the device contains a galvanic bath 1 with anode 2 and a tape cathode 3, the lever mechanism A, perceiving the deformation of the cathode, matching device 6, the transducer 5 and the recording device 7. In this case, the sensing element of the transformer it is made in the form of a wire resistor 12 mounted on the end of the long arm of the lever mechanism 1 and its lower part immersed in a capillary filled with mercury 9, with the possibility of its vertical movement relative to the surface of the mercury, while part of the capillary above the surface of the mercury is filled with a binary system of immiscible liquids forming an interface, the upper layer of which is a dielectric and the lower layer is a conductor of electric current. 1 ill. h &amp;

Description

7 - - -.1- 7 - - -.1-

Ј -.Ј -.

VI VJ СА) ЧЭ N NOVI VJ CA) SE N NO

Изобретение относитс к области гапь- вэноств(ии, в частности к измерению внутренних напр жений гальванопокрытий, и может найти применение в различных отрасл х техники дл определени и контрол физико-механических свойств металлических осадков.The invention relates to the field of electroplating (and, in particular, to measuring the internal stresses of electroplating, and may find application in various fields of technology for determining and monitoring the physicomechanical properties of metal deposits.

Известно устройство дл измерени внутренних напр жений гальванопокрытий , основанное на измерении угла прогиба катода и содержащее электролизер, представл ющий собой пр моугольную кювету из органического стекла, снабженную вод ной рубашкой, соединенной с насосом термостата . Катод s виде тонкой пластины, изолированной с одной стороны и креп щийс нижним концом в зажиме. Верхний конец катодной пластины возвышаетс на 3-4 см над уровнем электролита. С помощью осветител с конденсатором выступающий конец катода через обьектив проектируетс на шкалу, где и производитс регистраци величины перемещени , котора в дальнейшем служит исходной дл расчета внутренних напр жений.A device is known for measuring the internal stresses of electroplating, based on measuring the deflection angle of the cathode and comprising an electrolyzer comprising a rectangular cell made of organic glass equipped with a water jacket connected to a thermostat pump. The cathode s is a thin plate insulated on one side and secured with a lower end in a clamp. The upper end of the cathode plate rises 3-4 cm above the electrolyte level. Using a illuminator with a capacitor, the protruding end of the cathode is projected through the lens onto a scale, where the displacement value is recorded, which subsequently serves as the initial calculation of internal voltages.

Недостаток известного устройства состоит в том, что оно не обеспечивает достаточно высокой точности проводимых измерений.A disadvantage of the known device is that it does not provide a sufficiently high accuracy of the measurements.

Наиболее близким к изобретению вл етс рычажно-оптическое устройство дл измерени внутренних напр жений, содержащее гальваническую ванну с анодом и ленточным катодом, рычажный механизм, воспринимающий деформацию катода с укрепленным на нем датчиком, взаимосв занным с преобразователем и согласующим устройством, и регистрирующий прибор.Closest to the invention is a lever-optical device for measuring internal voltages, comprising a galvanic bath with an anode and a tape cathode, a lever mechanism that senses the deformation of the cathode with a sensor mounted on it, interconnected with the transducer and matching device, and a recording device.

Однако данное устройство вл етс достаточно сложным с точки зрени аппаратурного оформлени и также предполагает использование оптического преобразовател , что создает неудобства в случае непрерывной регистрации кривой зависимости деформации от толщины покрыти , обусловленные трудностью согласовани входного сигнала с измерительной аппаратурой и необходимостью графического перестроени полученных результатов в удобную дл последующих расчетов форму.However, this device is quite complicated from the point of view of hardware design and also involves the use of an optical converter, which creates inconvenience in the case of a continuous recording of the curve of deformation versus coating thickness, due to the difficulty of matching the input signal with the measuring equipment and the need to graphically reconstruct the results in a convenient way subsequent form calculations.

Цель изобретени - повышение точности измерени .The purpose of the invention is to improve measurement accuracy.

Поставленна задача достигаетс тем, что изменение длины катода, наблюдаемое в процессе электролиза и вызванное по влением в растущем осадке внутренних напр жений , преобразуетс в электрические сигналы, которые поступают в согласующее устройство, усиливаютс и непрерывно регистрируютс в виде кривой на самопишущем приборе. Дл этого чувствительный элемент преобразовател выполнен в виде проволочного резистора, который закреплен на конце длинного плеча рычажного механизма и своей нижней частью погружен в капилл р, наполненный ртутью с возможностью его свободного перемещени относительно поверхности ртути, при этом часть капилл ра над поверхностью ртути запол0 нена бинарной системой несмешивающихс между собой жидкостей, образующих границу раздела, верхний слой которого вл етс диэлектриком, а нижний проводником электрического тока.The task is achieved in that the change in the cathode length observed during the electrolysis and caused by the appearance of internal stresses in the growing precipitate is converted into electrical signals that enter the matching device, amplified and continuously recorded in the form of a curve on a recording device. For this, the transducer sensing element is made in the form of a wire resistor, which is mounted on the end of the long arm of the linkage mechanism and its lower part is immersed in a capillary filled with mercury with the possibility of its free movement relative to the surface of the mercury; a system of immiscible liquids forming an interface, the upper layer of which is a dielectric and the lower conductor is an electric current.

5 В качестве жидкости, образующей нижний слой могут быть использованы водные или неводные растворы электролитов, а в качестве жидкости верхнего сло различные жидкие органические вещества не вл ю0 щиес проводниками электрического тока, преимущественно углеводородные соединени легких фракций: пентан, гексан, октан , нонан, декан и их производные.5 As the liquid forming the lower layer, aqueous or non-aqueous solutions of electrolytes can be used, and as the liquid of the upper layer various liquid organic substances are not conductors of electric current, mainly hydrocarbon compounds of light fractions: pentane, hexane, octane, nonane, decane and their derivatives.

Предлагаема установка позвол ет сThe proposed installation allows

5 высокой степенью точности регистрировать линейные изменени длины катода в процессе роста на нем осадка и определ ть возникающие в нем знакопеременные внутренние напр жени , что обусловливаетс 5 with a high degree of accuracy, register linear changes in the length of the cathode during the growth of the precipitate on it and determine the alternating internal stresses arising in it, which is caused by

0 конструктивными особенност ми используемого преобразовател , отличающегос тем, что в качестве опорной точки неподвижного контакта в нем выступает четко обозначенна лини , образующа с на гра5 нице раз дела верхнего и нижнего слоев жидкостей.0 design features of the used transducer, characterized in that a clearly marked line acts as a reference point of the fixed contact in it, forming at the interface of the upper and lower layers of liquids.

Поскольку жидкости вл ютс взаимо- несмешивающимис и смачиваемость верхней жидкости по отношению к материалуSince fluids are mutually immiscible and the wettability of the upper fluid with respect to the material

0 резистора оказываетс выше нижней, а возникающее на границе двух жидкостей межфазное нат жение определ етс разностью их интенсивностей, то это создает благопри тное условие дл равномерного и бес5 преп тствечного сползани нижнего сло жидкости, вытесн емого верхним, как обладающего лучшей смачиваемостью, по поверхности резистора при его перемещении через границу раздела фаз. При этом, в силу0 of the resistor is higher than the lower one, and the interfacial tension that arises at the interface of two liquids is determined by the difference in their intensities, this creates a favorable condition for the even and smooth 5 sliding of the lower liquid layer, displaced by the upper one, as having better wettability, on the surface of the resistor when moving across the phase boundary. Moreover, by virtue of

0 большой разности межфазного нат жени и различной смачивающей способности жидкостей , исключаетс возможность их взаимопроникновени и налипани на поверхность резистора по границе раздела0 of a large difference in interfacial tension and different wetting properties of liquids, the possibility of their interpenetration and sticking to the surface of the resistor at the interface is excluded

5 фаз, т.е. по линии, где имеет место поступление входного сигнала.5 phases, i.e. along the line where the input signal takes place.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства. ,The drawing shows a diagram of the proposed device. ,

Устройство содержит гальваническую ванну 1 с анодами 2 и ленточным катодом 3.The device comprises a plating bath 1 with anodes 2 and a tape cathode 3.

рычажный механизм 4, воспринимающий деформацию катода, преобразователь 5, согласующее устройство 6 и регистрирующий прибор 7. Преобразователь содержит металлическую или стекл нную емкость 8, выполненную в виде выт нутого, заглушенного снизу и открытого сверху, вертикально расположенного капилл ра, который наполовину заполнен ртутью 9. Поверх ртути капилл р заполнен бинарной системой несмешивающихс жидкостей, верхний слой 10 которой вл етс диэлектриком , а нижний 11 проводником электрического тока. Чувствительным элементом преобразовател вл етс проволочный резистор 12, погруженный внутрь капилл ра и верхней частью жестко закрепленный на конце длинного плеча рычажного механизма с возможностью перемещени в столбе жидкостей. От нижней части капилл ра и места креплени резистора к плечу рычажного механизма выведены провода 13 дл питани преобразовател током и подачи выходного сигнала на согласующее устройство .the lever mechanism 4, perceiving the deformation of the cathode, the transducer 5, the matching device 6 and the recording device 7. The transducer contains a metal or glass container 8, made in the form of an elongated, sealed from below and open from above, vertically located capillary, which is half filled with mercury 9 On top of the mercury, the capillary is filled with a binary system of immiscible liquids, the upper layer 10 of which is a dielectric, and the lower 11 is an electric current conductor. The sensing element of the transducer is a wire resistor 12, immersed inside the capillary and the upper part rigidly fixed to the end of the long arm of the linkage with the possibility of movement in the column of liquids. From the lower part of the capillary and the attachment point of the resistor to the arm of the linkage, wires 13 are provided for supplying the converter with current and supplying an output signal to the matching device.

Устройство работает следующим образом .The device operates as follows.

Под действием внутренних напр жений происходит изменение линейных размеров катодной ленты, что приводит к повороту рычажного механизма на некоторый угол и смещению расположенного в капилл ре резистора .Under the action of internal stresses, the linear dimensions of the cathode strip change, which leads to a rotation of the lever mechanism by a certain angle and a displacement of the resistor located in the capillary.

Дл измерени перемещений используетс мостова схема, в диагональ которой включаетс преобразователь. Через преобразователь пропускают ток строго посто нной силы. Внутри преобразовател ток проходит через проволочный резистор, затем частично ответвл етс и проходит через электропровод щий слой нижней жидкости и далее через объем ртути. Активный участок резистора, который включаетс в мостовую схему, располагаетс в промежутке от границы раздела фаз жидкостей до места креплени к резистору токопровод щего провода. Изменение длины резистора относительно границы раздела двух жидкостей, а, следовательно, и пропорциональное ему изменение активного плена места вызывает разбаланс последнего. Сигнал разбаланса поступает в согласующее устройство, усиливаетс и регистрируетс самописцем КСП-4 на диаграммной ленте.A bridge circuit is used to measure the displacements, into the diagonal of which a transducer is included. A strictly constant current is passed through the converter. Inside the converter, current passes through a wire resistor, then partially branches off and passes through the electrically conductive layer of the lower liquid and then through the volume of mercury. The active section of the resistor, which is included in the bridge circuit, is located in the interval from the interface of the phases of the liquids to the point of attachment of the conductive wire to the resistor. A change in the length of the resistor relative to the interface between two liquids, and, consequently, a proportional change in the active captivity of the place, causes the imbalance of the latter. The unbalance signal enters the matching device, is amplified and recorded by the KSP-4 recorder on the chart tape.

Согласующее устройство включает измерительный мост и компенсационный, собранный на транзисторах стабилизатор напр жени . Ток моста регулируетс переменным резистором и контролируетс миллиамперметром .The matching device includes a measuring bridge and a compensating voltage stabilizer assembled on transistors. The bridge current is controlled by a variable resistor and controlled by a milliammeter.

Выходна измерительна диагональ моста шунтируетс делитепем, с помощью которого можно уменьшить сигнал, подаваемый на самописец.The output measuring diagonal of the bridge is bridged by a divide, by which it is possible to reduce the signal supplied to the recorder.

Первоначальный баланс моста осуществл ют переменным резистором, вынесенным на переднюю панель прибора.The initial balance of the bridge is carried out by a variable resistor placed on the front panel of the device.

Чувствительность установки определ етс током моста и сопротивлением резистора . Она может быть повышена, если использовать проволочный резистор меньшего сечени из материала с большим удельным сопротивлением, а также путемThe sensitivity of the installation is determined by the bridge current and the resistance of the resistor. It can be increased if you use a wire resistor of a smaller cross section from a material with a high resistivity, as well as by

увеличени силы тока моста.increasing bridge current.

Пример конкретного выполнени . Предложенна конструкци была использована дл измерени величины деформации и расчета внутренних напр женийAn example of a specific implementation. The proposed design was used to measure the magnitude of the deformation and the calculation of internal stresses

электролитических хромовых покрытий.electrolytic chrome coatings.

Дл этого медный ленточный катод шириной 5 мм, толщиной 0,02 мм и длиной 100 мм нижним концом закрепл ли в зажиме на дне электролитической ванны, котора заполн лась электролитом дл осаждени хромовых покрытий.To do this, a copper tape cathode with a width of 5 mm, a thickness of 0.02 mm and a length of 100 mm with a lower end was fixed in a clamp at the bottom of the electrolytic bath, which was filled with electrolyte to deposit chromium coatings.

Верхний конец катодной ленты крепитс к короткому плечу рычага. В ванну погружали два анода, параллельные катоду. НаThe upper end of the cathode tape is attached to the short arm of the lever. Two anodes parallel to the cathode were immersed in the bath. On the

конце длинного плеча рычага закрепл ли проволочный резистор, выполненный из ни- хромовой проволоки, толщиной 0,2 мм, который своей нижней частью погружалс в капилл р, частично заполненный ртутью.At the end of the long arm of the lever, a wire resistor made of nichrome wire 0.2 mm thick was fixed, which, with its lower part, was immersed in a capillary, partially filled with mercury.

Поверх ртути капилл р заполн етс бинар- ной системой несмешивающихс жидкостей , нижний слой которой представл л собой 20%-ный водный раствор едкого кали , а верхний-додекан. С помощью выводных проводов датчик подсоедин лс к согласующему устройству.On top of the mercury, the capillary is filled with a binary system of immiscible liquids, the lower layer of which is a 20% aqueous solution of potassium hydroxide, and the upper is dodecane. Using the lead wires, the sensor is connected to a matching device.

При осаждении с двух сторон на катодную ленту изучаемого металла наблюдалось изменение ее длины, вызванное ростомDuring deposition from two sides on the cathode strip of the metal under study, a change in its length was observed caused by the growth

осадка и по влением в нем внутренних напр жений . Это изменение усиливалось посредством рычажного механизма, воспринималось преобразователем, преобразовалось в электрические сигналы и записывалось на регистрирующем приборе.sediment and the appearance of internal stresses in it. This change was amplified by a lever mechanism, perceived by the converter, converted into electrical signals and recorded on a recording device.

При сокращении или удалении катодной ленты на 100 мкм, которое соответствовало отклонению пера самописца на всю ширину диаграммной ленты, погрешность измерени составила не более 0,3%.When the cathode tape was shortened or removed by 100 µm, which corresponded to the deviation of the pen of the recorder over the entire width of the chart strip, the measurement error was not more than 0.3%.

Claims

Measurement formula A device for measuring the internal stresses of an electroplated coating, comprising a galvanic bath with anodes and

with a precise cathode, a linkage mechanism, liquids mixed with each other,

taking the deformation of the cathode, transforming the interface, the upper layer

The device, the matching device of which is a dielectric, and the lower recording device, which is a conductor of electric current,

that. in order to improve accuracy, 5 a resistor is fixed at the end of a long measure, the converter is made of a lever mechanism, and its free

in the form of a wire resistor and a capillary, the end is immersed in a mercury-filled capillary with mercury-filled mercury; above the surface of the complexity of its vertical translator, a binary system of no-relative to the capillary is located.