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生产技术:电镀设备(中)

放大字体  缩小字体发布日期:2013-04-16  浏览次数:786
核心提示:只有当进行大批量相同或类似产品处理时,全自动电镀机械才能调整。现代的自动化机械只需要更少的人工操作,但是这些操作者常常要更好地掌握相关的仪器、传感器、计算机以及电镀的技术和知识。

7电镀锌

镀锌用的电镀机器是在电镀锡机器以后研发出来的[9]。从美国钢厂一条

单面镀锌生产线的示意图

图24—8单面镀锌生产线的示意图

单面镀锌的导电卷轴和CAROSEL电镀单元布局简图

图24—9单面镀锌的导电卷轴和CAROSEL电镀单元布局简图

生产线的示意图(如图24—8所示)来看,它们在设计上是一样的。生产线两端都有一个活套装置,便于机器在全速运转时进行插接。两边电镀的机器使用的是垂直槽,就像电镀锡使用的一样,有可溶或不溶的阳极及硫酸锌电解覆。

汽车工业也需要一面镀锌的钢。美国钢厂研制了辐射电解槽系统用于一面镀锌,如图24—9所示。通过缩短阳极与带之间的距离,该设计达到了高效的电镀功能利用率。CAROSEL是来自阳极辐射一面镀锌的首字母缩略词。导电辊直径为2.4m(8ft)。整个电镀的l8个电解槽的孔型长度大约有l7m(220ft)。锌电镀液的补给是由架在导电桥上的铸造锌阳极提供的。

阳极移动通过桥的速度是由线控制计算机决定的,当阳极通过桥时,大约有一半的阳极被消耗掉。然后把它除下来重新熔铸成新的阳极。一个电解槽的电镀电流是28000A,18个电解槽的总电镀电流是1008000A。最大电镀电压是l2V。生产线上的带宽变化范围是91.4~166.4cm。线速度由计算机控制,目的是为了使相应的电流达到最大生产效率,最大线速度是183m/min。

离开电镀部分后,镀带被清洗、干燥,然后移动到主牵引站。一个X射线镀层测试仪不停地扫描镀层厚度,并把信号反馈给计算机用来调整线速度以便能保持一定的锌厚度。

工业上,镀带一面镀锌宽6ft,速度为600ft/min。能达到这种效率的机器是工程上的奇迹。它们经常每周7天、每天24h连续运转,只是在维修时才停下来。插接被焊接,镀层厚度由X射线连续监控,输出信号传给电镀电流控制器,用来保持恒定的沉积厚度。只要在几年内都生产出大量电镀某种产品,才有可能花重金对这种机器作重大的改造。

研发的另一种商业化镀锌的电解槽是为了在钢板上一面镀锌,其示意图,如图24—10所示[10,11]。带状电解槽使液体在不溶阳极和阴间以4m/s在6mm宽的范围内流动,流动达到湍流状态。钢带以与溶液流动方面相反的方向通过电解槽,速度是200m/min。用硫酸盐溶液,在电流密度高达350A·dm-2时,可得到致密、黏合的锌沉积层[12,13]阴极效率高达95%,这是因为溶液流速高。

单面镀锌钢带的传动带槽结构简图

图24-10单面镀锌钢带的传动带槽结构简图

1-金属传动带;2-塑料与金属带的顶部相连;3-连续移动钢片;4-与金属带的电连接;

5-不溶性阳极;6-溶液人槽口;7-溶液出口

8电子元件的带镀

电子工业的飞速发展始于大约40年前,现在还在继续。这就导致对接点、铅框、铅线、集成电路传送器以及其他一些需要电镀锡、焊锡、镍、银、金、钯或钯-镍的元件的需求量大大增加。大量的元件需求促使电镀技术的高速发展,但有时需要有选择性地使用工艺过程。松散的元件如钉可大批量地放在滚筒及振动的机器中进行电镀。金或其他贵金属因为经济的原因就必须有选择性地使用,电镀工艺,其中带镀就最合适。经常用卷到卷的机器,这是处理镀件的一面或多面而设计的。现代技术给带镀机器设计者提供了大量化学稳定的材料、电气和电子元件以及辅助系统。高速的卷到卷的电镀机器可以分为4部分:①带传送系统;②一个带有小镀槽和大的溶液储存槽的平台;③电源和控制器;④电镀条件的显示。图24-11就是这种机器的一个例子。这个机器用来对电话模型,线塞刀片进行电抛光、镀镍、镀金,电解槽和贮槽都要盖住,以减少来自环境的污染和让热气有效排放。有4个分开的电镀生产线,都是在12ft/min的速度下运转。图24—12是电镀带的机器的示意图。

手机模型刃型插座的4线自动带电镀装置

图24—11手机模型刃型插座的4线自动带电镀装置

带的电镀机器的示意图

图24—12带的电镀机器的示意图(每个槽是小型化学处理槽)

因为刀片是冲压形成的,接触面上有剪切/破碎面,需要大量电抛光。在电抛光槽中的停留时间需要在电流密度约为400A/ft2下进行选择性抛光,以达到满意的抛光。带上的高电流密度可导致几个缺陷:①接触面上的电弧将最终导致接触不良;②带过热;③溶液过热。电弧问题可通过使用钨/银合金接触材料解决。

随着溶液的温度升高,电抛光的质量降低。带的加热可通过使电解槽变短以及在带的两端都进行电接触而降到最低。溶液的加热可通过使阳极与阴极之间的空间尽量缩小以及通过冷却贮槽中的磷酸电抛光液来控制。电抛光铜合金带有另一个问题出现,那就是,溶液中铜变成饱和,最终开始以粉末形式沉积在阴极上。铜粉桥路连接电解槽导致短路,使得电抛光停止。粉末很容易人工除去,但自动除去法更经济。两种方法可以应用:①带有刮刀的转筒阴极除去粉末;②周期性地真空除去含有阴极附近粉末的溶液。粉末分离出后,溶液又返回贮槽中。

在所有电镀系统中,化学或电化学步骤之间的良好清洗都是很重要的。只要喷头不堵塞,淋洗是非常有效的,过滤器对每一个淋洗线都是必需的。镍镀电解槽用小的钛篮,里面有袋和小镍球。整个带都闪镀金,然后在接触边缘进行选择性硬金镀。当放线筒空了或卷线筒满时,传感器能探测到。那段特定的生产线会自动停止,直到操作员换上卷筒,重新启动生产线。

另一种带的电镀机器用在印刷电器板工厂中,在塑性介电体上电铸形成-薄层连续的铜膜。在一个大的旋转抛光的不锈钢鼓的外面镀铜,鼓经过处理使得铜很容易呈连续片状剥离下来。铜片的外面特意镀得稍微粗糙些,为的是增加铜片和塑性介电体的粘接力,这叫“小贩”铜,可以施于柔性或刚性介电体的一面或双面。

第3种带的电镀装置用来生产柔性印刷电路。所有的化学和电化学处理都是在宽的转筒对转筒的带电镀机械上完成的。一薄层铜粘在柔性介电材料,如聚乙烯对苯二酸酯薄的一面或两面,电镀罩置于一面或两面。然后带筒或网筒通过电镀机器产生印刷电路铜,它要比最初的铜厚得多。锡-铅焊料可能被镀在铜上面,为的是当焊罩被除去时,暴露的最初的铜层被浸蚀掉后的钎焊性和/或作为浸蚀罩。网筒通过上端的宽转筒,然后降低进入处理生产线上的每个槽子。每个转筒的末端插接到另一个转筒,所以机器看上去是一个连续的网。

窄带电镀机器主要用来处理电子元件。这是卷筒到卷筒的电镀装置,经常进行选择性金属沉积。近几年,这种机器有了很多改进[16]。已经达到自动化,高速电镀,沉积金属有很大的精确性。典型的应用是在接触器终端和半导体铅框上,金也常用在这些方面,但最近有着像金的光泽一样的钨和钨-镍合金已取代了大部分的金[16]。特别设计的选择性电镀体系已经研发成功,用它来把贵金属的使用量降到最低[18]。

带可以冲压也可不冲压。电镀未冲压的带叫带上带,冲压随后进行。大多数接触器终端的电镀是在冲压过的带上,终端用接杆连在一起,当接触器组装时除去连接杆。

高速带镀装置的研发开始于小的低成本微处理器,它可用于机器控制。这项技术导致可编程序逻辑控制器(PLCS)用于带镀装置和机器控制的全过程。最近,小型计算机,如PCS机被使用,但没有直接用于机器控制。就操作界面和功能而言,PCS机是很好的。可编程序逻辑控制器更适合用于直接控制[19,20]。。两种电子设备经常联合使用以用于电镀机器的监控和控制[21]。主计算机可编程序来监视整个电镀操作,当任何地方出现问题就会提醒工程人员。图24—13显示的机器就是使用的PLC进行过程监视和控制,有一个PC数据安装和分析的界面。客户经常索要电镀他们产品的处理数据,为这些信息付额外的资金。一个中央控制和处理显示板(如图24—13所示)可以让操作者迅速看到机器操作的状态。机器的每个处理阶段都被设计成可在手动或自动模式下运转。这样便于当一个阶段不能在自动状态下正常运转时,就用手动进行运转。

带处理显示的控制仪表板

图24—13带处理显示的控制仪表板

9子弹带电镀

子弹带电镀包括把单独一个镀件例如接触器终端连到传送带上,传送带移动,通过全部处理阶段,就像带的电镀装置一样。在转筒或振动电镀装置中镀件要完全电镀,而在子弹带电镀装置中镀件可以选择性进行电镀。振荡器元件操作杆定位,移动镀件到传送带上,并使两者连接在一起。在生产线的末端,镀件被取下,传送带又返回到机器的前端。边板电镀装置

边板或薄片电镀装置是为了在印刷电器板上镀贵金属接头而设计的。这是电镀业中相对较新的机器,是为了快速选择性在接触头上镀金的特殊需要而研发的。印刷线路板自动装到连续移动的传送系统中,印刷线路板传送带在适当的时间被输入指令,以便移动的带可以抓住印刷线路板,并携带它通过全部处理步骤,这同用带电镀装置在接触器触点上镀镍或金相似。橡胶带还可作为电镀罩来进行选择性电镀除去缠带。传送带和镀带都是经特别设计的,使印刷线路板和柔性橡胶带紧密接触,带既不会过度磨损也不会伸长。这个性能只有用有几层组成的复合带才能达到。带也可以嵌入金属,便于与接头进行电接触。

为了高速电镀和电镀板快速通过机器,阴极附近溶液良好的搅拌是必须的。电镀槽的长度是另一个决定机器速度的因素。如果生产线的速度被一个特定的电镀槽的电镀速率限制,那么,电镀槽长度的增加将提高生产线速度。提高阴极附近溶液的搅拌也有利于提高生产线的速度。

化学处理间的清洗是很重要的。传送带在返回来接触进入电镀生产线的新的电镀板前也必须经过彻底清洗。

干燥是用热风直接吹在湿的位置上。卸料是自动进行的,当印刷线路板被推到板传送带上时,传送带被下了指令去接住那些要脱离电镀生产线的板。大多数边板电镀装置是单独一条线,因为多条生产线会太复杂,尤其是应用了带传送和罩时。

一些薄片电镀装置不用带。罩可用皮带,用机器驱动,但这样操作更昂贵。在这样的机器中接触是通过板边边缘的连接杆,连接杆随后除去。电流是在侧面或上端通过连接杆的。板传送是通过移动带,或者通过上面装有固定板的滑车来实现的。

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