SU1723210A1

SU1723210A1 - Device for supply of electroplating bath with periodic current

Info

Publication number: SU1723210A1
Application number: SU904849339A
Authority: SU
Inventors: Валерий Николаевич Сиромаха; Николай Александрович Костин; Татьяна Яковлевна Еременко
Original assignee: Днепропетровский Институт Инженеров Железнодорожного Транспорта Им.М.И.Калинина
Priority date: 1990-07-09
Filing date: 1990-07-09
Publication date: 1992-03-30

Abstract

Изобретение относитс к гальванотехнике , в частности к устройствам дл питани гальванических ванн периодическим током, и может быть использовано в гальванических цехах предпри тий в технологических процессах, в которых примен ютс нерастворимые аноды, при получении гальваниче . Изобретение относитс к гальванотехнике и может быть использовано дл осаждени металлов и сплавов на металлические издели , в том числе дл получени слоистых покрытий, а также при необходимости варьировани процентного содержани примесей в осаждаемых металлах и компонентов в сплавах. При осаждении гальванопокрытий импульсными токами в р де случаев примен ют импульсы обратного тока. При этом- на катоде происходит процесс растворени поских покрытий с улучшенными физико-механическими свойствами. Цель изобретени -- улучшение физико-механических свойств покрытий путем расширени диапазона варьировани структуры и текстуры осажденных слоев. Новым в устройстве вл етс применение выпр мител 2 и сглаживающего фильтра 3, подключенных к трансформатору 1, и принудительна коммутаци тиристоров в распределителе тока, осуществл ема таким образом, что при протекании импульсов пр мого тока работает пара электродов анод - катод, а при протекании обратных импульсов тока.- пара электродов катод - катод. Применение устройства позвол ет защитить нерастворимые аноды от осаждени на них активного металла из электролита. Устройство дает возможность примен ть программные режимы осаждени с обратными импульсами тока, что обеспечивает получение покрытий с измен ющимис по толщине сло микроструктурой, текстурой , а в сплавах-процентным содержанием компонентов. 4 ил. сл С крыти и осаждение его на анод. В случае применени нерастворимых анодов это может привести к их порче. Таким образом, возникает необходимость в устройстве, которое позволит защитить нерастворимый анод от осаждени на него металла из электролита при реализации процесса осаждени с использованием импульсов обратного тока. Известно устройство дл питани гальванических ванн периодическим током, содержащее трансформатор, на вторичной х| кэ CJ го о The invention relates to electroplating, in particular to devices for feeding electroplating baths with a periodic current, and can be used in electroplating workshops of enterprises in technological processes in which insoluble anodes are used in the preparation of electroplating. The invention relates to electroplating and can be used for the deposition of metals and alloys on metal products, including for the production of layered coatings, as well as the need to vary the percentage of impurities in the deposited metals and components in the alloys. During the deposition of electroplating by pulsed currents in a number of cases, reverse current pulses are used. At the same time, on the cathode, the process of dissolving high-quality coatings with improved physicomechanical properties occurs. The purpose of the invention is to improve the physicomechanical properties of coatings by expanding the range of variation in the structure and texture of the deposited layers. New in the device is the use of rectifier 2 and a smoothing filter 3 connected to transformer 1, and forced switching of the thyristors in the current distributor, carried out in such a way that during the flow of direct current pulses an anode-cathode pair current pulses. - a pair of electrodes cathode - cathode. The use of the device protects the insoluble anodes from the deposition of the active metal on them from the electrolyte. The device makes it possible to use software deposition modes with reverse current pulses, which provides coatings with a microstructure, a texture varying in layer thickness, and a percentage content of components in alloys. 4 il. SL From the roof and deposition of it on the anode. In the case of insoluble anodes, this can lead to deterioration. Thus, there is a need for a device that will protect the insoluble anode from the deposition of metal from the electrolyte during the deposition process using reverse current pulses. A device for feeding a galvanic bath with a periodic current, containing a transformer, on the secondary x | ke cj go about

Description

обмотке которого последовательно с выпр мительными элементами подключены аноды, а встречно с выпр мительными элементами- катоды, катоды присоединены к вторичной обмотке трансформатора параллельно анодам .the winding of which is connected in series with the rectifying elements to the anodes, and opposite to the rectifying elements — the cathodes; the cathodes are connected to the secondary winding of the transformer parallel to the anodes.

Недостатком известного устройства вл етс то, что оно не позвол ет использовать программные режимы осаждениг., примен емые, в частности, при получении слоистых покрытий, использование двух анодов усложн ет конструкцию, а наличие резисторов в силовой схеме ведет к увеличению потерь электроэнергии. Данное устройство не дает возможности производить осаждение гальванопокрыти в оба полупериода питающего напр жени , нельз регулировать длительность импульсов пол ризующего тока.A disadvantage of the known device is that it does not allow the use of software deposition modes used, in particular, in the preparation of layered coatings, the use of two anodes complicates the design, and the presence of resistors in the power circuit leads to an increase in power losses. This device does not allow the deposition of electroplating in both half-periods of the supply voltage, it is impossible to regulate the duration of the polarizing current pulses.

Наиболее близким к предлагаемому вл етс устройство дл питани гальванической ванны периодическим током, содержащее трансформатор, полупроводниковый распределитель тока, через который анод и катод подключены к вторичной обмотке трансформатора.Closest to the present invention, there is a device for supplying a galvanic bath with a periodic current, comprising a transformer, a semiconductor current distributor, through which the anode and cathode are connected to the secondary winding of the transformer.

Недостатком известного устройства вл етс то, что оно позвол ет работать с импульсными токами частотой не выше 100 Гц, максимальной длительностью импульса не более 50 мс. Это существенно ограничивает возможности получени покрытий с заданными свойствами, т.к. в р де случаев целесооб7 разно использовать частоты импульсного тока значительно выше 100 Гуили длительности импульса более 50 мс. Указанные недостатки затрудн ют разработку программных режимов осаждени , где дл получени существенных различий в структуре и текстуре слоев осаждаемого металла необходимо изменение параметров режимов осаждени в широких пределах. К недостаткам следует отнести также только синусоидальную форму импульсов тока, котора не позвол ет измен ть длительность импульса без изменени его амплитуды. Кроме того, мала крутизна фронта импульсов не способствует образованию мелкозернистых осадков и затрудн ет выбор оптимальных параметров импульсного тока. A disadvantage of the known device is that it allows working with pulse currents with a frequency of not higher than 100 Hz, the maximum pulse duration not exceeding 50 ms. This significantly limits the possibility of obtaining coatings with desired properties, since In a number of cases, it is advisable to use pulsed current frequencies well above 100 Guili pulses longer than 50 ms. These drawbacks make it difficult to develop software deposition modes where, in order to obtain significant differences in the structure and texture of the layers of the deposited metal, it is necessary to change the parameters of the deposition modes over a wide range. The disadvantages should also include only the sinusoidal shape of the current pulses, which does not allow changing the pulse duration without changing its amplitude. In addition, the steepness of the pulse front is not conducive to the formation of fine-grained sediments and makes it difficult to choose the optimal parameters of the pulsed current.

Цель изобретени - улучшение физико- механических свойств покрыти путем рас- ширени диапазона варьировани структуры и текстуры осаждаемых слоев за счет проведени процесса в режиме пр моугольных импульсов.The purpose of the invention is to improve the physicomechanical properties of the coating by expanding the range of variation of the structure and texture of the deposited layers by conducting the process in the mode of rectangular pulses.

Поставленна цель достигаетс устрой- .ством дл питани гальванической ванны периодическим током, содержащим трансформатор , выпр митель со сглаживающимThis goal is achieved by a device for supplying a galvanic bath with a periodic current containing a transformer, a rectifier with a smoothing

фильтром, к выходу которого подключен полупроводниковый распределитель тока. Распределитель тока выполнен в виде двух параллельных контуров, содержащих дваfilter, the output of which is connected semiconductor current distributor. The current distributor is made in the form of two parallel circuits containing two

последовательно соединенных между собой тиристора. В общую точку тиристоров включены соответствующие катоды. Анод соединен с положительным полюсом выпр мител через тиристор. Коммутаци тиристоровsequentially interconnected thyristor. The corresponding cathodes are included in the common point of the thyristors. The anode is connected to the positive pole of the rectifier via a thyristor. Thyristor commutation

0 осуществл етс принудительно с помощью , блоков коммутации, подключенных параллельно каждому из тиристоров.0 is forced by means of switching units connected in parallel to each of the thyristors.

На фиг.1 представлена схема устройства ,1 на фиг.2 - временные диаграммы работыFigure 1 presents a diagram of the device, 1 in figure 2 - timing charts

5 анода и катодов при одновременном осаждении гальванопокрыти на катоды; на фиг.З и 4 - временные диаграммы работы анода и катодов при различных вариантах осаждени гальванопокрыти .5 anodes and cathodes while depositing electroplating on cathodes; FIGS. 3 and 4 show timing diagrams for the operation of the anode and cathodes in various types of electroplating.

0 Устройство содержит трансформатор 1, . выпр мительный мост 2, сглаживающий фильтр 3, распределитель тока, в состав которого вход т тиристоры 4-8 и коммутирующие узлы 9-13, катоды 14, 15, анод 16.0 The device contains a transformer 1,. a rectifying bridge 2, a smoothing filter 3, a current distributor comprising thyristors 4-8 and switching nodes 9-13, cathodes 14, 15, anode 16.

5Устройство работает следующим образом .5 The device operates as follows.

В цел х защиты нерастворимого анода от осаждени основного металла из электролита по цепи анод - катод должны прохо0 дить импульсы тока только пр мой пол рности. Вместе с тем дл улучшени физико-механических свойств покрыти в р де случаев необходимо примен ть импульсы тока обратной пол рности, дл этогоIn order to protect the insoluble anode from the deposition of the base metal from the electrolyte, only direct polarity current pulses must pass through the anode – cathode circuit. At the same time, in order to improve the physicomechanical properties of the coating, in a number of cases it is necessary to use current pulses of reverse polarity.

5 в гальваническую ванну вводитс второй катод . Таким образом, в ванне используетс трехэлектродна система, в которой два электрода (14, 15) могут выполн ть функции как катодов, так и анодов, а один электрод5, a second cathode is introduced into the plating bath. Thus, a three-electrode system is used in the bath, in which two electrodes (14, 15) can function as cathodes and anodes, and one electrode

0 вл етс нерастворимым анодом 16.0 is an insoluble anode 16.

При пропускании обратных импульсов тока работа ют только электроды 14,15, причем направление тока между ними определ ет тип процесса, протекающего на каждомWhen passing reverse current pulses, only electrodes 14, 15 work, and the direction of the current between them determines the type of process that occurs on each

5 электроде. Изменение режима работы электродов осуществл етс с помощью тиристор- ного распределител токов.5 electrode. Changing the mode of operation of the electrodes is carried out using a thyristor current distributor.

Возможны два основных режима работы устройства.There are two main modes of operation of the device.

0 Первый режим - одновременное осаждение гальванопокрыти на оба катода (фиг.2). Ток от положительного полюса выпр мител через открытый тиристор 6 (тиристоры 4,5 закрыты) через анод 16 поступает0 The first mode is the simultaneous deposition of electroplating on both cathodes (figure 2). The current from the positive pole of the rectifier through the open thyristor 6 (thyristors 4.5 closed) through the anode 16 enters

5 к электродам 14,15 и далее через тиристоры 7, 8 к отрицательному полюсу выпр мител . Открытие тиристоров 7, 8 происходит поочередно , т.е. в момент формировани импульса тока на одном из катодов на втором формируетс бестокова пауза. Такой режим работы возможен, так как обычно дл осаждени покрытий используютс импульсы тока со скважностью больше 2.5 to electrodes 14, 15 and further through the thyristors 7, 8 to the negative pole of the rectifier. The opening of the thyristors 7, 8 occurs alternately, i.e. at the time of the formation of a current pulse on one of the cathodes on the second a dead-end pause is formed. This mode of operation is possible, since current pulses with a duty cycle of more than 2 are usually used for coating deposition.

Второй режим - растворение гальванопокрыти на одном из катодов при одновре- менном осаждении на второй катод. Если на электроде 14 должен происходить процесс растворени , а на электроде 15 - процесс осаждени (фиг.З), то работа устройства осуществл етс следующим образом, Ток от положительного полюса выпр мител через тиристор 5 (тиристоры 4, 6 закрыты) поступает к электроду 14, далее к электроду 1.5 и через тиристор 8 к отрицательному полюсу выпр мител . В случае осуществлени про- цесса растворени на электроде 15 и процесса осаждени на электроде 14 (фиг,4) устройство работает следующим образом. Ток от положительного полюса выпр мител , через тиристор 4 (тиристоры 5, б закры- ты) поступает к электроду 15 и далее к электроду 14 и через тиристор 7 к отрицательному полюсу выпр мител ,The second mode is the dissolution of electroplating on one of the cathodes with simultaneous deposition on the second cathode. If the dissolution process is to take place at the electrode 14 and the deposition process at the electrode 15 (FIG. 3), the device operates as follows. The current from the positive pole of the rectifier through the thyristor 5 (thyristors 4, 6 are closed) goes to the electrode 14 , further to the electrode 1.5 and through the thyristor 8 to the negative pole of the rectifier. In the case of carrying out the process of dissolving on the electrode 15 and the deposition process on the electrode 14 (Fig. 4), the device operates as follows. The current from the positive pole of the rectifier, through the thyristor 4 (thyristors 5, b are closed) goes to the electrode 15 and further to the electrode 14 and through the thyristor 7 to the negative pole of the rectifier,

При формировании бёстоковой паузы все тиристоры закрыты. Процесс закрыти тиристора осуществл етс с помощью узлов коммутации. Таким образом, устройство позвол ет защитить нерастворимые аноды от осаждени на них металла из электролита при использовании программных режимов электролиза с обратными импульсами тока.During the formation of a low-pause pause, all thyristors are closed. The process of closing the thyristor is carried out using switching nodes. Thus, the device allows to protect insoluble anodes from the deposition of metal from the electrolyte on them when using program modes of electrolysis with reverse current pulses.

Положительный эффект достигаетс тем, что дл формировани импульсов тока используетс предварительно выпр мленное и сглаженное напр жение, искусствен- на коммутаци тиристоров. Это позвол ет получать импульсы тока пр моугольной формы, длительность и частота которых варьируетс в широких пределах.A positive effect is achieved in that a pre-rectified and smoothed voltage, artificially switching thyristors, is used to form current pulses. This makes it possible to produce square-shaped current pulses, the duration and frequency of which vary widely.

Использование предлагаемого устрой- ства дл питани гальванической ванны периодическим током обеспечиваетThe use of the proposed device for feeding a galvanic bath with a periodic current provides

следующие преимущества по сравнению с прототипом:питание гальванической ванны чередующимис пачками импульсов тока пр моугольной формы различной пол рности; плавное и независимое регулирование длительности импульсов и пауз пол ризующего тока; работу в широком диапазоне частот импульсного тока, где верхний предел определ етс быстродействием используемых тиристоров и может достигать 10 кГц; расширение с помощью предлагаемого устройства отличи в структуре и текстуре между осаждаемыми чередующимис сло ми металла, в более широких пределах варьирование концентрации компонентов в сплавах . The following advantages are compared with the prototype: the supply of the galvanic bath with alternating bursts of rectangular-shaped current pulses of different polarity; smooth and independent regulation of the duration of the pulses and pauses of the polarizing current; operation in a wide range of pulsed current frequencies, where the upper limit is determined by the speed of the thyristors used and can reach 10 kHz; expansion with the help of the proposed device, differences in structure and texture between deposited alternating metal layers, within wider limits, variation of the concentration of components in alloys.

Claims

Apparatus for supplying a galvanic bath with a periodic current containing a transformer and a current distributor on thyristors connected to the cathodes and the anode of the bath, characterized in that in order to improve the physicomechanical properties of the coatings by expanding the range of variation of the structure and texture of the deposited layers through the process in the mode of rectangular pulses, it is equipped with a rectifier, switching units and a smoothing filter; the current distributor is made in the form of two parallel circuits in with two series-connected thyristors, the common point of which is connected to one of the cathodes, the anode is connected to the positive pole of the rectifier via the thyristor, each of the switching blocks connected in parallel to one of the thyristors, and the filter is connected between the positive pole of the rectifier and the common point of the distributor circuits current connected to the negative pole rectifier.

Shch2

Рж.з

FIG 4