一种合金电镀装置的制作方法

1.本实用新型涉及电镀装置领域，特别涉及一种合金电镀装置。


背景技术：

2.合金电镀是指两种或两种以上的金属(或非金属)在阴极界面上同时还原共沉积的电镀方式。随着当代科学技术和现代工业的发展，各个行业对材料性能及表面处理要求的提高，单一金属镀层已经远远不能满足需求，合金镀层有很多的功能，大致可以分为防护型镀层（锌镍、锌铁、锡铋锌钴、锌锡及镉钛合金等），装饰性合金镀层（铜锡、锡铜镍、铜锌、铜锡锌、铜锌铟等仿金镀层，锡镍、锡钴、锡镍钴等代铬镀层），功能性镀层（镍铬、铬钨、锡铅、镍钴、镍铁、铅锡锑、镍钼、镍钴、镍钼镧、镍钼铁），贵金属合金镀层（金铟、银锑、镍钯、镍金等），非晶态合金镀层（镍磷、镍硫、镍钼磷、镍钼硫，铁磷、钴钼、镍铁磷、镍铁钨、钴钨硼等）。此类二元、三元合金被广泛地应用于汽车、航空航天、机械、船舶、电解水制氢、首饰及电子元器件上。
3.由于合金电镀与单金属电镀相比的复杂性，合金镀层中的合金组分受电镀工艺条件的影响很大，镀液中金属离子含量、电镀添加剂含量、镀液温度、阴极电流密度的改变都会对合金镀层内的元素组成有影响。在合金电镀生产实践中，一般会通过调节镀液中金属离子含量来控制合金镀层内的元素组成稳定不定，也可以通过改变镀液中金属离子含量来调控合金镀层内的元素组成，得到一系列不同组分的合金镀层的目标。调节镀液中金属离子含量一般用以下两种办法：
4.（1）使用合金镀层中的一种或两种主要成分作为阳极材料，通过阳极的溶解来补充镀液中金属离子的消耗，而另外的金属离子，一般采用间断式添加金属盐溶液来补充该离子，该方法的缺点在于：
ꢀ①ꢀ
金属盐溶液添加成本高；
ꢀ②ꢀ
间断式添加金属盐溶液会造成电镀液中的该离子含量不稳定，镀液成分波动较大，对镀层中的该金属含量的稳定性有影响；
ꢀ③ꢀ
经常添加金属盐溶液，会使镀槽中电镀液体积不断增多，必须经常抽出一部分，造成浪费，成本升高，且操作繁琐。
5.（2）将镀层合金元素的纯金属或者合金一起作为电镀时的阳极提供电镀合金镀层所需要的金属离子，但由于不同金属元素之间的溶解电位不同，同样的电位下，不同的金属阳极被氧化溶解进入电镀液中的摩尔量存在差异，同一金属元素的阳极溶解量与该种金属在阴极待镀对象上的沉积量也会存在差异，进而在电镀阴极被还原的合金镀层组分比例失衡。
6.在带材连续电镀合金镀层的生产中，由于对产品镀层一致性的要求比较高，因此需要在生产过程中维持镀液中金属离子含量稳定，一般采用上述（2）中的方法。而为了控制不同的金属阳极被氧化溶解量，现有技术采用的方法一是阳极材料接不同的整流器，通过控制不同阳极上的电流来控制阳极材料的溶解量；二是通过遮挡板任意调节不同金属阳极的有效面积，以实现电镀液中的金属离子浓度的控制，从而达到控制合金镀层中金属元素组成的目标。
7.中国专利“一种锡铋合金电镀装置”（申请号：201821308194.1）公开了一种锡铋合金电镀装置，具有电镀槽，电镀装置的阳极连接有金属锡板和金属铋板，金属锡板和金属铋板分别连接有第一整流器和第二整流器，第一整流器和第二整流器与可编辑逻辑控制器相连，利用可编辑逻辑控制器根据电镀液中铋离子和锡离子的浓度控制对金属锡板及金属铋板的输入电流值，从而控制镀液中金属离子含量。这种控制方式为了维持电镀液中金属离子的浓度稳定，电流会经常发生改变，这就会造成施加到阴极被镀对象的电流一直在变化，导致镀层的厚度也会不断变化，电镀的质量不稳定；当两个阳极在同一电镀槽中时，由于分别施加的电流不一样，会导致不同的阳极与阴极之间的电力线密度不一样，阴极（待镀对象）对应电力线密度高的部分镀层会更厚，这就导致待镀对象不同的位置镀层厚度不一致。另外，由于锡阳极和镍阳极共用一块阴极（即待镀对象），并且都浸泡在导电的电镀液中，锡阳极和镍阳极在电镀过程中存在电势差，两者之间会产生电流，这种电流会影响阳极的溶解量，造成电镀液中的金属离子含量偏离控制值。
8.中国专利“可实时调节镍钴含量的电镀镍钴合金工艺及电镀装置”（申请号202010348852.5）公开了一种可实时调节镍钴含量的电镀合金装置，电镀装置中包括直接或间接活动连接于钴用阳极篮上用于遮挡钴用阳极篮上网状部位以调整钴阳极暴露于电镀液中的面积的遮挡板，根据镀层中所需镍钴含量之比，调节遮挡板，通过控制钴阳极的暴露面积，来控制镀液中的金属离子含量。在电镀生产中，遮挡阳极暴露面积，会改变阴极被镀对象与阳极之间的电力线分别，造成待镀对象上对应位置的镀层厚度不均匀，镀层很容易出现“烧焦”现象，严重影响镀层质量。


技术实现要素：

9.为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型公开了一种合金电镀装置，克服现有的电镀二元、三元合金工艺中因金属阳极溶解电位不同，使得金属阳极元素的溶解效率与阴极沉积效率不匹配，导致电镀液的金属离子含量不稳定，进而引起合金镀层质量不稳定的问题。
10.在本实用新型的技术方案中，是把合金镀层的主成分的金属阳极用作电镀槽的阳极，将其与阴极待镀对象分别接到同一整流器的正极和负极。然后把合金镀层其他成分的金属元素作为辅助阳极设置在镀液缓冲槽内，每一个辅助阳极都配套一个辅助阴极，每一对辅助阳极和辅助阴极都分别连接到一个独立整流器的正极和负极。
11.本实用新型的技术方案为：
12.一种合金电镀装置，包括电镀槽、储液槽、镀液循环泵、过滤设备、导电辊、整流器、辅助阴极、电镀阳极、辅助阳极，其中：
13.（1）电镀槽内设有一个或多个电镀阳极,电镀阳极通过导线与整流器的正极相连；
14.（2）导电辊安装于所述电镀槽上部，位于待镀对象移动方向的两侧，并与待镀对象的至少一个面接触，导电辊通过导线与整流器的负极相连；
15.储液槽通过循环管道与电镀槽连通，循环管道上设置有镀液循环泵，驱动电镀液在电镀槽和储液槽之间循环流动，
16.所述储液槽内设有至少一个辅助阳极，至少一个辅助阴极，辅助阳极与辅助阴极相对安装，
17.所述的辅助阳极与辅助阴极相对安装是：当只有一个辅助阳极时，辅助阳极与辅助阴极分别连接到一个独立整流器的正极和负极，或者当有两个辅助阳极时，辅助阳极分别与两个不同整流器的正极相连，上述两个整流器的负极与同一个辅助阴极相连，或者与两个不同的辅助阴极相连。
18.所述的电镀阳极是金属板、合金板，或者是内部装载有电镀阳极的阳极篮。
19.所述的辅助阳极是金属板、合金板，或者是内部装载有电镀阳极的阳极篮，或者是不溶阳极。
20.所述的一种合金电镀装置是用作对连续的带材进行电镀，在电镀槽内将二元或者三元合金镀层沉积于带材表面上。
21.所述的带材是导电海绵、导电织布、导电无纺布、泡沫金属、烧结多孔金属、金属网、冲孔金属带。
22.所述的二元合金镀层是镍钴合金、镍铁合金、钴钼合金、镍钼合金。
23.所述的三元合金镀层是镍钼镧合金、镍钼铁合金。
24.与现有技术相比，本实用新型通过将辅助阳极的溶解过程设置在缓冲槽中进行，通过使用单独的整流器以及辅助阴极的方式，与电镀槽中的阳极溶解过程以及对待镀对象的阴极电镀过程分开，使得不同的合金元素之间的溶解过程是独立的、互不干扰，并且可以由独立的整流器控制。在电镀过程中，通过独立的整流器给电镀槽中的阳极与待镀对象加载电流，可以稳定地控制主镀元素的溶解，以及沉积到待镀对象上的合金的量。然后通过对储液槽中的辅助阳极、辅助阴极加载电流，通过对加载电流的大小，来控制电镀液中其他合金元素的含量，用以稳定电镀液在电镀过程中的合金元素的含量，从而达到控制合金镀层中合金组分稳定的目的。所述的辅助阴极为表面导电的材料，其电阻率＜10000ω
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m。
25.与现有技术相比，本实用新型的技术方案中电镀槽内的阳极都连接到同一整流器的正极，因而就不存在当两个阳极在同一电镀槽中时，由于分别施加的电流不一样，会导致不同的阳极与阴极之间的电力线密度不一样，使得阴极（待镀对象）不同的位置镀层厚度不一致的情况。利用本实用新型的技术方案所获得的合金镀层一致性更好。
26.与现有技术相比，本实用新型的技术方案中电镀槽内的阳极都连接到同一整流器的正极，因而也就不存在由于电镀槽内有两个以上的阳极共用一块阴极（即待镀对象），不同的阳极在电镀过程中存在电势差，两者之间产生的电流影响阳极的溶解量，造成电镀液中的金属离子含量偏离控制值的情况。利用本实用新型的技术方案所获得的合金镀层的合金组分更稳定，一致性更好。
27.本实用新型的技术方案中所述的辅助阳极也可以是不溶阳极，是针对电镀过程中有某些合金元素的阴极电流效率较低的情况，当阳极溶解的合金元素一直多于该合金元素在阴极（待镀对象）上的沉积量时，为了防止电镀液中的该合金元素的含量一直升高，就可以通过在储液槽中设置一块不溶阳极，通过独立的整流器给该不溶阳极持续地或者间歇地加载电流，将电镀液中多余的合金元素沉积到辅助阴极上，以此来维持电镀液中合金元素含量的稳定。
28.本实用新型的技术方案，适用于挂镀的生产方式，也适用于连续电镀的生产方式，生产过程中连续可控、产品的一致性好。
附图说明
29.图1为本实用新型实施例一中的一种合金电镀装置的结构示意图；
30.图2为本实用新型实施例二中的一种合金电镀装置的结构示意图；
31.图3为本实用新型实施例三中的一种合金电镀装置的结构示意图；
32.图4为本实用新型实施例四中的一种合金电镀装置的结构示意图。
具体实施方式
33.下面结合具体实施例来进一步说明本实用新型所述的一种合金电镀装置。
34.本实用新型公开的一种合金电镀装置适用于二元、三元合金的电镀，包括但不限于以下的合金镀层：防护型镀层（锌镍、锌铁、锡铋锌钴、锌锡及镉钛合金等），装饰性合金镀层（铜锡、锡铜镍、铜锌、铜锡锌、铜锌铟等仿金镀层，锡镍、锡钴、锡镍钴等代铬镀层），功能性镀层（镍铬、铬钨、锡铅、镍钴、镍铁、铅锡锑、镍钼、镍钴、镍钼镧、镍钼铁），贵金属合金镀层（金铟、银锑、镍钯、镍金等），非晶态合金镀层（镍磷、镍硫、镍钼磷、镍钼硫，铁磷、钴钼、镍铁磷、镍铁钨、钴钨硼等）。
35.实施例一
36.本实施例提供的一种合金电镀装置，其结构如图1所示，用于在镍网表面电镀镍钼合金，包括电镀槽（11）、储液槽（12）、镀液循环泵（13）、过滤设备（14）、导电辊（15）、整流器（161、162）、辅助阴极（17）、电镀阳极（18）、辅助阳极（19）。
37.电镀槽（11）和储液槽中均设有电镀液（10），用于对处于电镀液中的待镀对象镍网（110）进行电镀。电镀槽（11）内设置有阳极篮，阳极篮的内部装有镍块，作为电镀阳极的阳极篮和待镀对象镍网连接到同一个独立整流器（161），阳极篮连接到整流器（161）的正极，镍网通过导电辊（15）连接到整流器（161）的负极。
38.导电辊（15）安装于所述电镀槽（11）上部，位于镍网移动方向的两侧，并与镍网的表面面接触导电。
39.储液槽（12）通过循环管道（112）与电镀槽（11）连通，循环管道上设置有镀液循环泵（13）和过滤设备（14），镀液循环泵驱动电镀液在电镀槽和储液槽之间循环流动。储液槽（12）内设置有阳极篮，阳极篮的内部装有钼块，作为辅助阳极（19）的阳极篮和辅助阴极（17）连接到同一个独立整流器（162），阳极篮连接到整流器（162）的正极，辅助阴极（17）连接到整流器（162）的负极。
40.在合金电镀的过程中，镍网上的镍钼合金镀层的厚度通过整流器（161）加载的电流来控制，当电镀液中的钼离子浓度发生改变时，可以通过调节整流器（162）的电流来控制钼块溶解的速度，使得电镀液中的金属离子含量保持稳定，保证合金镀层的质量稳定。
41.在一些实际生产过程中，也可以在阳极篮外部围绕一层非金属纤维编织物或者非金属微孔薄板（111），以防止阳极泥掉落到电镀液中。
42.实施例二
43.本实施例提供的一种合金电镀装置，其结构如图2所示，用于在泡沫镍的表面上电镀镍钼铁合金，包括电镀槽（21）、储液槽（22）、镀液循环泵（23）、过滤设备（24）、导电辊（25）、整流器（261、262、263）、辅助阴极（27）、电镀阳极（28）、辅助阳极（29）。
44.电镀槽（21）和储液槽中均设有电镀液（20），用于对处于电镀液中的待镀对象泡沫
镍（210）进行电镀。电镀槽（21）内设置有阳极篮，阳极篮的内部装有镍块，作为电镀阳极的阳极篮和待镀对象镍网连接到同一个独立整流器（261），阳极篮连接到整流器（261）的正极，泡沫镍通过导电辊（25）连接到整流器（261）的负极。
45.导电辊（25）安装于所述电镀槽（21）上部，位于泡沫镍移动方向的两侧，并与泡沫镍的表面面接触导电。
46.储液槽（22）通过循环管道（212）与电镀槽（21）连通，循环管道上设置有镀液循环泵（23）和过滤设备（24），镀液循环泵驱动电镀液在电镀槽和储液槽之间循环流动。储液槽（22）内设置有两个阳极篮，其中一个阳极篮（291）的内部装有钼块，作为辅助阳极的阳极篮（291）和辅助阴极（271）连接到同一个独立整流器（262），阳极篮连接到整流器（262）的正极，辅助阴极（271）连接到整流器（262）的负极。
47.另一个阳极篮（292）的内部装有铁块，作为辅助阳极的阳极篮（292）和辅助阴极（272）连接到同一个独立整流器（263），阳极篮连接到整流器（263）的正极，辅助阴极（272）连接到整流器（263）的负极。
48.在合金电镀的过程中，泡沫镍上的镍钼铁合金镀层的厚度通过整流器（261）加载的电流来控制，当电镀液中的钼离子浓度发生改变时，可以通过调节整流器（262）的电流来控制钼块溶解的速度，同样的，当电镀液中的铁离子浓度发生改变时，可以通过调节整流器（263）的电流来控制铁块溶解的速度，从而使得电镀液中的金属离子含量保持稳定，保证合金镀层的质量稳定。
49.在一些实际生产过程中，也可以在阳极篮外部围绕一层非金属纤维编织物或者非金属微孔薄板（211），以防止阳极泥掉落到电镀液中。
50.实施例三
51.本实施例提供的一种合金电镀装置，其结构如图3所示，用于在钢带的其中一个表面上电镀锡铋合金，包括电镀槽（31）、储液槽（32）、镀液循环泵（33）、过滤设备（34）、导电辊（35）、整流器（361、362）、辅助阴极（37）、电镀阳极（38）、辅助阳极（39）。
52.电镀槽（31）和储液槽中均设有电镀液（30），用于对处于电镀液中的待镀对象钢带（310）进行电镀。电镀槽（31）内设置有阳极篮，阳极篮的内部装有锡块，作为电镀阳极的阳极篮和待镀对象钢带连接到同一个独立整流器（361），阳极篮连接到整流器（361）的正极，钢带通过导电辊（35）连接到整流器（361）的负极。
53.导电辊（35）安装于所述电镀槽（31）上部，位于钢带移动方向的两侧，并与钢带的表面面接触导电
54.储液槽（32）通过循环管道（312）与电镀槽（31）连通，循环管道上设置有镀液循环泵（33）和过滤设备（34），镀液循环泵驱动电镀液在电镀槽和储液槽之间循环流动。储液槽（32）内设置有阳极篮，阳极篮的内部装有铋块，作为辅助阳极（39）的阳极篮和辅助阴极（37）连接到同一个独立整流器（362），阳极篮连接到整流器（362）的正极，辅助阴极（37）连接到整流器（362）的负极。
55.在合金电镀的过程中，钢带上的锡铋合金镀层的厚度通过整流器（361）加载的电流来控制，当电镀液中的铋离子浓度发生改变时，可以通过调节整流器（362）的电流来控制铋块溶解的速度，使得电镀液中的金属离子含量保持稳定，保证合金镀层的质量稳定。
56.在一些实际生产过程中，也可以在阳极篮外部围绕一层非金属纤维编织物或者非
金属微孔薄板（311），以防止阳极泥掉落到电镀液中。
57.实施例四
58.本实施例提供的一种合金电镀装置，其结构如图4所示，用于在导电织布的表面上电镀铜锡合金，包括电镀槽（41）、储液槽（42）、镀液循环泵（43）、过滤设备（44）、导电辊（45）、整流器（461、462、463）、辅助阴极（47）、电镀阳极（48）、辅助阳极（49）。
59.电镀槽（41）和储液槽中均设有电镀液（40），用于对处于电镀液中的待镀对象导电织布（410）进行电镀。电镀槽（41）内设置有阳极篮，阳极篮的内部装有铜块，作为电镀阳极的阳极篮和待镀对象钢带连接到同一个独立整流器（461），阳极篮连接到整流器（461）的正极，导电织布通过导电辊（45）连接到整流器（461）的负极。
60.导电辊（45）安装于所述电镀槽（41）上部，位于导电织布移动方向的两侧，并与钢带的表面面接触导电。
61.储液槽（421、422）通过循环管道（412）与电镀槽（41）连通，循环管道上设置有镀液循环泵（43）和过滤设备（44），镀液循环泵驱动电镀液在电镀槽和储液槽之间循环流动。
62.储液槽（421）内设置有阳极篮，阳极篮（491）的内部装有锡块，作为辅助阳极的阳极篮（491）和辅助阴极（471）连接到同一个独立整流器（462），阳极篮连接到整流器（462）的正极，辅助阴极（471）连接到整流器（462）的负极。
63.储液槽（422）内设置了一块不溶阳极作为辅助阳极（492），辅助阳极（492）和辅助阴极（472）连接到同一个独立整流器（463），辅助阳极连接到整流器（463）的正极，辅助阴极连接到整流器（463）的负极。
64.在合金电镀的过程中，导电织布上的铜锡合金镀层的厚度通过整流器（461）加载的电流来控制，当电镀液中的锡离子浓度发生改变时，可以通过调节整流器（462）的电流来控制锡块溶解的速度，使得电镀液中的金属离子含量保持稳定，保证合金镀层的质量稳定。
65.当电镀液中的合金元素含量升高得较快时，通过整流器（463）持续地或者间歇地给不溶阳极（492）加载电流，将电镀液中多余的合金元素沉积到辅助阴极（472）上，以此来维持电镀液中合金元素含量的稳定。
66.在一些实际生产过程中，也可以在阳极篮外部围绕一层非金属纤维编织物或者非金属微孔薄板（411），以防止阳极泥掉落到电镀液中。