一种具有自动更换电镀液的电镀箱的制作方法

1.本发明涉及电镀技术领域，具体为一种具有自动更换电镀液的电镀箱。


背景技术：

2.电镀是一种表面加工工艺，作用是在物件的表面镀覆上一层金属层，基体工件一般是导电体，特殊处理过的非金属工件也可以电镀。
3.电镀时，待镀的金属可以是作为阳极，在电镀过程不断电解进入电镀液然后在阴极重新获得电子成为金属原子而成为镀膜，有时待镀金属不适合用作阳极，而是直接以电解质的形式存在于电镀液内，阳极不再减少自身质量，电镀液内存放待镀金属的情况中，电镀液需要在电镀进行一定时间后更换，因为其内的溶质离子浓度减小，不再支持电镀作用或者浓度变化影响电镀质量，更换电镀液一般会暂停电镀过程，有时也可以是连续进出的补充电镀液，但是，不停机进行的电镀液补充，也会导致电镀环境中溶质离子浓度变化较大，在补充位置浓度高，扩散时受到电镀电流影响而浓度分布不均匀，这些都不利于电镀质量的提升。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种具有自动更换电镀液的电镀箱，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种具有自动更换电镀液的电镀箱，包括箱体、阳极、阴极、电镀电路，箱体内存放电镀液，阳极和阴极分别连接到电镀电路上，阳极和阴极分别插入箱体内并浸入电镀液，电镀箱还包括电缆线、辅助电路、出水管、进水管，辅助电路在电缆线上加载电流，电缆线浸入电镀液，电缆线上电流产生环形磁场约束电镀液内电解质离子存留在阳极至阴极的路径上，约束电解质离子的区域构成溶质离子高浓区域，进水管末端浸入电镀液并伸入溶质离子高浓区域内，出水管末端浸入电镀液并位于溶质离子高浓区域外。
6.电缆线的环形磁场约束电镀液内离子是通过吸引或排斥的方式实现，以单根导线为例进行分析，电镀液内离子运动是：负离子从阴极往阳极移动，而待镀金属在电镀液内先以正离子形式存在，然后从阳极往阴极运动，在阴极获得电子成为金属原子沉积到阴极上，在本技术分析时，待镀工件与阴极作为整体看待，正负离子的运动所表征的电流都是电镀液内从阳极往阴极，以正离子载流子分析，如果电缆线内通入的电流在空间上是从阳极往阴极的方向，从阳极往阴极看的方向，电镀载流子以
“×”
表示朝向纸面内的方向，电缆线也是朝向纸面内的电流方向，此时，电缆线产生的磁感线根据右手定则为顺时针环形，电镀载流子在运动时，受到磁场作用力，作用力的方向根据霍尔效应是朝向电缆线的中心线的，在电缆线附近运动的载流子会被吸引到电缆线表面，这样的分析可以同样适用于负电荷的载流子，即：电缆线内通以空间上从阳极往阴极方向的电流，电缆线能够对电镀载流子起到“吸引”作用，同理可以分析电缆线内通以空间上从阴极往阳极电流方向时的作用力情况，
可以发现，电缆线在此情况下会对电镀载流子产生“排斥”作用，吸引和排斥作用都可以用作构建溶质离子的约束区域，具体通过两种布置方式进行，两种布置方式都以环形分布的电缆线为核心。
7.以下是两种布置方式：作为一种进一步方案：以从阳极到阴极的路径中心线为轴线圆周均布有若干电缆线，电缆线内通入空间上从阴极到阳极方向的电流。都是从阳极往阴极看的方向，载流子表征的电流从纸面外朝向纸面内，而电缆线内的电流是从纸面内朝向纸面外，使用“·”表示，环形布置起来的电缆线每根分别在周围产生感生磁场，电缆线在较为密集的情况下，磁感线相互补偿与续接，最终构成一个以电缆线圆周布置时的中心线为轴线的环形磁场，这一环形磁场在电缆线所在环形面附近处密集，从电缆线所在环形面向两侧不断变得稀疏，电镀液内载流子在靠近电缆线所在环形面时，受到“排斥力”，因为根据霍尔效应判定时的左手法则，载流子受到的力都是远离电缆线所在环形面的，电缆线所在环形面所在载流子是载流子的屏障面，而作为基体的水分则可以无阻地穿过电缆线所在环形面，环形面构建出溶质离子的高浓区域，区域外的部分是较低浓度的电镀液，出水管引流排放，不会对高浓区域的溶质离子浓度造成较大的影响，高浓区域内的离子浓度为电镀提供原料，持续进行电镀，高浓区域内进水管提供一定浓度的电镀液补充，弥补电镀过程浓度的降低，进水管补充的溶液，溶质离子仍然被约束在高浓区域内，水体穿过电缆线所在环形面，等待被替换。约束起来的溶质离子可以让电镀材料取用的区域内溶质浓度近似不变，从而稳定电镀质量。
8.从阳极到阴极的路径中心线上单独设有一根电缆线，从阳极到阴极的路径中心线上的电缆线与周围圆周分布的其余电缆线内电流方向相同。
9.当只有一层环形布置的电缆线时，环形面内的离子在阳极与阴极间轴向运动时，都是受到向内的作用力，大量的离子积聚到中心位置，离子积聚后，离子相互之间也产生排斥力，类似于布朗运动以及熵增原理，溶质离子都是趋向于均匀分布的，所以，溶质离子有一个远离积聚位置的趋势，这一趋势作用在单个离子上时，这一离子获得径向穿过环形面的速度，该离子的合成速度是倾斜穿过电缆线环形面，而阳极到阴极的路径中心线上电缆线环形面产生的环形磁场在此处的影响力较小，所以，获得径向速度的离子可以加速到较大的速度，穿过环形面的能力增大，不利于环形面约束溶质离子，而在路径中心线上设置单独的一根电缆线后，这一电缆线产生对于电镀载流子排斥的力，从而也让载流子远离中心位置的电缆线，结合离子之间的熵增所需要的相互远离的趋势，最终的浓度分布是从中心线径向向外，浓度是先增大后减小的状态，最大浓度在电缆线环形面径向向内的一处位置上，进水管进流位置可以在靠近中心线的位置处。如此处置过后，大量的离子环形积聚，电镀电流大量从积聚的环形面上过流， 多余的离子可以被向内排斥以符合熵增趋势。
10.作为另一种进一步方案：以从阳极到阴极的路径中心线为轴线圆周均布有若干电缆线，电缆线内通入空间上从阳极到阴极方向的电流。环形布置的电缆线通入与电镀载流子方向相同的电流，电缆线环形面对于载流子产生吸引作用，相当于轴向前进的载流子积聚到环形面处，作为电镀电流的大量过流位置，积聚起来的轴向前面载流子能够对不作为载流子的溶质离子排斥，以期系统的熵最大化，相当于在电缆线环形面处成为离子“镜面”，减少离子穿过环形面。
11.进一步的，电缆线在阳极与阴极的连线上分别越过阳极、阴极，电缆线在靠近箱体
内壁面处折弯伸出箱体，电缆线越过阳极、阴极的位置处设置环流节，环流节环形绕过阳极或阴极。电缆线产生的磁场对于电镀离子具有吸引或排斥力，所以，为了让电镀离子具有完整的从阳极到阴极的路径，电缆线较长并且产生的影响电镀离子运动的磁场最好都是以阴阳极连线为方向，即，电缆线两端引出箱体以便连接到箱体外辅助电路的折弯位置尽量不要放在阴阳极连线上，至少要放到连线外。
12.进一步的，电镀箱还包括配液槽、废液槽、进水泵，配液槽和废液槽挂在箱体侧面，进水泵安装在箱体侧壁上，出水管连接至废液槽，进水泵进口连接配液槽，进水泵出口连接进水管。配液槽内存放高浓度的电镀溶液，在电镀过程通过进水管补充到箱体内稳定电镀液浓度。
13.进一步的，电镀箱还包括液位计，液位计检测箱体内液位并与进水泵电连接。液位计检测液位并调整进水泵的泵水量。
14.进一步的，电镀箱还包括射流器和电流计，射流器设置在进水管上，射流器喉部引流口通过支管连接至出水管上，射流器喉部引流口面积可调，电流计设置在电镀电路上，电流计与射流器电信号连接。电流计检测电镀电流，在同样的电镀电压下，电镀液浓度的变化引起电镀电流大小的变化，为了稳定电镀电流，需要调整电镀路径上溶质浓度，在本技术中通过改变进水管补充到溶质离子高浓区域内的溶液浓度来调整箱体内电镀液浓度，进水管上的射流器使用文丘里管式的引流结构，可以在汲取配液槽内高浓溶液时，引入出水管内一部分的低浓溶液来稀释与调配新的浓度，调整射流器的主路通道与喉部通道的过流面积比即可调整两股液体的流量比。
15.进一步的，进水管和出水管在箱体内的末端设置若干支管口。支管口尽量均匀与低水体扰动地引流走电镀废液与补充新的电镀液。
16.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过在电镀液中浸入电缆线并通电形成环形磁场，约束电镀载流子的运动范围，溶液离子大量的积聚在电缆线环形面处或者径向稍微向内的一个位置处，形成电镀材料离子的屏障，大量的电镀离子无法穿过电缆线的环形面，进水管补充的电镀液进入到溶液离子高浓区域中，低浓的电镀废液则被停放在电缆线环形面外的出水管引流走形成稳定的溶液浓度分布范围，积聚起来的电镀溶液离子增强了特定路径上的电导率，阴阳极可以以较大的距离进行电镀作业，其连接路径上的圆柱形区域即是溶液离子的高浓区域，电镀质量稳定，因为电镀离子的浓度可以在更换电镀液的过程中近似不变，所以，电镀层的厚度与均匀性能够最大化的不受电镀液更换的影响。
附图说明
17.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1是本发明的基础结构示意图；图2是本发明设置单根电缆线时的磁场分布示意图；图3是本发明设置单根电缆线时从阳极往阴极看时电镀液内的载流子受力分析图；图4是本发明设置环形布置的电缆线时从阳极往阴极看时电镀液内的载流子受力
分析图；图5是图4中的视图a；图6是本发明在图4的结构布置下的电镀液浓度分布示意图；图7是本发明除去电缆线结构后的完整结构示意图；图中：1-箱体、21-阳极、22-阴极、23-电镀电路、31-电缆线、311-环流节、32-辅助电路、4-出水管、5-进水管、61-配液槽、62-废液槽、63-进水泵、64-射流器、65-液位计、66-电流计。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.请参阅图1-7，本发明提供技术方案：一种具有自动更换电镀液的电镀箱，包括箱体1、阳极21、阴极22、电镀电路23，箱体1内存放电镀液，阳极21和阴极22分别连接到电镀电路23上，阳极21和阴极22分别插入箱体1内并浸入电镀液，电镀电路23上加载电压v1并设置电阻r1，电镀箱还包括电缆线31、辅助电路32、出水管4、进水管5，辅助电路32上带有电压v2并设置电阻r2，辅助电路32在电缆线31上加载电流，电缆线31浸入电镀液，电缆线31上电流产生环形磁场约束电镀液内电解质离子存留在阳极21至阴极22的路径上，约束电解质离子的区域构成溶质离子高浓区域，进水管5末端浸入电镀液并伸入溶质离子高浓区域内，出水管4末端浸入电镀液并位于溶质离子高浓区域外。
20.如图1~5所示，电缆线31的环形磁场约束电镀液内离子是通过吸引或排斥的方式实现，参见图2、3，以单根导线为例进行分析，电镀液内离子运动是：负离子从阴极22往阳极21移动，而待镀金属在电镀液内先以正离子形式存在，然后从阳极21往阴极22运动，在阴极22获得电子成为金属原子沉积到阴极22上，在本技术分析时，待镀工件与阴极22作为整体看待，正负离子的运动所表征的电流都是电镀液内从阳极21往阴极22，以正离子载流子分析，如果电缆线31内通入的电流在空间上是从阳极21往阴极22的方向，图3是从阳极21往阴极22看的方向，电镀载流子以
“×”
表示朝向纸面内的方向，电缆线31也是朝向纸面内的电流方向，此时，电缆线31产生的磁感线根据右手定则为顺时针环形，电镀载流子在运动时，受到磁场作用力，作用力的方向根据霍尔效应是朝向电缆线31的中心线的，在电缆线31附近运动的载流子会被吸引到电缆线31表面，这样的分析可以同样适用于负电荷的载流子，负电荷的载流子在图3上是从纸面内朝纸面外运动，但是电流方向仍然是从纸面外朝向纸面内的，即：电缆线31内通以空间上从阳极21往阴极22方向的电流，电缆线31能够对电镀载流子起到“吸引”作用，同理可以分析电缆线31内通以空间上从阴极22往阳极21电流方向时的作用力情况，可以发现，电缆线31在此情况下会对电镀载流子产生“排斥”作用，吸引和排斥作用都可以用作构建溶质离子的约束区域，具体通过两种布置方式进行，两种布置方式都以环形分布的电缆线31为核心。
21.以从阳极21到阴极22的路径中心线为轴线圆周均布有若干电缆线31，电缆线31内
通入空间上从阴极22到阳极21方向的电流。如图4、5所示，都是从阳极21往阴极22看的方向，载流子表征的电流从纸面外朝向纸面内，而电缆线31内的电流是从纸面内朝向纸面外，使用“·”表示，环形布置起来的电缆线31每根分别在周围产生感生磁场，电缆线31在较为密集的情况下，磁感线相互补偿与续接，最终构成一个以电缆线31圆周布置时的中心线为轴线的环形磁场，这一环形磁场在电缆线31所在环形面附近处密集，从电缆线31所在环形面向两侧不断变得稀疏，电镀液内载流子在靠近电缆线31所在环形面时，受到“排斥力”，因为根据霍尔效应判定时的左手法则，如图5所示，载流子受到的力都是远离电缆线31所在环形面的，电缆线31所在环形面所在载流子是载流子的屏障面，而作为基体的水分则可以无阻地穿过电缆线31所在环形面，环形面构建出溶质离子的高浓区域，区域外的部分是较低浓度的电镀液，出水管4引流排放，不会对高浓区域的溶质离子浓度造成较大的影响，高浓区域内的离子浓度为电镀提供原料，持续进行电镀，高浓区域内进水管5提供一定浓度的电镀液补充，弥补电镀过程浓度的降低，进水管5补充的溶液，溶质离子仍然被约束在高浓区域内，水体穿过电缆线31所在环形面，等待被替换。约束起来的溶质离子可以让电镀材料取用的区域内溶质浓度近似不变，从而稳定电镀质量。
22.从阳极21到阴极22的路径中心线上单独设有一根电缆线31，从阳极21到阴极22的路径中心线上的电缆线31与周围圆周分布的其余电缆线31内电流方向相同。
23.如图4所示，当只有一层环形布置的电缆线31时，环形面内的离子在阳极21与阴极22间轴向运动时，都是受到向内的作用力，大量的离子积聚到中心位置，离子积聚后，离子相互之间也产生排斥力，类似于布朗运动以及熵增原理，溶质离子都是趋向于均匀分布的，所以，溶质离子有一个远离积聚位置的趋势，这一趋势作用在单个离子上时，这一离子获得径向穿过环形面的速度，该离子的合成速度是倾斜穿过电缆线31环形面，而阳极21到阴极22的路径中心线上电缆线31环形面产生的环形磁场在此处的影响力较小，所以，获得径向速度的离子可以加速到较大的速度，穿过环形面的能力增大，不利于环形面约束溶质离子，而在路径中心线上设置单独的一根电缆线31后，这一电缆线31产生对于电镀载流子排斥的力，从而也让载流子远离中心位置的电缆线31，结合离子之间的熵增所需要的相互远离的趋势，最终的浓度分布是如图6所示，竖直的一条坐标r是半径长度，水平的一条坐标c表示溶质浓度，从中心线径向向外，浓度是先增大后减小的状态，最大浓度在电缆线31环形面径向向内的一处位置上，进水管5进流位置可以在靠近中心线的位置处。如此处置过后，大量的离子环形积聚，电镀电流大量从积聚的环形面上过流， 多余的离子可以被向内排斥以符合熵增趋势。
24.以从阳极21到阴极22的路径中心线为轴线圆周均布有若干电缆线31，电缆线31内通入空间上从阳极21到阴极22方向的电流。环形布置的电缆线通入与电镀载流子方向相同的电流，电缆线31环形面对于载流子产生吸引作用，其磁感线布置原理是图5的反向运用，相当于轴向前进的载流子积聚到环形面处，作为电镀电流的大量过流位置，积聚起来的轴向前面载流子能够对不作为载流子的溶质离子排斥，以期系统的熵最大化，相当于在电缆线31环形面处成为离子“镜面”，减少离子穿过环形面。
25.电缆线31在阳极21与阴极22的连线上分别越过阳极21、阴极22，电缆线31在靠近箱体1内壁面处折弯伸出箱体1，电缆线31越过阳极21、阴极22的位置处设置环流节311，环流节311环形绕过阳极21或阴极22。如图2所示，电缆线31产生的磁场对于电镀离子具有吸
引或排斥力，所以，为了让电镀离子具有完整的从阳极21到阴极22的路径，电缆线31较长并且产生的影响电镀离子运动的磁场最好都是以阴阳极连线为方向，即，电缆线31两端引出箱体1以便连接到箱体1外辅助电路32的折弯位置尽量不要放在阴阳极连线上，至少要放到连线外。
26.电镀箱还包括配液槽61、废液槽62、进水泵63，配液槽61和废液槽62挂在箱体1侧面，进水泵63安装在箱体1侧壁上，出水管4连接至废液槽62，进水泵63进口连接配液槽61，进水泵63出口连接进水管5。配液槽61内存放高浓度的电镀溶液，在电镀过程通过进水管5补充到箱体1内稳定电镀液浓度。
27.电镀箱还包括液位计65，液位计65检测箱体1内液位并与进水泵63电连接。液位计65检测液位并调整进水泵63的泵水量。
28.电镀箱还包括射流器64和电流计66，射流器64设置在进水管5上，射流器64喉部引流口通过支管连接至出水管4上，射流器64喉部引流口面积可调，电流计66设置在电镀电路23上，电流计66与射流器64电信号连接。电流计66检测电镀电流，在同样的电镀电压下，电镀液浓度的变化引起电镀电流大小的变化，为了稳定电镀电流，需要调整电镀路径上溶质浓度，在本技术中通过改变进水管5补充到溶质离子高浓区域内的溶液浓度来调整箱体1内电镀液浓度，进水管5上的射流器64使用文丘里管式的引流结构，可以在汲取配液槽61内高浓溶液时，引入出水管4内一部分的低浓溶液来稀释与调配新的浓度，调整射流器64的主路通道与喉部通道的过流面积比即可调整两股液体的流量比。
29.进水管5和出水管4在箱体1内的末端设置若干支管口。支管口尽量均匀与低水体扰动地引流走电镀废液与补充新的电镀液。
30.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
31.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。