一种高速电镀旋转赫尔槽.pdf

摘要
申请专利号：	CN201410351316.5	申请日：	2014.07.23
公开号：	CN104073861A	公开日：	2014.10.01
当前法律状态：	撤回	有效性：	无权
法律详情：	发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):C25D 17/02申请公布日:20141001\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):C25D 17/02申请日:20140723\|\|\|公开
IPC分类号：	C25D17/02	主分类号：	C25D17/02
申请人：	哈尔滨工业大学
发明人：	李宁; 王熙禹; 王志登; 黎德育; 王洺浩
地址：	150000 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号
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内容摘要

一种高速电镀旋转赫尔槽，涉及一种赫尔槽。为了解决实验室研究高速电镀镀液性能这一难题，所述赫尔槽由电镀槽体、支架、网状阳极、旋转阴极以及带动电极旋转的变速电机和悬臂组成，所述支架上固定有电镀槽体和变速电机，网状阳极固定于电镀槽体底部，旋转阴极插于网状阳极内部，旋转阴极通过旋臂与位于电镀槽体外的变速电机连接。本发明提供的高速电镀旋转赫尔槽，不仅可以简便快捷的分析镀液性能和筛选添加剂，还可模拟高速电镀工艺，研究高速电镀镀液性能以及工艺参数，以弥补实验室现有技术不足。

权利要求书

1.  一种高速电镀旋转赫尔槽，其特征在于所述赫尔槽由电镀槽体、支架、网状阳极、旋转阴极以及带动电极旋转的变速电机和悬臂组成，所述支架上固定有电镀槽体和变速电机，网状阳极固定于电镀槽体底部，旋转阴极插于网状阳极内部，旋转阴极通过旋臂与位于电镀槽体外的变速电机连接。

2.  根据权利要求1所述的高速电镀旋转赫尔槽，其特征在于所述电镀槽体为方形。

3.  根据权利要求1或2所述的高速电镀旋转赫尔槽，其特征在于所述电镀槽体的材质为聚合塑料、金属、金属合金、陶瓷、合成橡胶中的一种。

4.  根据权利要求1所述的高速电镀旋转赫尔槽，其特征在于所述网状阳极的网眼形状为圆形、方形、菱形、椭圆形中的一种或多种。

5.  根据权利要求4所述的高速电镀旋转赫尔槽，其特征在于所述网状阳极的单个网眼内最小距离在0.1-15mm之间，网眼密度为500-5000个/m²。

6.  根据权利要求1所述的高速电镀旋转赫尔槽，其特征在于所述网状阳极的整体形状为中空的，下端窄、上端宽的圆台型结构。

7.  根据权利要求1、4、5或6所述的高速电镀旋转赫尔槽，其特征在于所述网状阳极的材质为铂、二氧化铱、五氧化二钽和二氧化钌的一种。

8.  根据权利要求1、4、5或6所述的高速电镀旋转赫尔槽，其特征在于所述网状阳极的材质为多种复合涂层钛阳极、金属、金属合金、石墨中的一种。

9.  根据权利要求1所述的高速电镀旋转赫尔槽，其特征在于所述旋转阴极为圆柱形。

10.  根据权利要求1或9所述的高速电镀旋转赫尔槽，其特征在于所述旋转阴极的材质为金属或者合金。

说明书

一种高速电镀旋转赫尔槽
技术领域
本发明涉及一种赫尔槽，尤其涉及一种可用于模拟高速电镀的旋转式赫尔槽。
背景技术
高速电镀是指采用比一般静态电镀大l0倍以上的电流密度进行的电镀工艺，其最大的特点是镀速快（镀速>1μm/min）。常用的赫尔槽是一种小型的，只能模拟一定电流密度范围的梯形槽体，所得到的结果能够说明在一定电流密度条件下的镀液性能。目前直接用于高速电镀研究的工具非常至少，除了高速射流、鼓泡等加速溶液对流传质的镀槽外，分析高速镀液性能还有采用旋转柱形电极来分析数据，但所得镀液信息单一，要考察或者筛选某种添加剂，比较复杂，而在中试设备上调试成本较大。
发明内容
为了解决实验室研究高速电镀镀液性能这一难题，本发明提供了一种高速电镀旋转赫尔槽，不仅可以简便快捷的分析镀液性能和筛选添加剂，还可模拟高速电镀工艺，研究高速电镀镀液性能以及工艺参数，以弥补实验室现有技术不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高速电镀旋转赫尔槽，由电镀槽体、支架、网状阳极、旋转阴极以及带动电极旋转的变速电机和悬臂组成，所述支架上固定有电镀槽体和变速电机，网状阳极固定于电镀槽体底部，旋转阴极插于网状阳极内部，旋转阴极通过旋臂与位于电镀槽体外的变速电机连接。
本发明中，所述电镀槽体为方形，具体尺寸范围为：长度和宽度在60-300mm，高度在50-200mm，电镀液体积为0.5-10L，电镀槽顶端边缘有挡板。电镀槽材质为PVC、有机玻璃等聚合塑料，或为金属、金属合金、陶瓷，合成橡胶中的一种。
本发明中，所述网状阳极的网眼形状为圆形、方形、菱形、椭圆形中的一种或多种；单个网眼内最小距离在0.1-15mm之间，网眼密度为500-5000个/m²。
本发明中，所述网状阳极的整体形状为中空的，下端窄、上端宽的圆台型结构，下口直径为20-100mm，上口直径为40-200mm，上下口垂直距离在10-150mm，倾斜角为45°-80°。
本发明中，所述网状阳极的材质为铂、二氧化铱、五氧化二钽和二氧化钌的一种；或者为多种复合涂层钛阳极；或者为金属及金属合金、石墨中的一种。
本发明中，所述旋转阴极为圆柱形，直径为10mm-150mm，高度为10-150mm；材质可为金属或者合金。
本发明中，所述的高速电镀旋转赫尔槽可适用于全部单金属及合金电镀液性能测试。
本发明中，所述的高速电镀旋转赫尔槽可根据现场电镀线速度参数，通过控制变速电机速度，模拟阴极与镀液高速切向运动，阳极采用下窄上宽的圆台型阳极，形成阴极到阳极的梯度距离。
本发明的高速电镀旋转赫尔槽可用来研究电镀液的分散能力、整平能力及镀层的内应力等性能。此外，还可以用来确定获得外观良好的镀层所允许的电流密度范围及其如温度， pH范围等工艺参数，也可用于研究镀液的各个组分的大致含量和添加剂的影响，可以成为高速电镀添加剂筛选和工艺维护的有力工具。
附图说明
图1为高速电镀旋转赫尔槽的侧视图；
图2为高速电镀旋转赫尔槽的俯视图；
图3为实施例1中在0RPM下的不同电流密度对应阴极各点的电流密度；
图4为实施例1中在1500RPM下的不同电流密度对应阴极各点的电流密度；
图5为实施例1中在3000RPM下的不同电流密度对应阴极各点的电流密度；
图中：1-电镀槽体；2-网状阳极；3-底座；4-悬臂；5-变速电机；6-旋转阴极。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
实施例1：
本实施例提供了一种高速电镀旋转赫尔槽，由电镀槽体1、底座3、网状阳极2、旋转阴极6以及带动旋转电极6旋转的变速电机5和悬臂4组成。支架1固定于电镀槽体1底部，电镀槽体1上固定一网状阳极2，旋转阴极6插于网状阳极2的内部，旋转阴极6用旋臂4连接，旋臂4另一端连接一变速电机5，变速电机5用支架1固定于电镀槽体1外。
电镀槽体1：材质为有机玻璃，形状为方形，尺寸为140mm×140mm×60mm。
网状阳极2：材质为钛基二氧化铱阳极；菱形网眼，整体形状为下端窄、上端宽的圆台型结构，内部中空，尺寸为6mm×6mm，下口直径为40mm，上口直径为120mm，倾斜角为60°；上下口垂直距离20mm。
旋转阴极6：材质为铜柱，形状为圆柱状，直径为10mm，高度为20mm，转速3000RPM，线速度1.57m/s。
镀液：甲磺酸电镀锡溶液。
电镀参数：选择1A/dm²、10 A/dm²、20 A/dm²、30 A/dm²、40 A/dm²、50 A/dm²、60 A/dm²、70 A/dm²，80 A/dm²；电镀时间为10s。
通电结束后，取下旋转阴极，去离子水洗净吹干，观察旋转阴极上镀层质量，评价镀液允许电流密度区间等镀液性能。通过计算得高速电镀旋转赫尔槽的实际体积是1176mL，有效体积是377.3mL。
在0RPM下其阴极电流分布符合下列经验公式（1）：
                       D_K=I（C₁-C₂lgL ）                （1）；
式中：D_K——阴极上某点的的电流密度（A/dm²）；
      I——选用的电流强度，即试验用电流（A）；
      L——阴极上某点至近端（即距高电流密度端）的距离（cm）；
      C₁和C₂——与电解液性质有关的常数，可用实验测定。
     取C₁=6.251和C₂=6.424得：
                        D_K=I（6.251-6.424lgL）          （2）。
上述计算电流密度的公式是通过两种常用电解液（酸性镀铜、酸性镀镍等），在不同的电流强度下进行的实验的平均结果，为了方便起见，将常用的电流强度和阴极各点的电流密度值列于表1中。
表1 高速电镀旋转赫尔槽阴极上的电流分布(0RPM)

若电流强度为非整数，如0.3A，1.5A等，以1A为基数，按比例换算。由上述数据作图，如图3所示。
在1500RPM下其阴极电流分布符合下列经验公式（3）：
                     D_K=I（C₁-C₂lgL ）                  （3）；
式中：D_K——阴极上某点的的电流密度（A/dm²）；
      I——选用的电流强度，即试验用电流（A）；
      L——阴极上某点至近端（即距高电流密度端）的距离（cm）；
      C₁和C₂——与电解液性质有关的常数，可由实验测定。
     取C₁=13.157和C₂=13.325得：
                      D_K=I（13.157-13.325lgL）          （4）。
上述计算电流密度的公式是通过两种常用电解液（酸性镀铜、酸性镀镍等），在不同的电流强度下进行的实验的平均结果，为了方便起见，将常用的电流强度和阴极各点的电流密度值列于表2中。
表2 高速电镀旋转赫尔槽阴极上的电流分布(1500RPM)

在3000RPM下其阴极电流分布符合下列经验公式（5）：
                     D_K=I（C₁-C₂lgL ）                （5）；
式中：D_K——阴极上某点的的电流密度（A/dm²）；
      I——选用的电流强度，即试验用电流（A）；
      L——阴极上某点至近端（即距高电流密度端）的距离（cm）；
      C₁和C₂——与电解液性质有关的常数，可由实验测定。
     取C₁=24.591和C₂=24.817得：
                     D_K=I（24.591-24.817lgL）            （6）。
上述计算电流密度的公式是通过两种常用电解液（酸性镀铜、酸性镀镍等），在不同的电流强度下进行的实验的平均结果，为了方便起见，将常用的电流强度和阴极各点的电流密度值列于表3中。
表3 高速电镀旋转赫尔槽阴极上的电流分布(3000RPM)

实施例2：
本实施例与实施例不同的是：电镀槽体1的材质为PVC；网状阳极2的材质为铂，方形网眼；旋转阴极6的材质为铜柱。
实施例3：
本实施例与实施例不同的是：电镀槽体1的材质为陶瓷；网状阳极2的材质为石墨，圆形网眼；旋转阴极6的材质为铝合金。

资源描述

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1、10申请公布号CN104073861A43申请公布日20141001CN104073861A21申请号201410351316522申请日20140723C25D17/0220060171申请人哈尔滨工业大学地址150000黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号72发明人李宁王熙禹王志登黎德育王洺浩54发明名称一种高速电镀旋转赫尔槽57摘要一种高速电镀旋转赫尔槽，涉及一种赫尔槽。为了解决实验室研究高速电镀镀液性能这一难题，所述赫尔槽由电镀槽体、支架、网状阳极、旋转阴极以及带动电极旋转的变速电机和悬臂组成，所述支架上固定有电镀槽体和变速电机，网状阳极固定于电镀槽体底部，旋转阴极插于网状阳极内部，旋。

2、转阴极通过旋臂与位于电镀槽体外的变速电机连接。本发明提供的高速电镀旋转赫尔槽，不仅可以简便快捷的分析镀液性能和筛选添加剂，还可模拟高速电镀工艺，研究高速电镀镀液性能以及工艺参数，以弥补实验室现有技术不足。51INTCL权利要求书1页说明书5页附图5页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图5页10申请公布号CN104073861ACN104073861A1/1页21一种高速电镀旋转赫尔槽，其特征在于所述赫尔槽由电镀槽体、支架、网状阳极、旋转阴极以及带动电极旋转的变速电机和悬臂组成，所述支架上固定有电镀槽体和变速电机，网状阳极固定于电镀槽体底部，旋转阴极插于网。

3、状阳极内部，旋转阴极通过旋臂与位于电镀槽体外的变速电机连接。2根据权利要求1所述的高速电镀旋转赫尔槽，其特征在于所述电镀槽体为方形。3根据权利要求1或2所述的高速电镀旋转赫尔槽，其特征在于所述电镀槽体的材质为聚合塑料、金属、金属合金、陶瓷、合成橡胶中的一种。4根据权利要求1所述的高速电镀旋转赫尔槽，其特征在于所述网状阳极的网眼形状为圆形、方形、菱形、椭圆形中的一种或多种。5根据权利要求4所述的高速电镀旋转赫尔槽，其特征在于所述网状阳极的单个网眼内最小距离在0115MM之间，网眼密度为5005000个/M2。6根据权利要求1所述的高速电镀旋转赫尔槽，其特征在于所述网状阳极的整体形状为中空的，下端。

4、窄、上端宽的圆台型结构。7根据权利要求1、4、5或6所述的高速电镀旋转赫尔槽，其特征在于所述网状阳极的材质为铂、二氧化铱、五氧化二钽和二氧化钌的一种。8根据权利要求1、4、5或6所述的高速电镀旋转赫尔槽，其特征在于所述网状阳极的材质为多种复合涂层钛阳极、金属、金属合金、石墨中的一种。9根据权利要求1所述的高速电镀旋转赫尔槽，其特征在于所述旋转阴极为圆柱形。10根据权利要求1或9所述的高速电镀旋转赫尔槽，其特征在于所述旋转阴极的材质为金属或者合金。权利要求书CN104073861A1/5页3一种高速电镀旋转赫尔槽技术领域0001本发明涉及一种赫尔槽，尤其涉及一种可用于模拟高速电镀的旋转式赫尔槽。。

5、背景技术0002高速电镀是指采用比一般静态电镀大L0倍以上的电流密度进行的电镀工艺，其最大的特点是镀速快（镀速1M/MIN）。常用的赫尔槽是一种小型的，只能模拟一定电流密度范围的梯形槽体，所得到的结果能够说明在一定电流密度条件下的镀液性能。目前直接用于高速电镀研究的工具非常至少，除了高速射流、鼓泡等加速溶液对流传质的镀槽外，分析高速镀液性能还有采用旋转柱形电极来分析数据，但所得镀液信息单一，要考察或者筛选某种添加剂，比较复杂，而在中试设备上调试成本较大。发明内容0003为了解决实验室研究高速电镀镀液性能这一难题，本发明提供了一种高速电镀旋转赫尔槽，不仅可以简便快捷的分析镀液性能和筛选添加剂，还。

6、可模拟高速电镀工艺，研究高速电镀镀液性能以及工艺参数，以弥补实验室现有技术不足。0004为实现上述目的，本发明提供如下技术方案一种高速电镀旋转赫尔槽，由电镀槽体、支架、网状阳极、旋转阴极以及带动电极旋转的变速电机和悬臂组成，所述支架上固定有电镀槽体和变速电机，网状阳极固定于电镀槽体底部，旋转阴极插于网状阳极内部，旋转阴极通过旋臂与位于电镀槽体外的变速电机连接。0005本发明中，所述电镀槽体为方形，具体尺寸范围为长度和宽度在60300MM，高度在50200MM，电镀液体积为0510L，电镀槽顶端边缘有挡板。电镀槽材质为PVC、有机玻璃等聚合塑料，或为金属、金属合金、陶瓷，合成橡胶中的一种。000。

7、6本发明中，所述网状阳极的网眼形状为圆形、方形、菱形、椭圆形中的一种或多种；单个网眼内最小距离在0115MM之间，网眼密度为5005000个/M2。0007本发明中，所述网状阳极的整体形状为中空的，下端窄、上端宽的圆台型结构，下口直径为20100MM，上口直径为40200MM，上下口垂直距离在10150MM，倾斜角为4580。0008本发明中，所述网状阳极的材质为铂、二氧化铱、五氧化二钽和二氧化钌的一种；或者为多种复合涂层钛阳极；或者为金属及金属合金、石墨中的一种。0009本发明中，所述旋转阴极为圆柱形，直径为10MM150MM，高度为10150MM；材质可为金属或者合金。0010本发明中，所。

8、述的高速电镀旋转赫尔槽可适用于全部单金属及合金电镀液性能测试。0011本发明中，所述的高速电镀旋转赫尔槽可根据现场电镀线速度参数，通过控制变速电机速度，模拟阴极与镀液高速切向运动，阳极采用下窄上宽的圆台型阳极，形成阴极到说明书CN104073861A2/5页4阳极的梯度距离。0012本发明的高速电镀旋转赫尔槽可用来研究电镀液的分散能力、整平能力及镀层的内应力等性能。此外，还可以用来确定获得外观良好的镀层所允许的电流密度范围及其如温度，PH范围等工艺参数，也可用于研究镀液的各个组分的大致含量和添加剂的影响，可以成为高速电镀添加剂筛选和工艺维护的有力工具。附图说明0013图1为高速电镀旋转赫尔槽的。

9、侧视图；图2为高速电镀旋转赫尔槽的俯视图；图3为实施例1中在0RPM下的不同电流密度对应阴极各点的电流密度；图4为实施例1中在1500RPM下的不同电流密度对应阴极各点的电流密度；图5为实施例1中在3000RPM下的不同电流密度对应阴极各点的电流密度；图中1电镀槽体；2网状阳极；3底座；4悬臂；5变速电机；6旋转阴极。具体实施方式0014下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。0015实施例1本实施例提供了一种高速电镀旋转赫尔槽，由电镀槽体1、底座3、网状阳极2、旋。

10、转阴极6以及带动旋转电极6旋转的变速电机5和悬臂4组成。支架1固定于电镀槽体1底部，电镀槽体1上固定一网状阳极2，旋转阴极6插于网状阳极2的内部，旋转阴极6用旋臂4连接，旋臂4另一端连接一变速电机5，变速电机5用支架1固定于电镀槽体1外。0016电镀槽体1材质为有机玻璃，形状为方形，尺寸为140MM140MM60MM。0017网状阳极2材质为钛基二氧化铱阳极；菱形网眼，整体形状为下端窄、上端宽的圆台型结构，内部中空，尺寸为6MM6MM，下口直径为40MM，上口直径为120MM，倾斜角为60；上下口垂直距离20MM。0018旋转阴极6材质为铜柱，形状为圆柱状，直径为10MM，高度为20MM，转速。

11、3000RPM，线速度157M/S。0019镀液甲磺酸电镀锡溶液。0020电镀参数选择1A/DM2、10A/DM2、20A/DM2、30A/DM2、40A/DM2、50A/DM2、60A/DM2、70A/DM2，80A/DM2；电镀时间为10S。0021通电结束后，取下旋转阴极，去离子水洗净吹干，观察旋转阴极上镀层质量，评价镀液允许电流密度区间等镀液性能。通过计算得高速电镀旋转赫尔槽的实际体积是1176ML，有效体积是3773ML。0022在0RPM下其阴极电流分布符合下列经验公式（1）DKI（C1C2LGL）（1）；式中DK阴极上某点的的电流密度（A/DM2）；I选用的电流强度，即试验用电流。

12、（A）；说明书CN104073861A3/5页5L阴极上某点至近端（即距高电流密度端）的距离（CM）；C1和C2与电解液性质有关的常数，可用实验测定。0023取C16251和C26424得DKI（62516424LGL）（2）。0024上述计算电流密度的公式是通过两种常用电解液（酸性镀铜、酸性镀镍等），在不同的电流强度下进行的实验的平均结果，为了方便起见，将常用的电流强度和阴极各点的电流密度值列于表1中。0025表1高速电镀旋转赫尔槽阴极上的电流分布0RPM若电流强度为非整数，如03A，15A等，以1A为基数，按比例换算。由上述数据作图，如图3所示。0026在1500RPM下其阴极电流分布符合。

13、下列经验公式（3）DKI（C1C2LGL）（3）；式中DK阴极上某点的的电流密度（A/DM2）；I选用的电流强度，即试验用电流（A）；L阴极上某点至近端（即距高电流密度端）的距离（CM）；C1和C2与电解液性质有关的常数，可由实验测定。0027取C113157和C213325得DKI（1315713325LGL）（4）。0028上述计算电流密度的公式是通过两种常用电解液（酸性镀铜、酸性镀镍等），在不同的电流强度下进行的实验的平均结果，为了方便起见，将常用的电流强度和阴极各点的电流密度值列于表2中。0029表2高速电镀旋转赫尔槽阴极上的电流分布1500RPM说明书CN104073861A4/5页。

14、6在3000RPM下其阴极电流分布符合下列经验公式（5）DKI（C1C2LGL）（5）；式中DK阴极上某点的的电流密度（A/DM2）；I选用的电流强度，即试验用电流（A）；L阴极上某点至近端（即距高电流密度端）的距离（CM）；C1和C2与电解液性质有关的常数，可由实验测定。0030取C124591和C224817得DKI（2459124817LGL）（6）。0031上述计算电流密度的公式是通过两种常用电解液（酸性镀铜、酸性镀镍等），在不同的电流强度下进行的实验的平均结果，为了方便起见，将常用的电流强度和阴极各点的电流密度值列于表3中。0032表3高速电镀旋转赫尔槽阴极上的电流分布3000RPM说明书CN104073861A5/5页7实施例2本实施例与实施例不同的是电镀槽体1的材质为PVC；网状阳极2的材质为铂，方形网眼；旋转阴极6的材质为铜柱。0033实施例3本实施例与实施例不同的是电镀槽体1的材质为陶瓷；网状阳极2的材质为石墨，圆形网眼；旋转阴极6的材质为铝合金。说明书CN104073861A1/5页8图1说明书附图CN104073861A2/5页9图2说明书附图CN104073861A3/5页10图3说明书附图CN104073861A104/5页11图4说明书附图CN104073861A115/5页12图5说明书附图CN104073861A12。

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