一种无氰镀镉-钛电镀工艺自动化控制系统技术方案

本发明专利技术提供了一种无氰镀镉

【技术实现步骤摘要】
一种无氰镀镉
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钛电镀工艺自动化控制系统


[0001]本专利技术属于金属材料表面改性技术及设备领域，尤其涉及一种无氰镀镉
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钛电镀工艺自动化控制系统。

技术介绍

[0002]高强度钢在加工成各种零部件前，为了使高强度钢拥有更加优异的耐腐蚀性能等，通常需要对高强度钢施加一定的表面处理工艺。而在表面处理过程中，尤其是电镀过程中钢零件极易吸收氢原子，导致钢零件在一定条件下会出现氢脆现象。因此高强度钢进行表面防护时最重要的原则是防护工艺要有低的氢脆性能。
[0003]目前，镀镉
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钛工艺作为第二代防护工艺，由于具有高耐蚀性、低氢脆性的优点而被广泛应用于高强度钢的表面防护。但是在采用镀铬
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钛工艺在高强度钢表面制备Cd
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Ti复合镀层时，主要存在以下问题：(1)添加的钛盐极不稳定，需边生产边添加；(2)传统的镉
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钛电镀生产线难以实时检测镀液状态，无法得知镀液中主盐、络合剂等的消耗情况，槽液维护困难；(3)槽液检测过程全程需人工操作，且对设备和检测人员要求较高，检测成本高昂；(4)槽液需定期停机调整pH和各成分浓度。
[0004]因此，研究设计一套实现无氰镀镉
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钛电镀工艺自动化控制的系统，对于解决传统镀镉
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钛电镀生产线不能满足实际应用要求的在线监测和在线加料功能的问题，具有重要意义。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种无氰镀镉
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钛电镀工艺自动化控制系统，解决了现有镀镉
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钛工艺生产技术中存在的无法在线监测和在线加料的问题。
[0006]为了达到以上目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]本方案提供一种无氰镀镉
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钛电镀工艺自动化控制系统，包括控制子系统、电镀作业子系统以及均与所述控制子系统连接的pH监测子系统、pH控制子系统、样品预处理子系统、滴定子系统以及EDTA和NTA浓度控制子系统，所述样品预处理子系统分别与电镀作业子系统和滴定子系统连接，所述pH监测子系统、pH控制子系统以及EDTA和NTA浓度控制子系统均与电镀作业子系统连接：
[0008]控制子系统，用于进行人机交互，接收并实时显示上传数据以及实现槽液成分含量分析和流量监测功能；
[0009]电镀作业子系统，用于固定待镀试件并在待镀试件表面镀上均匀的无氰镉
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钛复合镀层；
[0010]pH监测子系统，用于实时测量电镀槽内无氰镉
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钛电镀液的pH值，并把测得的pH值以模拟量信号的形式传送至所述控制子系统的模拟量输入口；
[0011]pH控制子系统，用于根据当前pH值与目标pH值的差值，实时输出模拟量信号控制第一蠕动泵的转速，以使当前pH值趋近于目标pH值；
[0012]样品预处理子系统，用于从电镀槽内取样至反应容器，并通过蠕动泵添加不同的化学试剂与样品反应，对样品进行预处理；
[0013]滴定子系统，用于向经过预处理的样品中加入指示剂，并滴加滴定试剂与样品发生反应，得到EDTA和NTA的浓度；
[0014]EDTA和NTA浓度控制子系统，用于根据滴定子系统输出的当前镀槽液中EDTA和NTA的浓度与目标EDTA和NTA浓度的差值，向电镀槽液中分别加入EDTA和NTA浓缩液，对电镀液浓度进行控制。
[0015]本专利技术的有益效果是：本专利技术通过pH监测子系统和pH控制子系统的协同作业，实时显示镀液的pH值并进行自动调整，保证电镀作业过程中镀液pH处于合适范围，保证镀液清澈无沉淀，提高镀层质量；本专利技术通过样品预处理子系统可在电镀作业一段时间后，自动取少量镀液进行预处理方便后续滴定作业，节约人力；本专利技术通过滴定子系统和EDTA与NTA浓度控制子系统的协同作业，实时显示镀液中EDTA和NTA浓度并进行自动调整，保证电镀作业过程中EDTA和NTA浓度处于合适范围，保证镀层质量，以解决现有镀镉
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钛工艺生产技术中存在的无法在线监测和在线加料不足的问题。
[0016]进一步地，所述控制子系统包括作为上位机的工业触摸屏，以及与所述上位机连接的可编程逻辑控制器；
[0017]所述可编程逻辑控制器为PLC扩展一个输出模块、一个模拟量输入输出模块以及一个RS485信号板，其中，所述PLC连接并控制pH监测子系统、pH控制子系统、样品预处理子系统、滴定子系统以及EDTA和NTA浓度控制子系统。
[0018]上述进一步方案的有益效果是：工业触摸屏便于将本专利技术中涉及到的各种参数如镀槽液pH值、EDTA浓度和NTA浓度等可视化，还减少了物理按钮的使用，节省了大量的可编程逻辑控制器的I口；同时便于实现操作员与整个系统的人机交互。可编程逻辑控制器即PLC具有强大的运算能力，结合西门子TIA POTAl系列工控软件能够满足所有类型的工业自动化编程需求，同时PLC具有出色的稳定性，适合在工厂的高难度工况条件下使用。
[0019]再进一步地，所述电镀作业子系统包括电镀槽、镉阳极、45钢阴极、直流电源以及夹具；
[0020]所述夹具固定于所述电镀槽表面，用于固定镉阳极和45钢阴极；所述用于固定镉阳极的夹具连接直流电源的正极，用于固定45钢阴极的夹具连接直流电源的负极。
[0021]上述进一步方案的有益效果是：电镀作业子系统能够固定阴极、阳极和待镀试件，调节直流电源的电流大小，确保无氰镉
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钛电镀液能够在镀件表面均匀结晶形成镀层；镉阳极的选用补充了电镀过程中镀液内镉离子的消耗，避免镉离子浓度低于适用范围影响镀层质量。
[0022]再进一步地，所述pH监测子系统包括pH电极和pH电极信号转换模块；
[0023]所述pH电极的一端与pH电极信号转换模块连接，所述pH电极的另一端置于镀槽内部，且所述pH电极通过支架吊悬于电镀槽腔体内侧且不与镀槽接触，所述pH电极信号转换模块与所述可编程逻辑控制器连接。
[0024]上述进一步方案的有益效果是：将pH电极固定在电镀槽内部并浸泡在无氰镉
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钛电镀液环境中，能够实时监测镀槽液的pH值。pH值通过pH电极信号转换模块的信号变送输送给可编程逻辑控制器进行信号处理。
[0025]再进一步地，所述pH控制子系统包括氨水容器和若干个第一蠕动泵；
[0026]所述氨水容器位于支架顶部，所述氨水容器的下方开设有第一管孔、第二管孔和第三管孔，其中，所述第一管孔通过液体管道和第一蠕动泵与电镀槽连接，所述第二管孔和第三管孔通过液体管道和第一蠕动泵连接样品预处理子系统，各所述第一蠕动泵均与可编程逻辑控制器连接。
[0027]上述进一步方案的有益效果是：通过在氨水容器下方开设三个管孔并分别连接三条管道和蠕动泵通至本专利技术中三处需要用氨水的容器，节省了系统内氨水容器的数量，方便从系统外部对氨水进行补充。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无氰镀镉
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钛电镀工艺自动化控制系统，其特征在于，包括控制子系统、电镀作业子系统以及均与所述控制子系统连接的pH监测子系统、pH控制子系统、样品预处理子系统、滴定子系统以及EDTA和NTA浓度控制子系统，所述样品预处理子系统分别与电镀作业子系统和滴定子系统连接，所述pH监测子系统、pH控制子系统以及EDTA和NTA浓度控制子系统均与电镀作业子系统连接：控制子系统，用于进行人机交互，接收并实时显示上传数据以及实现槽液成分含量分析和流量监测功能；电镀作业子系统，用于固定待镀试件并在待镀试件表面镀上均匀的无氰镉
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钛复合镀层；pH监测子系统，用于实时测量电镀槽内无氰镉
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钛电镀液的pH值，并把测得的pH值以模拟量信号的形式传送至所述控制子系统的模拟量输入口；pH控制子系统，用于根据当前pH值与目标pH值的差值，实时输出模拟量信号控制第一蠕动泵的转速，以使当前pH值趋近于目标pH值；样品预处理子系统，用于从电镀槽内取样至反应容器，并通过蠕动泵添加不同的化学试剂与样品反应，对样品进行预处理；滴定子系统，用于向经过预处理的样品中加入指示剂，并滴加滴定试剂与样品发生反应，得到EDTA和NTA的浓度；EDTA和NTA浓度控制子系统，用于根据滴定子系统输出的当前镀槽液中EDTA和NTA的浓度与目标EDTA和NTA浓度的差值，向电镀槽液中分别加入EDTA和NTA浓缩液，对电镀液浓度进行控制。2.根据权利要求1所述的无氰镀镉
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钛电镀工艺自动化控制系统，其特征在于，所述控制子系统包括作为上位机的工业触摸屏，以及与所述上位机连接的可编程逻辑控制器；所述可编程逻辑控制器为PLC扩展一个输出模块、一个模拟量输入输出模块以及一个RS485信号板，其中，所述PLC连接并控制pH监测子系统、pH控制子系统、样品预处理子系统、滴定子系统以及EDTA和NTA浓度控制子系统。3.根据权利要求2所述的无氰镀镉
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钛电镀工艺自动化控制系统，其特征在于，所述电镀作业子系统包括电镀槽、镉阳极、45钢阴极、直流电源以及夹具；所述夹具固定于所述电镀槽表面，用于固定镉阳极和45钢阴极；所述用于固定镉阳极的夹具连接直流电源的正极，用于固定45钢阴极的夹具连接直流电源的负极。4.根据权利要求3所述的无氰镀镉
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钛电镀工艺自动化控制系统，其特征在于，所述pH监测子系统包括pH电极和pH电极信号转换模块；所述pH电极的一端与pH电极信号转换模块连接，所述pH电极的另一端置于镀槽内部，且所述pH电极通过支架吊悬于电镀槽腔体内侧且不与镀槽接触，所述pH电极信号转换模块与所述可编程逻辑控制器连接。5.根据权利要求4所述的无氰镀镉
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钛电镀工艺自动化控制系统，其特征在于，所述pH控制子系统包括氨水容器和若干个第一蠕动泵；所述氨水容器位于支架顶部，所述氨水容器的下方开设有第一管孔、第二管孔和第三管孔，其中，所述第一管孔通过液体管道和第一蠕动泵与电镀槽连接，所述第二管孔和第三管孔通过液体管道和第一蠕动泵连接样品预处理子系统，各所述第一蠕动泵均与可编程逻
辑控制器连接。6.根据权利要求5所述的无氰镀镉
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钛电镀工艺自动化控制系统，其特征在于，所述样品预处理子系统包括第一反应容器、第二反应容器、第三反应容器、恒温磁力搅拌器、硝酸容器、铜试剂容器、蒸馏水容器、甲基橙指示剂容器、醋酸
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醋酸铵缓冲液容器、钛铁指示剂容器、漏斗和若干个第二蠕动泵；所述第一反应容器通过液体管道和第二蠕动泵与电镀槽连接，所述第一反应容器内部悬挂有加热棒和温度传感器，所述氨水容器下方的第二管孔和铜试剂容器通过液体管道和第一蠕动泵与第一反应容器连接，所述氨水容器下方的第三管孔通过液体管道和第一蠕动泵与第三反应容器连接，所述第二反应容器的顶端悬挂漏斗，所述漏斗的顶部通过液体管道和第二蠕动泵均与第一反应容器和蒸馏水容器连接；所述第三反应容器放置于恒温磁力搅拌器上，并通过液体管道和第二蠕动泵分别与第二反应容器的顶端、蒸馏水容器、硝酸容器、甲基橙指示剂容器、醋酸
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醋酸铵缓冲液容器、钛铁指示剂容器以及滴定子系统连接；各所述第二蠕动泵、恒温磁力搅拌器、加热棒和温度传感器均与可编程逻辑控制器连接。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：吴向清，张钊，谢发勤，房新民，齐鸽，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：