库仑电解测厚仪应用30年的回顾

刘建国

(武汉材料保护研究所，湖北武汉 110043)

库仑电解测厚仪应用30年的回顾

刘建国

(武汉材料保护研究所，湖北武汉 110043)

引 言

电镀技术是表面技术的重要组成部分，它利用电化学方法在金属产品或部件上覆盖一层或多层外观良好的防护性能或功能性的金属覆层。为了保证和提高电镀产品质量，关键是控制电镀层厚度及其均匀性。在不同的使用条件下，对镀层厚度的要求是十分严格的。若镀层太薄达不到技术指示则失去了所设计防护效果，镀层太厚不但浪费资源(特别是贵金属镀层)，且会影响镀层质量和公差配合。在众多的厚度测量方法中，库仑测厚方法因其可测定镀种范围广，误差小精度高，使用简便，稳定可靠，特别是对多层电镀能测出各分层厚度及总厚度而独具优势，是其它测厚方法所不能比拟的。

目前，国内外已发展了许多型号的库仑测厚仪，如日本电测株式会的CT-2型库仑测厚仪，德国的STANOSOCOPE库仑测厚仪，美国可可公司(KOCOUR)6000型库仑测厚仪，以及我国武汉材料保护研究所生产的ZD-B型智能电解测厚仪等。ZD-B型智能电解测厚仪通过与电脑(PC)机配接，可以由电脑操作测量全过程，自动记录，PC机屏幕显示，数字处理及贮存，因而受到用户普遍青睐而广泛应用。

科学技术的发展进步总是相互相承，促进和提高的。是电镀技术发展对质量要求的提高，推动了库仑测厚仪的研究发展，同时又进一步促进电镀层质量的提高。从而推动着电镀行业与测厚仪技术共同发展。

1 第一代库仑测厚仪的产生

随着国民经济的不断发展，我国电镀业渐渐复兴。到了20世纪70～80年代各工业部门对电镀产品质量要求提上日程，特别是航天航空、国防军工、轻工及电器等行业为保证镀层质量，迫切需要对镀层厚度进行测量与控制。但当时国内测厚仪器尚未开发，测厚方法一般是用质量法测定，即通过化学液溶解电镀层，以试件的质量损失计算镀层厚度。此方法误差大、周期长、重现性和可靠性差，不能满足电镀层厚度测量要求。束缚了电镀技术的发展与进步。

鉴于上述情况，武汉材料保护研究所电器仪表研究室的工程技术人员在宋植堤室主任领导下，开始了库仑测厚仪的研究工作，通过资料搜索，国外样机解剖，对产品进行设计与研发，于1978年研制成功第一代库仑测厚仪，该产品可测定铜、镍、银、锡及镉等电镀层的厚度，测量误差完全符合标准(测量精度±10%)。1980年开始了小批量生产，并销售全国各地，深受用户欢迎。其间，也有用户提出意见和建议，根据要求又增加了多层镍镀层之间电位差测量功能。这是我国第一台拥有自主知识产权的测厚仪器，值得庆贺。

2 第二代产品ZD-B智能电解测厚仪

20世纪80年代中期，电子产品及元器件不断更新，电子技术快速发展，集成电路单片微处理器(单片机)等现代技术在许多领域普遍应用，同时更由于国内合金电镀层的应用，第一代测厚仪已不能满足合金镀层测厚需求，测厚仪产品更新换代势在必行。

1986年提出带单片微处理器的合金镀层电解测厚仪的科研项目，得到了原国家机械委科技司的批准。由电器仪表研究室黄俊、卢洪、刘建国同志成立研究项目课题组，经两年时间完成了集成电子电路设计，8K×8EPROM(2764)芯片中的软件设计，及整机外观设计，开展了对不同基体材料电镀层厚度测量及电镀层厚度在产品均匀性研究等项目。特别重点研究了对测量精度起重要作用的阳极溶解面积对精度的影响。在收集的一万多个数据的对比，总结了相关的规律，同时，还发现影响测量误差的因素，是由于诸多因素的综合作用。其中包括电镀工件基体表面的粗糙度、测量工件表面积(密封圈尺寸大小)，仪器实际电流误差、时钟误差及电镀层的缺陷等。

通过研究，弄清发生误差的原因，提出解决方案。经多年努力研制出样机，并在电镀产品上进行测试验证。实践证明测量精度符合国际标准。1988年由国家机械委组织鉴定。经专家评定为国内首创，国家经委批准为国家新产品，湖北省计量局鉴定核发计量器具合格证及生产许可证。第二代产品ZD-B型智能电解测厚仪生产上市。

3 第三代智能电解测厚仪

21世纪是人工智能技术迅速发展的时代。在表面处理各领域中应用计算机技术控制生产过程，自动化的趋势迅速发展，如何把单片微处理器的库仑测厚技术与现代计算机(PC机)技术有机结合，研发出新的测厚仪适应人工智能化发展的需求，是当务之急。为此在毛祖国教授的提议下，对该技术发展前景与实施途径进行了交流与分析。提出了扩充测量范围，机屏显示和镀层质量分析等诸多设想。并邀请有经验的软件工程师一道研发带电脑型的测厚仪新产品，在2002年初实现了以传统测厚技术与现代计算机信息技术相结合的夙愿，与电脑配接的ZD-B电脑型库仑测厚仪终于延生了，它不但覆盖第二代单片机的功能与测量范围，而且增加了可测镀种的范围，解决了许多测试技术难题(如铟、锆、钛、氮化钛、氮化锆、镍-磷合金、铜-锌-锡合金、铝以及d=0.8以下的线材等)，同时应用计算机软件功能实现了测量全过程的电脑操作，全自动纪录，屏视显示测量曲线数据处理与贮存等功能，从而充分发挥了库仑测厚仪技术的优势，最大限度地获取全面信息，为电镀层质量保证与提高提供了科学依据。

ZD-B电脑型测厚仪结构示意图如图1:

图1 ZD-B电脑型测厚仪结构示意图

由图1可以ZD-B智能电解测厚仪计算机测控系统从结构上分为两部分，单片机为核心构成的测量控制数据采集通讯收发系统，PC机为硬件基础和专用软件构成的测量命令数据接收分析处理系统，单片机系统负责完成测量控制和数据采集，并定时向PC系统发送采集数据，单片机系统独立完成厚度测量工作，PC机系统在软件的指挥下向单片机系统发送控制命令，并实现采集数据的接收、保存、显示及分析处理。PC机与单片机系统联机，测量操作可在PC机上通过鼠标完成，无需再按动单片机系统指令键来测量，操作简便。从2002年到2010年，ZD-B型电脑测厚仪应用软件连续三次升级，测量镀种不断扩展。

4 结语

回顾ZD-B型库仑电脑测厚仪三代产品研发，从初始的分离电子元件制作到现代电子技术应用的技术转变，是传统测厚度技术与现代技术相结合的成功范例，是不断创新的产物。它的问世将提升我国测厚产品在国际市场地位，将对我国电镀行业产品的质量提高与技术发展产生重要作用。

诚然产品的研发成功靠的是长期的技术积累，和奋发图强不断进取与创新精神，是材保人30多年的努力。顺此向有关领导与技术前辈与同事表示崇高的谢意!