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一种超声滚镀的工艺与设备
    (一)技术领域

    本发明涉及一种新的滚镀工艺与设备，特别是对难以获得良好镀层的镀件的滚镀。

    (二)背景技术

    滚镀作为电镀的一种，已经得到了广泛的应用，在滚动中，应用较多的是单桶滚镀机，其主要由滚筒和电镀槽两部分构成，滚筒是工件的容器，同时要求镀液自由进出，在工作时，滚筒在电镀槽内旋转，镀液通过流入流出而与电镀槽中的电镀液进行交换；电镀槽里面盛放电镀液，并通过安装在电镀槽体上的机械传动部件及导电部件给滚筒提供旋转动力、传导工作电流。然而，由于镀液进出滚筒受滚筒上孔洞设计的制约，而空洞的设计比如尺寸、分布等与所镀工件的形状、尺寸等有关，因此，不同形状尺寸的工件在滚筒中电镀时由于镀液分布的不平衡而引起镀层分布的差异仍然存在，这尤其在深镀表现得更为明显，对一些工件的深孔、微孔、盲孔的内壁处，电流效率较低，不易镀好，尤其是在镀铬更为艰难。造成深镀能力差的主要原因是电镀液在深孔、盲孔部位的分散较慢，很难达到浓度的快速动平衡，为了克服这一缺点，除了设计合适的滚筒空洞及电镀液进出滚筒的通道外，还可以采用加强电镀液的分散来解决。

    在电镀前处理工艺中，已经广泛采用超声波清洗装置来进行表面处理，然而，由于滚镀槽结构设计的原因，超声振动功能尚未能附加于滚镀槽中。考虑到超声波能够降低电化学过程中的浓差极化，使镀层更致密，同时，能够促进镀液向电镀工件的表面润湿和迁移，提高镀液的深度能力(内孔法，70mm，10mm)，大大提高有深孔、裂纹和表面粗糙工件的电镀(抛光)质量，因此，倘若把超声波产生装置集成于滚镀装置中，则能够设计一种全新的滚镀设备，充分利用超声波的高频振动功能，提高深镀能力。

    基于以上设想，本发明在运动的滚镀槽内部设置超声波换能器(振动元件)，当超声波产生发出后，直接作用在工件与电镀液的表面，充分发挥超声波的能效。

    (三)发明内容

    本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种带超声振动功能的滚镀设备，其结构紧凑，镀液更好的在滚筒内以及滚筒与电镀槽之间进行分散，提高滚镀件的深镀能力。

    本发明所述的带超声振动的滚镀装置主要由电镀槽、电极、滚筒、超声波发生器等构成。超声波发生器可以设计在滚筒的外部，也可以设计在滚筒的内部，为了减少对超声波的屏蔽，缩短其与工件之间的距离，本发明将超声波发生装置设置在滚筒内部。设置方式有两种：

    (一)在滚筒7转动的轴线方向上设置一固定空心轴5，滚筒围绕该固定空心轴做回转运动，固定空心轴5固定在滚筒支架端面板上不随滚筒转动，固定空心轴径向外表面为圆柱状，减少零部件与空心轴之间的摩擦，空心轴径向内表面可以是圆的，也可以是矩形或者是不规则的，根据内部零部件而定。在空心轴内设置超声波发生元件4，电极6和超声波发生元件电源线3固定在空心轴5的内空心部分并连接至滚筒7外。支架1是固定在固定空心轴5上的。超声波发生元件4外设置有刚性的保护板，或者保护网等结构。同时，为了防止电镀液对超声波发生装置产生腐蚀，超声波发生元件4与滚筒内液体之间的进行密封隔离。其结构如附图1所示。

    (二)在如(一)所述的结构基础上，超声波发生器不设置在固定空心轴内，而是将电极6设计为空心电极，超声波发生器安装在电极6内，超声波发生元件电源线3与电极电源线一起引出至滚筒7外。超声波发生元件4外设置有刚性的保护板，或者保护网等结构。为了防止电镀液对超声波发生装置产生腐蚀，超声波发生元件4与滚筒内液体之间的进行密封隔离。在这种结构中，固定空心轴5并不是必须的。其结构如附图2所示。

    超声电镀工艺的技术特征如下：

    将经过前处理的待镀件放入滚筒中，在电镀前或者电镀时启动超声波发生器，所用超声频率为20-100KHz，根据镀件不同和环境噪音要求而定，通常选择30KHz左右，对于电子产品的电镀所用频率通常在30KHz以上。超声功率强度是根据被镀工件的面积在0.1～1.0瓦/平方厘米范围选择，一般选取0.3～0.6瓦/平方厘米的功率强度。在电镀完成后关闭超声波发生器。

    (四)附图说明

    附图1显示了固定空心轴内置超声波滚镀装置示意图。其中，1：超声波振子支架；2：超声波振子防护板；3：超声波换能器电源线；4：超声波振子；5：空心固定轴；6：电解电极；7：滚筒；8：滚筒支架端面板。

    附图2显示了空心电极内置超声波滚镀装置示意图。其中，1：超声波振子支架；2：超声波振子防护板；3：超声波换能器电源线；4：超声波振子；5：空心固定轴；6：内置超声波振子的电解电极；7：滚筒；8：超声波振子；9：外罩电极；10：防渗漏灌封材料；11：密封圈；12：紧固端子；13：电缆

    附图3显示了超声镀镍与普通镀镍的效果图。其中图3(1)为超声镀镍效果图，图3(2)为普通镀镍效果图。

    (五)具体实施方式

    本发明设计了内置超声发生器的滚镀设备，超声波发生器设置在固定空心轴或空心电极内部，然而，其保护范围并不限于此，比如超声波发生器内置于电极旁边、内置于滚筒壁等情况可视为该设计思想的延伸。下面结合具体实施例对本发明的效果进行进一步描述：

    实施例1：

    在烧结NdFeB磁体上镀镍来防止NdFeB磁体的腐蚀，所用工艺条件为：NiSO₄.7H₂O 250克/升、NiCl₂.6H₂O 50克/升、H₃BO₃40克/升、十二烷基硫酸钠0.06克/升、调节电镀液pH＝3.5，将镀液温度升高至40℃，阴极电流密度为1安培/平方分米；电镀开始前启动超声波发生器，采用超声频率为25KHz、超声功率强度0.5瓦/平方厘米的超声波进行分散，所获得的镀层的微结构如附图3(1)所示，采用同样的电镀工艺，不开启超声波发生器时所获得的镀层的微结构如附图3(2)所示。从图中可以看出，采用带超声波的滚镀设备镀层明显要致密得多。

    实施例2：

    在带有深孔的不锈钢材料上镀铜，孔深度为100mm，直径为1mm，采用带超声的滚镀设备，在电镀液为CuSO₄·5H₂O 40克/升；K₂CO₃80克/升；HEDP 80克/升；用KOH调pH＝9.5温度：30℃，阴极电流密度：1安培/平方分米，阳极与阴极面积比大于2，在电镀开始前启动超声波发生器，超声频率为30KHz，超声功率强度为0.5瓦/平方厘米，电镀完成后，发现该深孔电镀深镀可达到70mm，关闭超声波发生器，同样电镀条件下进行对比实验，结果获得的镀层深度只有20mm。这说明，在采用超声波发生器的条件下，可极大的提高深孔内壁的镀层性能。