21 世纪电镀装备面临的挑战与对策

来源：中国百科网

     20世纪后期，随着世界电子工业的发展，电镀技术有了很大的进步,特别是在电镀过程中引进诸多物理因素如：磁场、声场、温度、电流波形及频率、溶液流速和震动等，使镀层质量和电镀效率有了明显提高。国际上研究工作比较活跃的领域是脉冲电镀和高速电镀，已召开过多次专题性国际会议。利用震动方式进行化学处理，已广为人知，震动电镀从八十年代研究至今，也已进入实用阶段，是一种很有前途的电镀新技术，他将取代许多镀种的滚镀工艺。工艺发展不断对新材料提出要求，电镀技术也由原来进行防护装饰和功能性镀层加工跨入新材料制造领域。利用电解方法连续生产各种金属箔材、复合材料和各种泡沫金属材料等，已经得到广泛应用。所有这些变化，对电镀设备及其相关的配套装置和元器件的性能、质量和品种提出了新的更加严格的要求。

    为了稳定电化学生产过程，保证产品质量一致性，各国电镀行业对生产过程自动化相当重视，溶液的自动化管理系统得到应用，如化学镀铜、化学镀镍、贵金属电镀与合金电镀的溶液自动管理系统已经商品化，化学钝化溶液的自动管理系统也在汽车和铜管乐器行业开始使用。对于一些批量很大和连续性生产的电镀和化学加工生产线，溶液和自动管理已成为稳定生产的关键问题。当今国际市场正向扩大集团规模发展，我国一些企业通过资产重组，走集团化联合发展的道路，电镀加工的相对集中，生产管理的现代化，对电镀设备的发展创造了良好前景，我们应抓住机遇，加大研究开发力度，增强技术储备，为新世纪的工业发展提供一流的现代化电镀装备。

⒈电镀电源

    自从意大利物理学家Alessandro Volta于1799年制作第一个电池以来,直流电和电镀槽一直是电镀的基本设备.电镀电源随着电力电子技术的发展,近半个世纪有了长足的进步,在完善直流电源的基础上,有开发了各种调制电流电源,并发展了体积小、重量轻、波形平稳的高频开关电源,为电镀工艺研究提供了良好条件.化学本身就是一门神奇的科学,随着电源设备的千变万化,犹如插上了翅膀,使电镀工艺得到日新月异的发展.

    电镀电源设备中的直流发电机组和硒整流器已经淘汰,目前使用的是硅整流器,依调压方式不同分为调压器调压、磁饱和电抗器调压以及可控硅调压的硅整流器等;对于1500A/12V以下的小功率整流装置,又开发了高频开关电源.这些电源设备目前占有较大市场份额,对一批单件小批生产性质又要求平稳波形的电镀工艺过程,调压器调压的硅整流器仍有市场.可控硅调压的硅整流器只在负荷较高时波形较好,适用于任务稳定的生产线.由于可控硅整流器的自动化和智能化比较容易实现,随着电镀自动线的增多,自动化可控硅整流器相应的发展较快,稳流稳压稳电流密度的可控硅电镀电源已经稳定生产,得到推广应用.可控硅电源采用多相电路加滤波系统,对波形有了很大改善.但是,对一些单件小批生产的要求波形平稳的工序,要稳定电镀质量,也要求自动化电源设备,就要求对调压器调压的硅整流器加以自动化,以实现稳流稳压控制和自动换向操作.

    电镀工艺如何消除人为因素的影响,对电源的智能化提出了要求,迅速发展的铝型材表面处理技术,对质量的稳定性要求促进了电镀电源的自动化.通过不同程序改变电源调节曲线,可调整不同的阳极氧化层色调,使得氧化产品多姿多彩.一些在生产过程中频繁调节电源参数的电镀工艺,也要求专用智能化电源.随着电镀技术的不断发展,应迅速开发适应不同工艺过程的智能化电源设备,以满足新世纪的新技术发展需求.

    智能化脉冲电镀电源的诞生是电镀工艺发展与电源开发相互促进的典型例子。脉冲电镀本身就是电力电子技术发展后产生的一种新工艺，在贵金属电镀领域得到广泛应用，国家经委已列为推广项目。近几年在原有脉冲电镀基础上，研究了脉冲换向电镀与直流叠加脉冲电镀等工艺。新工艺要求控制的参数较多，手工操作比较复杂，而应用微机控制则非常方便，对工人的技术要求不高。将脉冲电源与微机控制相结合的智能化脉冲电源，可以根据工艺要求选择直流供电,单向脉冲和换向脉冲供电以及直流叠加脉冲的多种复合电流波形,所有脉冲参数可以在给定的范围内设定.此外还可以实现计时和定时功能、温度测控功能、电量(安-时)计量和定量功能等,有利于采用统计控制方法实现添加剂的补加和主盐浓度调整.

    我国电镀电源的生产与研究实力雄厚,正与国际水平同步发展,具有较优越的市场态势,在自动化研究方面若能超前一步,将有较好的国际市场前景.

2．吊镀生产线

    吊镀生产线主要分为环形机械或液压式自动线和直线吊车式自动线两类。环形自动线在电镀生产上使用历史较久，我国在制造环形自动线方面也具有较高水平，这与我国轻工系统大量生产的自行车与电筒的发展有关。南京轻工业机械厂与潮州市机械厂等在环形电镀线生产中一直发挥着骨干作用。改革开放以来，轻型环形机械化式自动需要量增加，生产厂家相应增多。一些生产历史较久的老厂由于零部件标准化程度较高，质量较好，维修也较方便，产品仍受到欢迎。总的来看，环形自动线应克服目前低水平竞争现象，要在槽体制造方面狠下功夫，添置槽体加工专用设备，推出更新更好的一代自动线，才能牢固占领自己的市场。

    直线吊车式自动线从六十年代初才在我国开始少量应用，由于它制造周期短、程序调整方便，特别适合中小批量生产，很快得到推广。随着自动控制技术的发展，直线吊车式自动线的运行更加平稳和可靠。由于电源设备、热交换设备、过滤设备和溶液管理系统的日渐完善，调速装置的不断进步，自动线的自动化程度更加提高，正逐步向智能化方向发展。特别是计算机互联网的普及，直线式电镀自动线已经实现了全球异地遥控编程，使用户与设备制造厂开展人机对话，今后的售后服务会更加完善。

    面对这种发展形势，一些生产设备简陋、设计与制造水平较低的生产工厂将面对严酷的现实。今后直线式自动线的市场竞争将是一场技术实力的竞争，必须加速企业技术改造，吸收高层次技术与管理人才，提高工人技术素质，完善经营管理，才能适应高速度发展的产品更新形势。

3．滚镀设备

    滚镀可节省很多装卸零件的时间，增大镀槽的一次装载量。在滚镀过程中零件不断运动，使镀层的均匀性和光洁度有所提高。因此，滚镀工艺在小型零件生产中很受欢迎。但是适宜于滚镀的零件形状和尺寸大小受到一定限制，所能得到的镀层厚度也比吊镀小，为了克服这些局限，近年滚镀设备在扩大滚筒直径和长度，改进开门机构和改善溶液内外循环等方面开展了大量研究工作。由于增加了滚筒装载量，能适应更大尺寸和重量的零件滚镀；自动开闭机构的采用，使滚筒自动装卸料成为可能，减少了操作人员数量和劳动强度；滚筒开孔形状（方孔结构比圆孔结构的有效开孔面积大一倍以上）和导电结构的改进以及溶液强制对流系统的采用，提高了允许电流密度，缩短了滚镀时间，扩大了镀层厚度的上限。随着滚筒结构的不断完善，增加了滚镀工艺在电镀中所占的比重。

    我国滚镀设备的生产相对落后一些，特别是滚筒材料和加工技术与国外有一定差距，如注塑孔板组装结构的滚筒，在国内很少采用，滚筒形式变化更少。在国际市场缺乏竞争力。除了近期引进的一些国外设备，大多数设备结构仍停留在五十年代水平。这种状况与滚镀设备生产企业的装备水平与设计水平落后有直接关系。

    面对国内外在这方面存在的较大差距和国内滚镀设备存在的较大潜在市场前景，给我们发展滚镀设备带来了极好的机遇。因此，我们应抓紧企业技术革新改造，借鉴其他行业的相关技术，加强技术开发，迅速生产出一流设备，强占制高点，为扩大滚镀工艺的应用范围创造良好条件，进而促进滚镀设备持续全面发展。

    滚镀适用于中小型零件，而中小型零件多数具有大量生产的特点，这就为滚镀自动线的发展提供了条件。国外电子工业的紧固件都有采用滚镀自动线加工就是这个原因。我国是一个自行车王国，自行车与助力车的发展，加上汽车工业的崛起，使滚镀自动线具有较大的市场前景。

    滚镀自动线也分为环形机械或液压式自动线和直线吊车式自动线两类。环形机械式滚镀自动线一般采用摆动升降方式传动，适宜于倾斜式自动装卸的钟型滚筒。我国第一汽车制造厂在五十年代已开始引进这种自动线，用于紧固件镀锌，一直沿用至今。这种自动线结构比较简单，美国、日本和国内一些工厂都有生产；垂直升降式环形滚镀自动线目前在国外使用比较普遍，采用聚丙烯塑料制造成的卧式滚筒，有的采用了自动开闭筒门结构，以利于全自动装卸料，实现无人操作。我国尚未生产这种设备。

    直线吊车式滚镀自动线采用卧式滚筒，其装载量取决于吊车的起吊能力，能适应各种尺寸的滚筒和不同的滚筒驱动方式（旋转式和摆动式等），因而得到了广泛应用。这类滚筒可利用震动料斗自动送料、称重和装料，滚筒装料后自动关门，由吊车按设定程序依次进行前处理、电镀、清洗和烘干，直到最后自动卸料。有的滚筒被吊车提升后可自行旋转，排净溶液。有的自动线还在吊车上安装机械手，进行震动钝化，这类滚镀自动线由于机构结构比环形滚镀线简单，比较适合我国一些制造厂家生产。各厂在现有生产条件下采取适当技术措施，即可为国内提供优良的设备。

    震动技术进入电镀过程，能改善电镀质量，提高生产效率，它将改变传统的滚镀方法，部分取代现有的滚镀设备。震动既能使电镀零件翻动，又有使零件沿一定路线移动，不但适宜于单机生产，更利于组成新型震动电镀自动线，是一种很有前途的换代设备。震动电镀机从八十年代开始试验，现已进入实用阶段，但装载量尚小；震动电镀线的生产尚未见报道，应组织力量加以研究，占领前沿阵地。

4．溶液自动管理系统

    溶液自动管理系统在化学镀方面首先得到应用，七十年代末已经商品化。八十年代以来不断研究改进，不少发达国家均可生产供应，我国八十年代开始研究，九十年代已进入实用阶段。目前PH监控系统生产比较多，而溶液分析控制系统尚限于化学镀和少数电镀工序的自动管理，能进行溶液成分分析和调整，测量和调节PH值，测量与控制温度，安-时计量与电源调控等，并有计算机接口，与上位机连接，实现计算机生产者管理，通过几年的生产运行，已积累了不少经验，有待进一步扩大应用，不断改进完善，为现代化管理服务。目前国产溶液分析管理系统所采用的分析方法是容量法，而国外已在八十年代开始采用能量色散X-射线萤光光谱测量技术，这类仪器有着广阔的发前景与市场潜力。能量色散X-射线萤光（EDXRF）分析是利用低能量X-射线照射试样，试样中的一些原子将发射具有自身特征的X-射线萤光，从而识别这些元素同时测定，一台仪器可测定或控制多达16个镀槽，能在不到1分钟的时间内给出多达6种元素的浓度报告，并可自动调整其含量。这类产品已进入中国市场，可供我们开发新一代分析控制系统借鉴。

    镀层质量的自动监控系统，是今后应当重点开发的品种，希望引起重视。本溪继电器厂研制的在线监测镀层应力和相应厚的计算机管理系统，它采用磁敏感原理，使传感器在镀液中与镀件同步电镀，可以测出0.05μ以下镀层厚度及其应力的连续变化，使电镀件的质量得到连续监控。该项技术已获国家发明专利，说明我国在测量技术研究方面具有相当实力。

    随着我国经济体制改革的不断深入，电镀工业的发展将对溶液自动化管理提出更多要求，为自动管理系统提供更大市场。深信自动化管理系统的制造水平将在不断研究改进中得到迅速提高，为21世纪我国电镀生产的自动化管理创造良好的条件。

5．溶液过滤设备

    溶液过滤设备是关系到电镀质量的关键设备。在我国一直是个薄弱环节。目前应用较多的为筒式压力过滤机结构，经过近三十年的徘徊，投入的研究力量较弱，品种更新与质量提高的步子不大，严重影响产品生产企业的发展。现在一些质量较好的过滤机仍以进口元件组装为主，进口产品占领了部分市场，国内企业在已缩小的市场上低水平竞争，处境不容乐观。

    改革开放以来，随着进口过滤机的增多，虽然占据了一定市场份额，却激发了我们开发新产品的热情，也给国内过滤机的设计提供了众多样机，这是我国过滤机行业走独立设计、创造适应国情的新产品的良好契机。最近几年，新诞生了一些过滤设备厂，注意新品种开发与质量的提高，说明我们过滤机行业很有希望。一批新品种过滤机的应用，使电镀质量有所改观，特别是镀前处理溶液过滤机的应用，能分离液面浮油，吸附悬浮油粒，对提高我国电镀质量将产生明显效果；自动更换滤布的连续自动过滤机，为自动化管理创造良好条件，这些产品在国内都很需要。

    经过近十年的努力，各种滤芯和滤布在国内均有生产，高水平的防腐蚀泵也开始出现，符合国际标准要求，为过滤机的更新换代打下了基础。我们应抓住机遇，进行技术改造，采取联合开发、共享成果的办法，尽快生产出品种齐全、规格多样的新一代国产过滤设备，为生产优质电镀产品做出贡献。

6．环境治理设施

    电镀生产的环境保护，经过近30年来的工作，已有了比较成熟的废气及污水处理方法及相设备，关键在于管理。近十年来，在间歇逆流清洗技术基础上发展起来的电镀污水微排放技术，在一些自动线是得到了有效利用，对节约用水，减少污染起到了良好作用。近几年研究成功的微生物处理电镀污水技术，处理后水质能达到工业废水排放要求，是一种很有发展前途的治理方法。近来，一些致力于污水中重金属处理技术的公司，开发了高效高分子重金属捕集剂的产品，如日本MIYOSHI化学公司，台湾的聚合国际公司等生产的重金属捕集剂能处理电镀和印制电路板厂污水中的铜、汞、镍、铬、锌、镉、铅、砷等，达到捕集去除效果，日本MIYOSHI公司的E-POFLOC L-1高分子重金属捕集剂的处理方法非常简单，对水中的各种重金属及其共存的盐类与络盐（如EDTA和NH3类络盐等）均能充分发挥支除效果，得到日本工业界的赞许和环保部门嘉奖。E-POFLOC L-1的外理过程与我国的微生物处理方法差不多，它是一种液体聚合树脂，当与污水中的重金属反应后结合为不溶性络盐而达到捕集去除效果。台湾生产的重金属捕集剂特点是胶羽粗大，添加量少，效率高，形成的污泥稳定性高、溶出率低，适应PH范围广，操作简便。这类污水处理剂是今后开发的重点，要力求降低价格，以利推广。化学法处理电镀污水仍将是今后我国的一种主要方法，在完善污泥处理与利用技术，实现管理自动化方面尚有研究开发的潜力。

    要有效地治理电镀污染，达到清洁生产要求，应该抓好行业管理，着手建立电镀工业园区，将分散于大城市周边的厂点相对集中，统一治理。

    在电镀工业园区首先建立以先进技术装备起来的公用基础设施和若干标准厂房，也可以在规划区内按要求自建厂房。同时政策上实行优惠照顾，采取现代化物业管理，使企业享受实惠。一些中小企业只有进入工业园区才有出路，对于需要技术改造的大中型企业的电镀点，由于减少了辅助设施投资，改造投产周期较短，也会乐于进入较近的工业园区建设自用厂房。一些工业发达国家已经在这方面收到了良好的效果，如日本东京城南处理中心是一个典型的标准厂房式电镀工业园区；京滨岛则是统一规划自建厂房的电镀工业园区。我国沿海地区已开始建设电镀工业园区，今后应总结广东、福建等省的经验，尽快在国内大中城市付诸实施。这将是21世纪电镀生产的一个发展趋势。

    随着电镀工业园区的建立，一些质次价高的环保设备将失去市场，我国电镀环保设备的水平，也将出现一次飞跃。

    综上所述，我们现有的电镀设备水平与国际先进水平对比在一定程度上还有一些差距，我们的企业生产规模较小而且技术力量分散。要适应新时期的需要，必须走联合开发和集团经营的道路。

21世纪将是高新技术持续发展的新世纪。中国21世纪的电镀设备，在技术上实现由引进技术、组装设备到自行开发独创的质的飞跃；在经营管理上，将在引进现代化管理机制的基础上实行优化组合，合理分工，形成若干具有强大实力的产品生产集团。中国的电镀装备水平将出现崭新局面。让我们以更大的成就，迎接新世纪的到来；以更大的热情，共同拥抱明天！