[发明专利]用于控制金属电镀镀液效率的装置和方法

说明书

本发明涉及一种测试金属电镀镀液(特别是包含金属元素和添加剂的金属电镀镀液)效率的装置和方法，具体来讲，尽管不是排他性的，涉及一种测试沉积在被处理工件的金属沉积层的厚度以及外观(例如光泽)的装置和方法。

在对工件进行电镀(包覆)以获取这种覆层之前，有必要就所讨论的液体金属电镀镀液进行测试，以确定镀液的温度和成分，这些成分在给定电流的作用下会在被处理工件上获得覆层，这些覆层具有一定的厚度和/或光泽，或者其他的期望性质，例如，对于机械工件来讲希望它们有较高的抗腐蚀性，或者对于装饰工件来讲希望它们具有特定的光泽或亮度，等等。

当前，这种类型的测试装置通常是霍尔槽(Hull Cells)(如在美国专利2149344中所述)。这些装置包括包含要通过电镀沉积的液体金属镀液的槽、浸没在金属镀液中的电极(分别为阳极和阴极)、以及连接到电极的电流发生器。金属涂层所沉积在的阴极采用矩形或其他形状的金属板的形式，并相对于阳极倾斜，使得阳极和阴极之间的距离从极板的一端到另一端渐变。

从而，在由电流发生器输送并通过在电极之间金属电镀镀液流动的电流(安培)的作用下，由于电极之间的距离逐渐增大，电流密度(阴极上的电流对面积的比值)发生变化，沉积的金属覆层的厚度会在倾斜的阴极极板的长度上逐渐变化，极板的光泽也会变化。从而，在预设的电解条件下，可以研究电流密度对金属沉积量(覆层的厚度、光泽等)的影响。

尽管上述霍尔槽测试装置给出了可靠的结果，但仍然具有很多缺陷，其中最严重的缺陷如下：

1，首先，霍尔槽不能使选择的给定电流密度范围被精确地扫描，这是由于对于施加到阳极的给定电流而言，倾斜阴极板接收到的电流密度的范围取决于施加到阳极的给定电流。

2，霍尔槽不能测量阴极的每个点上的真实电流密度，从而，采用软件包来计算所考察的点上的理论电流密度，或者采用生产商提供的表格或图表来查找。

3，霍尔槽不能使沉积在倾斜阴极上的覆层的效率(与作为电流密度的函数的所沉积的金属重量成正比)得到测量，这是因为该装置采用倾斜的金属板作为阴极，使得可以测量作为电流密度的函数的沉积重量。对于沉积在倾斜极板上的给定厚度的覆层，并不知道所施加的确切电流密度。

4，霍尔槽没有考虑采用了搅拌镀液的工业槽中的真实流体动力条件。通常的霍尔槽装置用于实验室用途，用在没有搅拌镀液的小型槽中。

5，需要硬件来确保被测电解液(镀液)的温度。

无可否认的是，为了消除缺陷4，可以用旋转的金属圆筒来代替倾斜的阴极板，金属圆筒的旋转会导致阴极和镀液的液体之间的非零速度。

另外，在专利文件US2004/0262152中描述了一种用于测试金属镀液性质的装置，该装置在其底部和盖子处包括覆盖有隔离的电极区域或区段的绝缘衬底，电流在电极区域或区段流动，以根据在电极区域或区段流动的电流确定在电极上沉积的覆层的厚度或重量。不过，这种装置具有不规则的形状和相当大的体积，并且完全布置在镀液中，并因此应用于工业槽具有相当难度，更适合于实验室槽。

发明内容

本发明的目的是消除这些缺陷，本发明涉及一种测试金属电镀镀液效率的装置和方法，其中，该装置的设计实现了：精确地扫描被选范围的电流密度，测量每个点真实的电流密度，测量沉积的覆层，并通过所述的测量结果对给定的电流密度推导出覆层的重量、厚度以及光泽；考虑真实的流体动力条件。

出于该目的，用于测试包含在槽中的金属电镀镀液特别是在生产工件的条件下的效率的装置包括：分别为阴极和阳极的多个电极，所述电极连接到电流发生器，所述阴极由多个独立的样本组成，这些样本能够浸没在所述金属电镀镀液中，并被可控电源供电。所述样本连接至电流发生器，并包括用于调节通过所述阴极样本的电流的机构，使得给定的电流流过每个所述的样本。

上述装置值得注意的地方在于，所述独立的阴极样本悬挂在放置在槽中的金属镀液上方的样本夹具上，使得实际上只有样本浸没在所述金属镀液中。

从而，利用本发明的装置，在同一测试中同时在每个独立的阴极样本上同时沉积金属覆层，每个阴极样本受到不同的电流密度的作用。从而，对于受到被选精确范围的可变的单独电流密度的作用的多个样本来讲，可以在所述样本上获得对应于所用的电流密度的不同覆层。从而，沉积在每个直接受到特定电流密度作用的样本上的覆层的重量使得可以精确地确定所讨论的被测镀液的效率(特别是通过测试之前和测试之后的重量)，还可以这样确定对于给定电流密度所获得的厚度、光泽以及其他性质。