124681 (Установка контроля толщины гальванического покрытия)

Пензенский государственный университет

Факультет приборостроения и информационной техники

Кафедра метрологии и систем качества

Курсовой проект

по дисциплине Методы и средства контроля

Установка контроля толщины гальванического покрытия

Автор:

студентка гр.05ПС1

Нестёркина И.С.

Содержание

Введение

1. Описание основных характеристик объекта контроля

2. Обзор методов измерения толщины гальванического покрытия

3. Разработка структурной схемы установки

3.1 Расчёт погрешности установки и определение требований к компонентам установки

4. Выбор СИ и вспомогательное оборудования

5. Расчет контрольных допусков и условной вероятности ошибки первого рода

Заключение

Список литературы

Приложение А. Задание

Введение

Целью данного курсового проекта является разработка установки контроля толщины гальванического покрытия.

По первой части нужно выполнить обзор методов измерения контролируемого параметра изделия. Далее в соответствии с выбранным методом разработать структурную схему установки, выбрать по справочникам и каталогам вспомогательное оборудование, удовлетворяющее требованиям. Выбранные СИ должны иметь один предел измерения и выход цифрового кода (должны быть кодоуправляемыми). Рассчитать погрешность установки контроля с учетом метрологических характеристик выбранного оборудования. Разработать схему электрического подключения.

Далее необходимо рассчитать условную вероятность ошибки первого рода. Расчет вероятностей ошибок проводиться с помощью графического интегрирования условных плотностей вероятности годных и бракованных изделий.

2. Описание основных характеристик объекта контроля

Гальванические покрытия – это металлические пленочки толщиной от долей мкм до десятых долей мм, наносимые на поверхность металлических и других изделий методом гальваностегии для придания им твердости, износостойкости, антикоррозийных, антифрикционных, защитно-декоративных или просто декоративных свойств.

Изменение характеристик поверхностных слоев металлических изделий приобретает все большую актуальность. Растущие требования к надежности оборудования при увеличении нагрузок на него, необходимость в защите деталей от агрессивных сред и очень высоких или, наоборот, низких температур приводят к все возрастающему интересу специалистов к применению гальванических покрытий.

Чаще всего гальванические покрытия находят применение в автомобилестроении, авиационной, радиотехнической и электронной промышленности. Но стильный вид и богатая цветовая гамма в совокупности с защитой от неблагоприятного внешнего воздействия привлекают к ним внимание и дизайнеров помещений, например, при отделке ручек дверей и карнизов, деталей для ванных комнат. Тонкие (от 3-5 до 10-15 микрон) и прочные слои хром-алмазных и никель-алмазных гальванических покрытий увеличивают срок службы и улучшают качество медицинских, штамповых и прессовых инструментов, деталей узлов трения.

Гальванические покрытия очень разнообразны. При выборе следует учитывать назначение и материал детали, условия ее эксплуатации, назначение и необходимые свойства покрытия, способ его нанесения, допустимость контактов сопрягаемых металлов и экономическую целесообразность применения этого покрытия. Гальванические покрытия могут обеспечивать повышенную коррозионную стойкость (цинкованием, кадмированием, лужением, свинцеванием), износостойкость трущихся поверхностей (хромированием, железнением), защитно-декоративную функцию отделки поверхности (меднением, никелированием, хромированием, серебрением, золочением).

Никелирование, нанесение на поверхность изделий никелевого покрытия (толщиной, как правило, от 1-2 до 40-50 мкм). Никелированию подвергаются преимущественно изделия из стали и сплавов на основе Cu, Zn и Al; реже - изделия из Mg, Ti и сплавов на их основе; разработаны способы нанесения никеля на неметаллической поверхности - керамику, пластмассы, бакелит, фарфор, стекло и др. Никелирование применяется для защиты изделий от коррозии (в атмосферных условиях, в растворах щёлочей, солей и слабых органических кислот), повышения износостойкости деталей, а также в защитно-декоративных целях.

Наиболее распространены электролитическое и химическое никелирование. Чаще никелирование (так называемое матовое) производится электролитическим способом. Наиболее изучены и устойчивы в работе сернокислые электролиты. При добавлении в электролит специальных блескообразователей осуществляется так называемое блестящее никелирование. Электролитические покрытия обладают некоторой пористостью, которая зависит от тщательности подготовки поверхности основы и от толщины покрытия. Для защиты от коррозии необходимо полное отсутствие пор, поэтому обычно производят предварительное меднение или наносят многослойное покрытие, которое при равной толщине надёжнее однослойного (например, стальные изделия часто покрывают по схеме Cu - Ni - Cr). Недостатки электролитического никелирования - неравномерность осаждения никеля на рельефной поверхности и невозможность покрытия узких и глубоких отверстий, полостей и т.п. Химическое никелирование несколько дороже электролитического, но обеспечивает возможность нанесения равномерного по толщине и качеству покрытия на любых участках рельефной поверхности при условии доступа к ним раствора. В основе процесса лежит реакция восстановления ионов никеля из его солей с помощью гипофосфита натрия (или др. восстановителей) в водных растворах.

Никелирование используется, например, для покрытия деталей химической аппаратуры, автомобилей, велосипедов, медицинского инструмента, приборов, предметов домашнего обихода, измерительного инструмента, клише, стереотипов, а также деталей, эксплуатируемых с небольшими нагрузками в условиях сухого трения, и т.д. Никелевые покрытия с течением времени несколько теряют свой первоначальный блеск. Поэтому часто слой никеля покрывают более стойким слоем хрома.

Никелевое покрытие является катодным по отношению к стали, алюминиевым и цинковым сплавам. Покрытие применяется для защитной, защитно-декоративной отделки деталей, повышения поверхностной твердости, износостойкости и электропроводности.

2. Обзор методов измерения толщины гальванического покрытия

Существуют два вида методов контроля толщины покрытий ПП: химические методы и физические методы.

К химическим методам относятся:

Капельный метод заключается в растворении покрытия на заданном участке последовательно наносимыми каплями растворителя до обнажения подслоя. Точность определения толщины капельным методом составляет %.

Испытания проводят следующим образом.

После тщательной механической и химической очистки поверхности контролируемого элемента с помощью капельницы наносят на проверяемый участок платы одну каплю соответствующего раствора и выдерживают её на поверхности в течение одной минуты.

По истечении этого времени каплю удаляют фильтровальной бумагой, насухо вытирают и на то же место наносят следующую каплю свежего раствора. Нанесение капель продолжают до обнажения подслоя, что устанавливается по изменению окраски в месте нанесения капель.

Расчёт толщины покрытия производится по следующей формуле:

,

где Q- толщина покрытия на данном участке, мкм; n- количество капель растворителя, израсходованного при испытаниях; - толщина покрытия, снимаемая одной каплей в течение 1 мин.

Составы растворов, применяемых при капельном методе, и значения коэффициента приведены в таблице 1.

Таблица 1. Составы растворов, применяемые для определения толщины покрытия капельным методом.

Струйный метод определения толщины покрытия более точен, чем капельный, и требует меньше времени. Он имеет следующие варианты: определение толщины по продолжительности действия раствора и по объёму израсходованного раствора.

Вариант по продолжительности действия раствора осуществляется методом прямого наблюдения или электроструйным нуль-методом. Погрешность данного метода % при толщинах более 5 мкм.

Сущность струйного метода заключается в определении времени растворения покрытия под действием струи раствора, вытекающего из бюретки с определенной скоростью и падающего на контролируемую поверхность под углом .Толщину покрытия определяют по формуле

,

где Q- толщина покрытия, мкм; q- толщина покрытия, растворяемая за 1 с, мкм/с; - время, затраченное на растворение покрытия, с.

Скорости растворения некоторых видов покрытий в зависимости от температуры реактива представлены в таблице 2.Точность данного метода % при толщинах более 5 мкм.

Для определения толщины покрытия олово- свинец (сплава типа ПОС), осаждённого гальваническим путём, применяется метод струйного электрохимического растворения. Для проведения измерения испытательный элемент заготовки ПП изолируют липкой хлорвиниловой лентой, оставив в точке испытания отверстие диаметром 1,5…2,0 мм для действия струи. Применяемый реактив состоит из борфтористоводородной кислоты концентрации 142 г/л. К капельнице через платиновую проволочку и к испытательному элементу подключают через амперметр источник постоянного тока. Испытательный элемент выполняет роль анода. Открывая кран капельницы, включают секундомер и отсчитывают время, необходимое для растворения слоя покрытия. Ток в момент испытания поддерживается равным 10мА. Конец растворения определяется визуально по изменению цвета пятна металла, расчёт толщины покрытия производят по формуле:

,

где Q- толщина покрытия олово- свинец, мкм; 0,11- толщина слоя олово- свинец, растворяемая за 1 с при токе 10 мА, мкм/с; - время, затраченное на растворение покрытия, с.

Таблица 2. Толщина покрытия q, растворяемого за 1 с

Точность данного метода % при толщинах от 2 до30 мкм.