庫(kù)侖電解測(cè)厚儀應(yīng)用30年的回顧

劉建國(guó)

(武漢材料保護(hù)研究所，湖北武漢 110043)

庫(kù)侖電解測(cè)厚儀應(yīng)用30年的回顧

劉建國(guó)

(武漢材料保護(hù)研究所，湖北武漢 110043)

引 言

電鍍技術(shù)是表面技術(shù)的重要組成部分，它利用電化學(xué)方法在金屬產(chǎn)品或部件上覆蓋一層或多層外觀良好的防護(hù)性能或功能性的金屬覆層。為了保證和提高電鍍產(chǎn)品質(zhì)量，關(guān)鍵是控制電鍍層厚度及其均勻性。在不同的使用條件下，對(duì)鍍層厚度的要求是十分嚴(yán)格的。若鍍層太薄達(dá)不到技術(shù)指示則失去了所設(shè)計(jì)防護(hù)效果，鍍層太厚不但浪費(fèi)資源(特別是貴金屬鍍層)，且會(huì)影響鍍層質(zhì)量和公差配合。在眾多的厚度測(cè)量方法中，庫(kù)侖測(cè)厚方法因其可測(cè)定鍍種范圍廣，誤差小精度高，使用簡(jiǎn)便，穩(wěn)定可靠，特別是對(duì)多層電鍍能測(cè)出各分層厚度及總厚度而獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，是其它測(cè)厚方法所不能比擬的。

目前，國(guó)內(nèi)外已發(fā)展了許多型號(hào)的庫(kù)侖測(cè)厚儀，如日本電測(cè)株式會(huì)的CT-2型庫(kù)侖測(cè)厚儀，德國(guó)的STANOSOCOPE庫(kù)侖測(cè)厚儀，美國(guó)可可公司(KOCOUR)6000型庫(kù)侖測(cè)厚儀，以及我國(guó)武漢材料保護(hù)研究所生產(chǎn)的ZD-B型智能電解測(cè)厚儀等。ZD-B型智能電解測(cè)厚儀通過(guò)與電腦(PC)機(jī)配接，可以由電腦操作測(cè)量全過(guò)程，自動(dòng)記錄，PC機(jī)屏幕顯示，數(shù)字處理及貯存，因而受到用戶(hù)普遍青睞而廣泛應(yīng)用。

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步總是相互相承，促進(jìn)和提高的。是電鍍技術(shù)發(fā)展對(duì)質(zhì)量要求的提高，推動(dòng)了庫(kù)侖測(cè)厚儀的研究發(fā)展，同時(shí)又進(jìn)一步促進(jìn)電鍍層質(zhì)量的提高。從而推動(dòng)著電鍍行業(yè)與測(cè)厚儀技術(shù)共同發(fā)展。

1 第一代庫(kù)侖測(cè)厚儀的產(chǎn)生

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)電鍍業(yè)漸漸復(fù)興。到了20世紀(jì)70～80年代各工業(yè)部門(mén)對(duì)電鍍產(chǎn)品質(zhì)量要求提上日程，特別是航天航空、國(guó)防軍工、輕工及電器等行業(yè)為保證鍍層質(zhì)量，迫切需要對(duì)鍍層厚度進(jìn)行測(cè)量與控制。但當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)測(cè)厚儀器尚未開(kāi)發(fā)，測(cè)厚方法一般是用質(zhì)量法測(cè)定，即通過(guò)化學(xué)液溶解電鍍層，以試件的質(zhì)量損失計(jì)算鍍層厚度。此方法誤差大、周期長(zhǎng)、重現(xiàn)性和可靠性差，不能滿(mǎn)足電鍍層厚度測(cè)量要求。束縛了電鍍技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步。

鑒于上述情況，武漢材料保護(hù)研究所電器儀表研究室的工程技術(shù)人員在宋植堤室主任領(lǐng)導(dǎo)下，開(kāi)始了庫(kù)侖測(cè)厚儀的研究工作，通過(guò)資料搜索，國(guó)外樣機(jī)解剖，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)與研發(fā)，于1978年研制成功第一代庫(kù)侖測(cè)厚儀，該產(chǎn)品可測(cè)定銅、鎳、銀、錫及鎘等電鍍層的厚度，測(cè)量誤差完全符合標(biāo)準(zhǔn)(測(cè)量精度±10%)。1980年開(kāi)始了小批量生產(chǎn)，并銷(xiāo)售全國(guó)各地，深受用戶(hù)歡迎。其間，也有用戶(hù)提出意見(jiàn)和建議，根據(jù)要求又增加了多層鎳鍍層之間電位差測(cè)量功能。這是我國(guó)第一臺(tái)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的測(cè)厚儀器，值得慶賀。

2 第二代產(chǎn)品ZD-B智能電解測(cè)厚儀

20世紀(jì)80年代中期，電子產(chǎn)品及元器件不斷更新，電子技術(shù)快速發(fā)展，集成電路單片微處理器(單片機(jī))等現(xiàn)代技術(shù)在許多領(lǐng)域普遍應(yīng)用，同時(shí)更由于國(guó)內(nèi)合金電鍍層的應(yīng)用，第一代測(cè)厚儀已不能滿(mǎn)足合金鍍層測(cè)厚需求，測(cè)厚儀產(chǎn)品更新?lián)Q代勢(shì)在必行。

1986年提出帶單片微處理器的合金鍍層電解測(cè)厚儀的科研項(xiàng)目，得到了原國(guó)家機(jī)械委科技司的批準(zhǔn)。由電器儀表研究室黃俊、盧洪、劉建國(guó)同志成立研究項(xiàng)目課題組，經(jīng)兩年時(shí)間完成了集成電子電路設(shè)計(jì)，8K×8EPROM(2764)芯片中的軟件設(shè)計(jì)，及整機(jī)外觀設(shè)計(jì)，開(kāi)展了對(duì)不同基體材料電鍍層厚度測(cè)量及電鍍層厚度在產(chǎn)品均勻性研究等項(xiàng)目。特別重點(diǎn)研究了對(duì)測(cè)量精度起重要作用的陽(yáng)極溶解面積對(duì)精度的影響。在收集的一萬(wàn)多個(gè)數(shù)據(jù)的對(duì)比，總結(jié)了相關(guān)的規(guī)律，同時(shí)，還發(fā)現(xiàn)影響測(cè)量誤差的因素，是由于諸多因素的綜合作用。其中包括電鍍工件基體表面的粗糙度、測(cè)量工件表面積(密封圈尺寸大小)，儀器實(shí)際電流誤差、時(shí)鐘誤差及電鍍層的缺陷等。

通過(guò)研究，弄清發(fā)生誤差的原因，提出解決方案。經(jīng)多年努力研制出樣機(jī)，并在電鍍產(chǎn)品上進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證。實(shí)踐證明測(cè)量精度符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。1988年由國(guó)家機(jī)械委組織鑒定。經(jīng)專(zhuān)家評(píng)定為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，國(guó)家經(jīng)委批準(zhǔn)為國(guó)家新產(chǎn)品，湖北省計(jì)量局鑒定核發(fā)計(jì)量器具合格證及生產(chǎn)許可證。第二代產(chǎn)品ZD-B型智能電解測(cè)厚儀生產(chǎn)上市。

3 第三代智能電解測(cè)厚儀

21世紀(jì)是人工智能技術(shù)迅速發(fā)展的時(shí)代。在表面處理各領(lǐng)域中應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)控制生產(chǎn)過(guò)程，自動(dòng)化的趨勢(shì)迅速發(fā)展，如何把單片微處理器的庫(kù)侖測(cè)厚技術(shù)與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)(PC機(jī))技術(shù)有機(jī)結(jié)合，研發(fā)出新的測(cè)厚儀適應(yīng)人工智能化發(fā)展的需求，是當(dāng)務(wù)之急。為此在毛祖國(guó)教授的提議下，對(duì)該技術(shù)發(fā)展前景與實(shí)施途徑進(jìn)行了交流與分析。提出了擴(kuò)充測(cè)量范圍，機(jī)屏顯示和鍍層質(zhì)量分析等諸多設(shè)想。并邀請(qǐng)有經(jīng)驗(yàn)的軟件工程師一道研發(fā)帶電腦型的測(cè)厚儀新產(chǎn)品，在2002年初實(shí)現(xiàn)了以傳統(tǒng)測(cè)厚技術(shù)與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)信息技術(shù)相結(jié)合的夙愿，與電腦配接的ZD-B電腦型庫(kù)侖測(cè)厚儀終于延生了，它不但覆蓋第二代單片機(jī)的功能與測(cè)量范圍，而且增加了可測(cè)鍍種的范圍，解決了許多測(cè)試技術(shù)難題(如銦、鋯、鈦、氮化鈦、氮化鋯、鎳-磷合金、銅-鋅-錫合金、鋁以及d=0.8以下的線(xiàn)材等)，同時(shí)應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件功能實(shí)現(xiàn)了測(cè)量全過(guò)程的電腦操作，全自動(dòng)紀(jì)錄，屏視顯示測(cè)量曲線(xiàn)數(shù)據(jù)處理與貯存等功能，從而充分發(fā)揮了庫(kù)侖測(cè)厚儀技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，最大限度地獲取全面信息，為電鍍層質(zhì)量保證與提高提供了科學(xué)依據(jù)。

ZD-B電腦型測(cè)厚儀結(jié)構(gòu)示意圖如圖1:

圖1 ZD-B電腦型測(cè)厚儀結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1可以ZD-B智能電解測(cè)厚儀計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上分為兩部分，單片機(jī)為核心構(gòu)成的測(cè)量控制數(shù)據(jù)采集通訊收發(fā)系統(tǒng)，PC機(jī)為硬件基礎(chǔ)和專(zhuān)用軟件構(gòu)成的測(cè)量命令數(shù)據(jù)接收分析處理系統(tǒng)，單片機(jī)系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成測(cè)量控制和數(shù)據(jù)采集，并定時(shí)向PC系統(tǒng)發(fā)送采集數(shù)據(jù)，單片機(jī)系統(tǒng)獨(dú)立完成厚度測(cè)量工作，PC機(jī)系統(tǒng)在軟件的指揮下向單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)送控制命令，并實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的接收、保存、顯示及分析處理。PC機(jī)與單片機(jī)系統(tǒng)聯(lián)機(jī)，測(cè)量操作可在PC機(jī)上通過(guò)鼠標(biāo)完成，無(wú)需再按動(dòng)單片機(jī)系統(tǒng)指令鍵來(lái)測(cè)量，操作簡(jiǎn)便。從2002年到2010年，ZD-B型電腦測(cè)厚儀應(yīng)用軟件連續(xù)三次升級(jí)，測(cè)量鍍種不斷擴(kuò)展。

4 結(jié)語(yǔ)

回顧ZD-B型庫(kù)侖電腦測(cè)厚儀三代產(chǎn)品研發(fā)，從初始的分離電子元件制作到現(xiàn)代電子技術(shù)應(yīng)用的技術(shù)轉(zhuǎn)變，是傳統(tǒng)測(cè)厚度技術(shù)與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合的成功范例，是不斷創(chuàng)新的產(chǎn)物。它的問(wèn)世將提升我國(guó)測(cè)厚產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)地位，將對(duì)我國(guó)電鍍行業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量提高與技術(shù)發(fā)展產(chǎn)生重要作用。

誠(chéng)然產(chǎn)品的研發(fā)成功靠的是長(zhǎng)期的技術(shù)積累，和奮發(fā)圖強(qiáng)不斷進(jìn)取與創(chuàng)新精神，是材保人30多年的努力。順此向有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)與技術(shù)前輩與同事表示崇高的謝意!