Пензенський державний університет
Факультет приладобудування та інформаційної техніки
Кафедра метрології та систем якості
Курсовий проект
з дисципліни Методи і засоби контролю
Установка контролю товщини гальванічного покриття
Автор:
студентка гр.05ПС1
Нестеркіна І.С.
Зміст
Введення
1. Опис основних характеристик об'єкта контролю
2. Огляд методів вимірювання товщини гальванічного покриття
3. Розробка структурної схеми установки
3.1 Розрахунок похибки установки і визначення вимог до компонентів установки
4. Вибір СІ і допоміжне обладнання
5. Розрахунок контрольних допусків і умовної ймовірності помилки першого роду
Висновок
Список літератури
Додаток А. Завдання
Введення
Метою даного курсового проекту є розробка установки контролю товщини гальванічного покриття.
По першій частині потрібно виконати огляд методів вимірювання контрольованого параметра виробу. Далі відповідно до обраного методу розробити структурну схему установки, вибрати по довідниках і каталогах допоміжне обладнання, що задовольнить вимогам. Вибрані ЗІ повинні мати один межа вимірювання і вихід цифрового коду (повинні бути кодоуправляемимі). Розрахувати похибка установки контролю з урахуванням метрологічних характеристик вибраного устаткування. Розробити схему електричного підключення.
Далі необхідно розрахувати умовну ймовірність помилки першого роду. Розрахунок ймовірностей помилок проводитися за допомогою графічного інтегрування умовних щільностей ймовірності придатних і бракованих виробів.
1. Опис основних характеристик об'єкта контролю
Гальванічні покриття - це металеві пленочки товщиною від часток мкм до десятих часток мм, що наносяться на поверхню металевих і інших виробів методом гальваностегії для додання їм твердості, зносостійкості, антикорозійних, антифрикційних, захисно-декоративних або просто декоративних властивостей.
Зміна характеристик поверхневих шарів металевих виробів набуває все більшої актуальності. Зростаючі вимоги до надійності устаткування при збільшенні навантажень на нього, необхідність у захисті деталей від агресивних середовищ і дуже високих або, навпаки, низьких температур призводять до дедалі зростаючого інтересу фахівців до застосування гальванічних покриттів.
Найчастіше гальванічні покриття знаходять застосування в автомобілебудуванні, авіаційної, радіотехнічної та електронної промисловості. Але стильний вигляд і багата колірна гамма в сукупності із захистом від несприятливого зовнішнього впливу привертають до них увагу і дизайнерів приміщень, наприклад, при обробці ручок дверей і карнизів, деталей для ванних кімнат. Тонкі (від 3-5 до 10-15 мікрон) і міцні шари хром-алмазних і нікель-алмазних гальванічних покриттів збільшують термін служби і покращують якість медичних, штампова і пресових інструментів, деталей вузлів тертя.
Гальванічні покриття дуже різноманітні. При виборі слід враховувати призначення і матеріал деталі, умови її експлуатації, призначення і необхідні властивості покриття, спосіб його нанесення, допустимість контактів сполучених металів і економічну доцільність застосування цього покриття. Гальванічні покриття можуть забезпечувати підвищену корозійну стійкість (цинкуванням, кадміюванням, лудінням, Свинцювання), зносостійкість тертьових поверхонь (хромуванням, залізненням), захисно-декоративну функцію обробки поверхні (меднением, нікелюванням, хромуванням, срібленням, золоченням).
Нікелювання, нанесення на поверхню виробів нікелевого покриття (товщиною, як правило, від 1-2 до 40-50 мкм). Нікелюванню піддаються переважно вироби із сталі і сплавів на основі Cu, Zn і Al; рідше - вироби з Mg, Ti і сплавів на їх основі; розроблені способи нанесення нікелю на неметалевої поверхні - кераміку, пластмаси, бакеліт, фарфор, скло і ін Нікелювання застосовується для захисту виробів від корозії (в атмосферних умовах, в розчинах лугів, солей і слабких органічних кислот), підвищення зносостійкості деталей, а також в захисно-декоративних цілях.
Найбільш поширені електролітичне та хімічна нікелювання. Найчастіше нікелювання (так зване матове) проводиться електролітичним способом. Найбільш вивчені і стійкі в роботі сірчанокислі електроліти. При додаванні в електроліт спеціальних блескообразователей здійснюється так зване блискуче нікелювання. Електролітичні покриття володіють деякою пористістю, яка залежить від старанності підготовки поверхні основи і від товщини покриття. Для захисту від корозії необхідно повна відсутність часу, тому зазвичай проводять попереднє меднение або завдають багатошарове покриття, яке при рівній товщині надійніше одношарового (наприклад, сталеві вироби часто покривають за схемою Cu - Ni - Cr). Недоліки електролітичного нікелювання - нерівномірність осадження нікелю на рельєфній поверхні і неможливість покриття вузьких і глибоких отворів, порожнин і т.п. Хімічне нікелювання дещо дорожче електролітичного, але забезпечує можливість нанесення рівномірного по товщині і якості покриття на будь-яких ділянках рельєфній поверхні за умови доступу до них розчину. В основі процесу лежить реакція відновлення іонів нікелю з його солей за допомогою гіпофосфіти натрію (або ін відновників) у водних розчинах.
Нікелювання використовується, наприклад, для покриття деталей хімічної апаратури, автомобілів, велосипедів, медичного інструменту, приладів, предметів домашнього ужитку, вимірювального інструмента, кліше, стереотипів, а також деталей, що експлуатуються з невеликими навантаженнями в умовах сухого тертя, і т.д. Нікелеві покриття з плином часу дещо втрачають свій первинний блиск. Тому часто шар нікелю покривають більш стійким шаром хрому.
Нікелеве покриття є катодним по відношенню до сталі, алюмінієвих та цинкових сплавів. Покриття застосовується для захисної, захисно-декоративної обробки деталей, підвищення поверхневої твердості, зносостійкості і електропровідності.
2. Огляд методів вимірювання товщини гальванічного покриття
Існують два види методів контролю товщини покриттів ПП: хімічні методи і фізичні методи.
До хімічних методів належать:
Крапельний метод полягає в розчиненні покриття на заданому ділянці послідовно наносяться краплями розчинника до оголення підшару. Точність визначення товщини крапельним методом становить
Випробування проводять таким чином.
Після ретельної механічної та хімічної очистки поверхні контрольованого елементу за допомогою крапельниці наносять на перевіряється ділянку плати одну краплю відповідного розчину і витримують її на поверхні протягом однієї хвилини.
Після закінчення цього часу краплю видаляють фільтрувальним папером, насухо витирають і на те ж місце наносять наступну краплю свіжого розчину. Нанесення крапель продовжують до оголення підшару, що встановлюється за зміни забарвлення в місці нанесення крапель.
Розрахунок товщини покриття проводиться за наступною формулою:
де Q-товщина покриття на даній ділянці, мкм; n-кількість крапель розчинника, витраченого при випробуваннях;
Склади розчинів, що застосовуються при крапельному методі, і значення коефіцієнта
Таблиця 1. Склади розчинів, що застосовуються для визначення товщини покриття крапельним методом.
Струменевий метод визначення товщини покриття більш точний, ніж крапельний, і вимагає менше часу. Він має такі варіанти: визначення товщини за тривалістю дії розчину і за обсягом витраченого розчину.
Варіант по тривалості дії розчину здійснюється методом прямого спостереження або електроструйним нуль-методом. Похибка даного методу
Сутність струминного методу полягає у визначенні часу розчинення покриття під дією струменя розчину, що випливає з бюретки з певною швидкістю і падаючого на контрольовану поверхню під кутом
де Q-товщина покриття, мкм; q-товщина покриття, розчиняється за 1 с, мкм / с;
Швидкості розчинення деяких видів покриттів залежно від температури реактиву представлені в таблиці 2.Точность даного методу
Для визначення товщини покриття олово-свинець (сплаву типу ПОС), обложеного гальванічним шляхом, застосовується метод струменевого електрохімічного розчинення. Для проведення вимірювання випробувальний елемент заготівлі ПП ізолюють липкою стрічкою хлорвініловою, залишивши в точці випробування отвір діаметром 1,5 ... 2,0 мм для дії струменя. Застосовуваний реактив складається з борфтористоводородной кислоти концентрації 142 г / л. До крапельниці через платинову зволікання і до випробувального елементу підключають через амперметр джерело постійного струму. Випробувальний елемент виконує роль анода. Відкриваючи кран крапельниці, включають секундомір і відраховують час, необхідний для розчинення шару покриття. Струм в момент випробування підтримується рівним 10мА. Кінець розчинення визначається візуально щодо зміни кольору плями металу, розрахунок товщини покриття роблять за формулою:
де Q-товщина покриття олово-свинець, мкм; 0,11 - товщина шару олово-свинець, розчиняється за 1 з при струмі 10 мА, мкм / с;
Таблиця 2. Товщина покриття q, растворяемого за 1 с
Точність даного методу 
Кулонометрический метод заснований на законі Фарадея, згідно з яким кількість прореагировавшего речовини прямо пропорційно кількості електрики, що пройшов через електрохімічну систему. Метод полягає в тому, що вимірюють кількість електрики або час проходження неизменяющиеся струму. Досліджуваний процес повинен протікати зі 100%-ним виходом по струму. При контролі товщини покриття в якості анода використовують невелику ділянку поверхні металу відомої площі, а всю іншу поверхню виробу закривають захисним шаром або використовують спеціальну притискну клітинку з еластичним наконечником, що створює необхідну герметичність зони контролю і можливість інтенсивного обміну електроліту біля поверхні анода періодичною зміною тиску на клітинку .
Гальванопокриття розчиняють при такому анодному потенціалі, при якому не може розчинятися підкладка, тоді різке збільшення цього потенціалу вказує на закінчення реакції. У загальному випадку, реєструючи зміни анодного потенціалу, можна проходити всі верстви багатошарового покриття, вимірюючи їх товщину. Якщо струм в електрохімічній комірці підтримується постійним, товщина покриття Q обчислюється за формулою:
де t-час розчинення покриття;
Склад електролітів для кулонометрического методу контролю підбирається так, щоб запобігти бестоковую розчинення покриття.
Кулонометрический метод контролю товщини покриттів добре поєднується з електрохімічними методами кількісного аналізу, зокрема з хроноамперометріей і полярографией, для визначення складу покриття.
3. Розробка структурної схеми установки
При вимірюванні товщини нікелевого гальванічного покриття користуємося кулонометріческім методом.
Цим методом можна вимірювати як одношарові, так і багатошарові покриття, на металевих і неметалевих деталях (від 0,1 до 100 мкм). Метод дозволяє визначити товщину покриття з точністю
Установка (рисунок 1) складається з гальванічної комірки 1, стабілізованого джерела постійного струму 2, міліамперметра 3, вмикача 4 і реверсують перемикача 5 в електричному ланцюзі гальваноячейкі. Тривалість процесу анодного розчинення фіксують за допомогою лічильника.
Гальванічна осередок є металева посудина місткістю не менше 1 см . Осередок кріпиться в системі, що забезпечує постійний її притиск до контрольованої поверхні. Для перемішування електроліту в гальваноячейке застосовується фторопластова лопать, що приводиться в обертальний рух електродвигуном. Як стабілізованого джерела постійного струму застосовується електронний стабілізатор, що забезпечує на виході плавно регульовану силу струму 0,5 - 100 мА зі стабілізацією, що підтримує точність 
Електроліти для кулонометрического методу повинні забезпечувати анодне розчинення металопокриття з 100%-ним виходом по струму в широкому діапазоні анодних щільностей; чіткий стрибок анодного потенціалу не менше 150 мВ в момент перфорації покриття та оголення основного матеріалу (підкладки); стабільність свідчень при проходженні великої кількості електрики .
Електрораствореніе контрольованого покриття товщиною> 5 мкм відбувається зі швидкістю 0,1 мкм / с.
Перед вимірюванням деталі знежирюють. На обраній ділянці деталі ставлять гальваноячейку і за допомогою спеціальної системи забезпечують постійний контакт з вимірюваною поверхнею. Потім у гальваноячейку заливають необхідну кількість електроліту і включають систему перемішування. У разі вимірювання товщини нікелевого покриття реверсують перемикач ставлять в положення «реверс» і проводять катодну обробку протягом 5-10 с. Потім ставлять реверсують перемикач в положення «робота» і синхронно включають лічильник часу і струм в ланцюзі осередки.
Еталонні зразки з нікелевими і мідними покриттями повинні відповідати наступним вимогам:
1) абсолютна товщина покриття повинна бути в межах 15 - 25 мкм;
2) середня товщина шару на поверхні всього еталона повинна бути відомою з точністю
3) розкид значень товщини покриття на поверхні еталона не повинен перевищувати
3.1 Розрахунок похибки установки і визначення вимог до компонентів установки
Товщина гальванічного покриття, що визначається кулонометріческім методом, обчислюється за формулою:
K = 0,73
V = 1
H = 160 мм-висота гальванічної комірки.
Щільність струму
Визначаємо час розчинення покриття:
S-площа покриття в
Q-задана товщина шару нікелю в см;
I-сила струму в А;
8,8 - уд. вага нікелю в
1,095 - кількість нікелю в м;
0,5 - фактичний вихід по току.
Розраховуємо товщину гальванічного покриття:
4. Вибір СІ і допоміжне обладнання
Вимірювач струму - комбінований прилад типу Ф4852.
Факультет приладобудування та інформаційної техніки
Кафедра метрології та систем якості
Курсовий проект
з дисципліни Методи і засоби контролю
Установка контролю товщини гальванічного покриття
Автор:
студентка гр.05ПС1
Нестеркіна І.С.
Зміст
Введення
1. Опис основних характеристик об'єкта контролю
2. Огляд методів вимірювання товщини гальванічного покриття
3. Розробка структурної схеми установки
3.1 Розрахунок похибки установки і визначення вимог до компонентів установки
4. Вибір СІ і допоміжне обладнання
5. Розрахунок контрольних допусків і умовної ймовірності помилки першого роду
Висновок
Список літератури
Додаток А. Завдання
Введення
Метою даного курсового проекту є розробка установки контролю товщини гальванічного покриття.
По першій частині потрібно виконати огляд методів вимірювання контрольованого параметра виробу. Далі відповідно до обраного методу розробити структурну схему установки, вибрати по довідниках і каталогах допоміжне обладнання, що задовольнить вимогам. Вибрані ЗІ повинні мати один межа вимірювання і вихід цифрового коду (повинні бути кодоуправляемимі). Розрахувати похибка установки контролю з урахуванням метрологічних характеристик вибраного устаткування. Розробити схему електричного підключення.
Далі необхідно розрахувати умовну ймовірність помилки першого роду. Розрахунок ймовірностей помилок проводитися за допомогою графічного інтегрування умовних щільностей ймовірності придатних і бракованих виробів.
1. Опис основних характеристик об'єкта контролю
Гальванічні покриття - це металеві пленочки товщиною від часток мкм до десятих часток мм, що наносяться на поверхню металевих і інших виробів методом гальваностегії для додання їм твердості, зносостійкості, антикорозійних, антифрикційних, захисно-декоративних або просто декоративних властивостей.
Зміна характеристик поверхневих шарів металевих виробів набуває все більшої актуальності. Зростаючі вимоги до надійності устаткування при збільшенні навантажень на нього, необхідність у захисті деталей від агресивних середовищ і дуже високих або, навпаки, низьких температур призводять до дедалі зростаючого інтересу фахівців до застосування гальванічних покриттів.
Найчастіше гальванічні покриття знаходять застосування в автомобілебудуванні, авіаційної, радіотехнічної та електронної промисловості. Але стильний вигляд і багата колірна гамма в сукупності із захистом від несприятливого зовнішнього впливу привертають до них увагу і дизайнерів приміщень, наприклад, при обробці ручок дверей і карнизів, деталей для ванних кімнат. Тонкі (від 3-5 до 10-15 мікрон) і міцні шари хром-алмазних і нікель-алмазних гальванічних покриттів збільшують термін служби і покращують якість медичних, штампова і пресових інструментів, деталей вузлів тертя.
Гальванічні покриття дуже різноманітні. При виборі слід враховувати призначення і матеріал деталі, умови її експлуатації, призначення і необхідні властивості покриття, спосіб його нанесення, допустимість контактів сполучених металів і економічну доцільність застосування цього покриття. Гальванічні покриття можуть забезпечувати підвищену корозійну стійкість (цинкуванням, кадміюванням, лудінням, Свинцювання), зносостійкість тертьових поверхонь (хромуванням, залізненням), захисно-декоративну функцію обробки поверхні (меднением, нікелюванням, хромуванням, срібленням, золоченням).
Нікелювання, нанесення на поверхню виробів нікелевого покриття (товщиною, як правило, від 1-2 до 40-50 мкм). Нікелюванню піддаються переважно вироби із сталі і сплавів на основі Cu, Zn і Al; рідше - вироби з Mg, Ti і сплавів на їх основі; розроблені способи нанесення нікелю на неметалевої поверхні - кераміку, пластмаси, бакеліт, фарфор, скло і ін Нікелювання застосовується для захисту виробів від корозії (в атмосферних умовах, в розчинах лугів, солей і слабких органічних кислот), підвищення зносостійкості деталей, а також в захисно-декоративних цілях.
Найбільш поширені електролітичне та хімічна нікелювання. Найчастіше нікелювання (так зване матове) проводиться електролітичним способом. Найбільш вивчені і стійкі в роботі сірчанокислі електроліти. При додаванні в електроліт спеціальних блескообразователей здійснюється так зване блискуче нікелювання. Електролітичні покриття володіють деякою пористістю, яка залежить від старанності підготовки поверхні основи і від товщини покриття. Для захисту від корозії необхідно повна відсутність часу, тому зазвичай проводять попереднє меднение або завдають багатошарове покриття, яке при рівній товщині надійніше одношарового (наприклад, сталеві вироби часто покривають за схемою Cu - Ni - Cr). Недоліки електролітичного нікелювання - нерівномірність осадження нікелю на рельєфній поверхні і неможливість покриття вузьких і глибоких отворів, порожнин і т.п. Хімічне нікелювання дещо дорожче електролітичного, але забезпечує можливість нанесення рівномірного по товщині і якості покриття на будь-яких ділянках рельєфній поверхні за умови доступу до них розчину. В основі процесу лежить реакція відновлення іонів нікелю з його солей за допомогою гіпофосфіти натрію (або ін відновників) у водних розчинах.
Нікелювання використовується, наприклад, для покриття деталей хімічної апаратури, автомобілів, велосипедів, медичного інструменту, приладів, предметів домашнього ужитку, вимірювального інструмента, кліше, стереотипів, а також деталей, що експлуатуються з невеликими навантаженнями в умовах сухого тертя, і т.д. Нікелеві покриття з плином часу дещо втрачають свій первинний блиск. Тому часто шар нікелю покривають більш стійким шаром хрому.
Нікелеве покриття є катодним по відношенню до сталі, алюмінієвих та цинкових сплавів. Покриття застосовується для захисної, захисно-декоративної обробки деталей, підвищення поверхневої твердості, зносостійкості і електропровідності.
2. Огляд методів вимірювання товщини гальванічного покриття
Існують два види методів контролю товщини покриттів ПП: хімічні методи і фізичні методи.
До хімічних методів належать:
Крапельний метод полягає в розчиненні покриття на заданому ділянці послідовно наносяться краплями розчинника до оголення підшару. Точність визначення товщини крапельним методом становить
Випробування проводять таким чином.
Після ретельної механічної та хімічної очистки поверхні контрольованого елементу за допомогою крапельниці наносять на перевіряється ділянку плати одну краплю відповідного розчину і витримують її на поверхні протягом однієї хвилини.
Після закінчення цього часу краплю видаляють фільтрувальним папером, насухо витирають і на те ж місце наносять наступну краплю свіжого розчину. Нанесення крапель продовжують до оголення підшару, що встановлюється за зміни забарвлення в місці нанесення крапель.
Розрахунок товщини покриття проводиться за наступною формулою:
де Q-товщина покриття на даній ділянці, мкм; n-кількість крапель розчинника, витраченого при випробуваннях;
Склади розчинів, що застосовуються при крапельному методі, і значення коефіцієнта
Таблиця 1. Склади розчинів, що застосовуються для визначення товщини покриття крапельним методом.
| Покриття | Підшар | Розчин | Концентрація розчину, г / л | Коефіцієнт |
| Мідь | - | Срібло азотнокисле; йод металевий | 44 100 | 1,0 ... 1,2 0,5 |
| Срібло | Мідь | Калій йодистий | 200 | 0,5 |
| Нікель | Мідь | Залізо хлорне; мідь сірчанокисла | 300 100 | 0,7 0,7 |
Варіант по тривалості дії розчину здійснюється методом прямого спостереження або електроструйним нуль-методом. Похибка даного методу
Сутність струминного методу полягає у визначенні часу розчинення покриття під дією струменя розчину, що випливає з бюретки з певною швидкістю і падаючого на контрольовану поверхню під кутом
де Q-товщина покриття, мкм; q-товщина покриття, розчиняється за 1 с, мкм / с;
Швидкості розчинення деяких видів покриттів залежно від температури реактиву представлені в таблиці 2.Точность даного методу
Для визначення товщини покриття олово-свинець (сплаву типу ПОС), обложеного гальванічним шляхом, застосовується метод струменевого електрохімічного розчинення. Для проведення вимірювання випробувальний елемент заготівлі ПП ізолюють липкою стрічкою хлорвініловою, залишивши в точці випробування отвір діаметром 1,5 ... 2,0 мм для дії струменя. Застосовуваний реактив складається з борфтористоводородной кислоти концентрації 142 г / л. До крапельниці через платинову зволікання і до випробувального елементу підключають через амперметр джерело постійного струму. Випробувальний елемент виконує роль анода. Відкриваючи кран крапельниці, включають секундомір і відраховують час, необхідний для розчинення шару покриття. Струм в момент випробування підтримується рівним 10мА. Кінець розчинення визначається візуально щодо зміни кольору плями металу, розрахунок товщини покриття роблять за формулою:
де Q-товщина покриття олово-свинець, мкм; 0,11 - товщина шару олово-свинець, розчиняється за 1 з при струмі 10 мА, мкм / с;
Таблиця 2. Товщина покриття q, растворяемого за 1 с
| Температура розчину, C | мідне | Покриття нікелеве | срібне |
| 15 | 0,641 | 0,333 | 0,340 |
| 18 | 0,749 | 0,467 | 0,380 |
| 20 | 0,926 | 0,521 | 0,403 |
| 22 | 1,042 | 0,575 | 0,420 |
| 25 | 1,220 | 0,671 | 0,450 |
Кулонометрический метод заснований на законі Фарадея, згідно з яким кількість прореагировавшего речовини прямо пропорційно кількості електрики, що пройшов через електрохімічну систему. Метод полягає в тому, що вимірюють кількість електрики або час проходження неизменяющиеся струму. Досліджуваний процес повинен протікати зі 100%-ним виходом по струму. При контролі товщини покриття в якості анода використовують невелику ділянку поверхні металу відомої площі, а всю іншу поверхню виробу закривають захисним шаром або використовують спеціальну притискну клітинку з еластичним наконечником, що створює необхідну герметичність зони контролю і можливість інтенсивного обміну електроліту біля поверхні анода періодичною зміною тиску на клітинку .
Гальванопокриття розчиняють при такому анодному потенціалі, при якому не може розчинятися підкладка, тоді різке збільшення цього потенціалу вказує на закінчення реакції. У загальному випадку, реєструючи зміни анодного потенціалу, можна проходити всі верстви багатошарового покриття, вимірюючи їх товщину. Якщо струм в електрохімічній комірці підтримується постійним, товщина покриття Q обчислюється за формулою:
де t-час розчинення покриття;
Склад електролітів для кулонометрического методу контролю підбирається так, щоб запобігти бестоковую розчинення покриття.
Кулонометрический метод контролю товщини покриттів добре поєднується з електрохімічними методами кількісного аналізу, зокрема з хроноамперометріей і полярографией, для визначення складу покриття.
3. Розробка структурної схеми установки
При вимірюванні товщини нікелевого гальванічного покриття користуємося кулонометріческім методом.
Цим методом можна вимірювати як одношарові, так і багатошарові покриття, на металевих і неметалевих деталях (від 0,1 до 100 мкм). Метод дозволяє визначити товщину покриття з точністю
Установка (рисунок 1) складається з гальванічної комірки 1, стабілізованого джерела постійного струму 2, міліамперметра 3, вмикача 4 і реверсують перемикача 5 в електричному ланцюзі гальваноячейкі. Тривалість процесу анодного розчинення фіксують за допомогою лічильника.
Гальванічна осередок є металева посудина місткістю не менше
Електроліти для кулонометрического методу повинні забезпечувати анодне розчинення металопокриття з 100%-ним виходом по струму в широкому діапазоні анодних щільностей; чіткий стрибок анодного потенціалу не менше 150 мВ в момент перфорації покриття та оголення основного матеріалу (підкладки); стабільність свідчень при проходженні великої кількості електрики .
Електрораствореніе контрольованого покриття товщиною> 5 мкм відбувається зі швидкістю 0,1 мкм / с.
Перед вимірюванням деталі знежирюють. На обраній ділянці деталі ставлять гальваноячейку і за допомогою спеціальної системи забезпечують постійний контакт з вимірюваною поверхнею. Потім у гальваноячейку заливають необхідну кількість електроліту і включають систему перемішування. У разі вимірювання товщини нікелевого покриття реверсують перемикач ставлять в положення «реверс» і проводять катодну обробку протягом 5-10 с. Потім ставлять реверсують перемикач в положення «робота» і синхронно включають лічильник часу і струм в ланцюзі осередки.
Еталонні зразки з нікелевими і мідними покриттями повинні відповідати наступним вимогам:
1) абсолютна товщина покриття повинна бути в межах 15 - 25 мкм;
2) середня товщина шару на поверхні всього еталона повинна бути відомою з точністю
3) розкид значень товщини покриття на поверхні еталона не повинен перевищувати
3.1 Розрахунок похибки установки і визначення вимог до компонентів установки
Товщина гальванічного покриття, що визначається кулонометріческім методом, обчислюється за формулою:
K = 0,73
V = 1
H = 160 мм-висота гальванічної комірки.
Щільність струму
Визначаємо час розчинення покриття:
S-площа покриття в
Q-задана товщина шару нікелю в см;
I-сила струму в А;
8,8 - уд. вага нікелю в
1,095 - кількість нікелю в м;
0,5 - фактичний вихід по току.
Розраховуємо товщину гальванічного покриття:
4. Вибір СІ і допоміжне обладнання
Вимірювач струму - комбінований прилад типу Ф4852.
Прилад призначений для вимірювання середнього квадратичного значення змінної напруги, струму та активної потужності в ланцюгах однофазного змінного струму, а також постійного струму та напруги постійного струму.
За стійкістю до впливу температури і вологості навколишнього повітря прилад відповідає ГОСТ 12997-76 (група 3а).
За стійкістю до механічних впливів і по захищеності від впливу навколишнього середовища прилад відноситься до категорії звичайних (ГОСТ 12997 - 76).
Змінний струм в діапазоні від 5 до 10 А вимірюється за допомогою вимірювального трансформатора типу І54М. Максимальне значення вимірюваного змінної напруги 500 В. При вимірюванні потужності максимальне значення напруги 300 В.
Основні технічні характеристики комбінованого приладу наведено в табл.2 і нижче.
Таблиця 2 - Основні характеристики комбінованого приладу Ф4852.
Час встановлення робочого режиму не більше 30 хв. Час роботи без калібрування не менше 8 год Час вимірювання не більше 2 с.
Вибір і перемикання діапазонів вимірювань ручний, при вимірюванні постійного і змінного напруги ручний і дистанційний з допомогою керуючих сигналів в двійково-десятковому коді.
Логічною «1» відповідає напруга від 2,4 до 5,25 В, логічному «0» - від Про до 0,4 В.
Режими роботи приладу: ручний, автоматичний внутрішній і зовнішній від керуючих сигналів з періодом не менше 2 з амплітудою від 2,4 до 5,25 В при тривалості не менше 5 мс.
Зовнішнє магнітне поле частотою 50 Гц напруженістю до 400 А / м і коливання напруги живлення в межах від 187 до 242 В не викликають додаткових похибок вимірювань.
Прилад забезпечує виведення інформації про числовому значенні вимірюваного параметра в двійково-десятковому коді. Параметри цих сигналів аналогічні параметрам сигналів управління.
Живлення приладу здійснюється від мережі змінного струму частотою (50 + 1) Гц напругою 220 В з відхиленням, що допускається від + 10 до -15%. Споживана потужність не перевищує 80 ВА.
Габаритні розміри приладу в стоєчном варіанті 520 х 160 х 396 мм, у настільному варіанті 490 х 170 х 396 мм; маса 17 кг.
Напрацювання на відмову не менше 3000 г. Середній термін служби не менше 6 років.
Межа додаткової похибки вимірювань не перевищує 0,5 δ при відхиленні температури навколишнього повітря від (20 ± 2) єС до будь-якої температури в межах робочих температур на кожні 10 К відхилення температури і при відхиленні напруги живлення від 220 В ± 2% до 220 В ± 10%.
Джерело живлення постійного струму Б5-70.
Прилад призначений для видачі стабілізованих напруг і струмів різних рівнів до 30 В, працює в режимі стабілізації напруги і в режимі стабілізації струму, має цифрову індикацію рівня вихідної напруги та струму і можливість вимірювання зовнішнього постійної напруги до 100 В.
Похибка установки контролю товщини проводить малюнка ПП з урахуванням метрологічних характеристик обраних СІ:
5. Розрахунок контрольних допусків, які забезпечують за даної похибки установки контролю нульовий ризик споживача
Для зменшення ймовірності помилки другого роду Р БГ (ризику споживача) необхідно жорсткість допуску, що призводить до збільшення ймовірності помилки першого роду Р ГБ (збільшення частки браку), але бракування відбувається відносно нових кордонів допуску:
Розрахунок умовних ймовірностей помилок першого роду.
Розрахунок за результатами контролю проводиться за допомогою графічного інтегрування умовних щільностей ймовірності придатних і бракованих виробів. Щільність ймовірності, функція розподілу похибки установки і щільності ймовірності, придатних і бракованих виробів, побудовані за даними табл.4, мають вигляд, показаний на рис.3
Таблиця 4.
Імовірність помилки першого роду (частка фактично придатних виробів, які за результатами контролю визнані бракованими):
де
де
де
Висновок
У першій частині виконано огляд методів вимірювання товщини гальванічного покриття. Далі відповідно до обраного методу розроблена структурна схема установки, обрані за довідниками і каталогів СІ і допоміжне устаткування, яке задовольняє вимогам. Розрахована похибка установки контролю з урахуванням метрологічних характеристик вибраного устаткування. Розроблено схему електричного підключення.
На закінчення розрахована умовна ймовірність помилки першого роду:
Список літератури
1. Шликов Г.П. Метрологічне забезпечення і контроль якості. Рішення задач: навчальний посібник. - Львів: Вид-во ПГУ, 2003.
2. Вимірювання в промисловості: Довідник. У 3-х кн. Пер з нім. / Под ред. П. профос - М.: металургія, 1990.
3. Довідник з електровимірювань приладів. / За ред. К.К. Ілюніна .- М.: Вища школа, 1983.
4.Вячеславов П.М., Шмельова Н.М. Контроль електролітів і покритій.-2-е вид .- К.: Вища, 1985р. (Вип. 11).
5. Вансовская К.М. Гальванічні покриття: Навчальний посібник для технолог. училищ .- Л.: Машинобудування, Ленінгр. Відділення, 1984р.
6. Мельников П.С. Довідник з гальванопокриття в машинобудуванні .- М.: Машинобудування, 1979р.
7. ГОСТ 9.302-88 «Єдина система захисту від корозії і старіння. Покриття металеві і неметалеві неорганічні. Методи контролю ».
Додаток А
Завдання
1 Призначення
Установка призначена для контролю товщини нікелевого гальванічного покриття на латуні кулонометріческім методом за ГОСТ 9.302-88
2 Технічні вимоги
2.1 Номінальне значення товщини покриття, мкм 20
2.2 Середньоквадратичне відхилення товщини покриття, мкм 2,5
2.3 Допустиме значення товщини покриття, мкм 15
2.4 Наведена похибка установки,% не більше 5
2.5 Умови контролю відповідають групі 1 по ГОСТ 22261-94 і представлені в таблиці 1.
Таблиця 1 - Умови контролю 1 групи по ГОСТ 22261-94.
За стійкістю до впливу температури і вологості навколишнього повітря прилад відповідає ГОСТ 12997-76 (група 3а).
За стійкістю до механічних впливів і по захищеності від впливу навколишнього середовища прилад відноситься до категорії звичайних (ГОСТ 12997 - 76).
Змінний струм в діапазоні від 5 до 10 А вимірюється за допомогою вимірювального трансформатора типу І54М. Максимальне значення вимірюваного змінної напруги 500 В. При вимірюванні потужності максимальне значення напруги 300 В.
Основні технічні характеристики комбінованого приладу наведено в табл.2 і нижче.
Таблиця 2 - Основні характеристики комбінованого приладу Ф4852.
| Піддіапазон вимірювань, мА | Вхідний опір, Ом | Межа основної похибки δ,% | Час вимірювання, з |
| 100 | 0,2 | 0,2 |
Вибір і перемикання діапазонів вимірювань ручний, при вимірюванні постійного і змінного напруги ручний і дистанційний з допомогою керуючих сигналів в двійково-десятковому коді.
Логічною «1» відповідає напруга від 2,4 до 5,25 В, логічному «0» - від Про до 0,4 В.
Режими роботи приладу: ручний, автоматичний внутрішній і зовнішній від керуючих сигналів з періодом не менше 2 з амплітудою від 2,4 до 5,25 В при тривалості не менше 5 мс.
Зовнішнє магнітне поле частотою 50 Гц напруженістю до 400 А / м і коливання напруги живлення в межах від 187 до 242 В не викликають додаткових похибок вимірювань.
Прилад забезпечує виведення інформації про числовому значенні вимірюваного параметра в двійково-десятковому коді. Параметри цих сигналів аналогічні параметрам сигналів управління.
Живлення приладу здійснюється від мережі змінного струму частотою (50 + 1) Гц напругою 220 В з відхиленням, що допускається від + 10 до -15%. Споживана потужність не перевищує 80 ВА.
Габаритні розміри приладу в стоєчном варіанті 520 х 160 х 396 мм, у настільному варіанті 490 х 170 х 396 мм; маса 17 кг.
Напрацювання на відмову не менше 3000 г. Середній термін служби не менше 6 років.
Межа додаткової похибки вимірювань не перевищує 0,5 δ при відхиленні температури навколишнього повітря від (20 ± 2) єС до будь-якої температури в межах робочих температур на кожні 10 К відхилення температури і при відхиленні напруги живлення від 220 В ± 2% до 220 В ± 10%.
Джерело живлення постійного струму Б5-70.
Прилад призначений для видачі стабілізованих напруг і струмів різних рівнів до 30 В, працює в режимі стабілізації напруги і в режимі стабілізації струму, має цифрову індикацію рівня вихідної напруги та струму і можливість вимірювання зовнішнього постійної напруги до 100 В.
Похибка установки контролю товщини проводить малюнка ПП з урахуванням метрологічних характеристик обраних СІ:
5. Розрахунок контрольних допусків, які забезпечують за даної похибки установки контролю нульовий ризик споживача
Для зменшення ймовірності помилки другого роду Р БГ (ризику споживача) необхідно жорсткість допуску, що призводить до збільшення ймовірності помилки першого роду Р ГБ (збільшення частки браку), але бракування відбувається відносно нових кордонів допуску:
Розрахунок умовних ймовірностей помилок першого роду.
Розрахунок за результатами контролю проводиться за допомогою графічного інтегрування умовних щільностей ймовірності придатних і бракованих виробів. Щільність ймовірності, функція розподілу похибки установки і щільності ймовірності, придатних і бракованих виробів, побудовані за даними табл.4, мають вигляд, показаний на рис.3
Таблиця 4.
| Q | Q к - Δ | Q к - Δ / 2 | Q до | Q к + Δ / 2 | Q к + Δ |
| 18,24 10 -6 | 18,43 10 -6 | 18,62 10 -6 | 18,81 10 -6 | 19 10 -6 | |
| f (Q) | 0,039 | 0,035 | 0,032 | 0,028 | 0,025 |
| F (Q) | 0 | 0,25 | 0,5 | 0,75 | 1 |
| f ∙ F (Q) | 0 | 0,009 | 0,016 | 0,021 | 0,025 |
| 1-F (Q) | 1 | 0,75 | 0,5 | 0,25 | 0 |
| f ∙ (1-F (Q)) | 0,039 | 0,026 | 0,016 | 0,007 | 0 |
де
де
де
Висновок
У першій частині виконано огляд методів вимірювання товщини гальванічного покриття. Далі відповідно до обраного методу розроблена структурна схема установки, обрані за довідниками і каталогів СІ і допоміжне устаткування, яке задовольняє вимогам. Розрахована похибка установки контролю з урахуванням метрологічних характеристик вибраного устаткування. Розроблено схему електричного підключення.
На закінчення розрахована умовна ймовірність помилки першого роду:
Список літератури
1. Шликов Г.П. Метрологічне забезпечення і контроль якості. Рішення задач: навчальний посібник. - Львів: Вид-во ПГУ, 2003.
2. Вимірювання в промисловості: Довідник. У 3-х кн. Пер з нім. / Под ред. П. профос - М.: металургія, 1990.
3. Довідник з електровимірювань приладів. / За ред. К.К. Ілюніна .- М.: Вища школа, 1983.
4.Вячеславов П.М., Шмельова Н.М. Контроль електролітів і покритій.-2-е вид .- К.: Вища, 1985р. (Вип. 11).
5. Вансовская К.М. Гальванічні покриття: Навчальний посібник для технолог. училищ .- Л.: Машинобудування, Ленінгр. Відділення, 1984р.
6. Мельников П.С. Довідник з гальванопокриття в машинобудуванні .- М.: Машинобудування, 1979р.
7. ГОСТ 9.302-88 «Єдина система захисту від корозії і старіння. Покриття металеві і неметалеві неорганічні. Методи контролю ».
Додаток А
Завдання
1 Призначення
Установка призначена для контролю товщини нікелевого гальванічного покриття на латуні кулонометріческім методом за ГОСТ 9.302-88
2 Технічні вимоги
2.1 Номінальне значення товщини покриття, мкм 20
2.2 Середньоквадратичне відхилення товщини покриття, мкм 2,5
2.3 Допустиме значення товщини покриття, мкм 15
2.4 Наведена похибка установки,% не більше 5
2.5 Умови контролю відповідають групі 1 по ГОСТ 22261-94 і представлені в таблиці 1.
Таблиця 1 - Умови контролю 1 групи по ГОСТ 22261-94.
| Температура навколишнє повітря, єС | Відносна вологість повітря,% | Атмосферний тиск, кПа (мм.рт.ст.) | Атмосферний тиск для електро вимірювальних приладів, кПа (мм.рт.ст.) | Напруга харчування СІ від мережі змінного струму частотою 50 Гц, В |
| 10-35 | 80 при 25 єС | 84-106,7 (630-800) | 70-106,7 (537-800) | 220 ± 22 |