Способ измерения рассеивающей способности электролитов и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК G01N27/52 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАССЕИВАЮЩЕЙ

СПОСОБНОСТИ ЭЛЕКТРОЛИТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к измерениям, в частности измерениям рассеивающей способности электролитов по току при электрохимических процессах, .и может быть использовано для экспресс-анализа при электроосаждении металлов и сплавов Известен способ определения рассеивающей способности электролитов по току заключающийся в наложении потенциала на электроды, измерении тока -и последую щей графической обработке результатов 1 Однако известный способ не позволяет определять рассеивающую способность электролита в любой момент времени. Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения рассеивающей способности электролита путем электрохимического .осаждения металлов и сплавов, включающий измерение поляризованных характеристик электрода f2 . Недостатком указанного способа является то, что невозможно непосредственно измерение рассеивающей способности через сколь угодно малые промежутки вре- мени от начала электроосаждения металлов, особенно при испольозвании периодического тока. Это объясняется тем, что по известному способу электроды сборного катода, находятся под разными поч-ен- циалами. В связи с этим необходимо определенное время, для того чтобы установить на электродах электрохимический потенциал, соответствующий протекающему процессу электролитического осаждения металла или сплава. Между тем определе ние рассеивающей способности электролита с самого начала процесса имеет большое значение, так как первоначальное распределение тока оказывает определяющее значение на формирование граничного слоя осаждаемого металла с подложкой, его адгезии, на структурные характеристики получаемого покрытия. Известно устройство для определения рассеивающей способности электролита, содержащее электролитическую ванну с расположенными в ней электродами tl. Указанное устройство являе1х;я громоз ким и обладает невысокой точн1х;тью. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения рассеивающей способности электролита, содержащее электролитическую ячейку со сборным электродом, соединенным с источником тока Г2 . Однако известное устройство не позво ляет проводить измерения через сколько угодно малые промежутки времени. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей способа и обес печение возможности измерения рассеивающей способности электролита в любой момент времени. Поставленная цель аост-цгается тем, что согласно способу измерения рассеивающей способности электролитов по ток при электрохимическом осаждении метал- лов и сплавов, включающему измерение поляризационных характеристик сборного электрода, на поверхности каждого эдомента сборного электрода задают и под- держивают одинаковые значения потенциа па и измеряют отношение токов на каждом из них, В устройство для измерения рассеива щей способности электролита, содержаще электролитич:ескую ячейку со сборным электродом, соединенным с источником тока,, дополнительно введены первый и второй логарифматоры, первый и второй дифференциальные усилители, первый и второй усилители мощности, источник еди ничного тока, масштабирующий усилитель и аналоговый арифметический блок, причем выход первого логарифматора заземлен, неинвертирующий вход первого дифф ренциального усилителя соединен с первы выходом источника единичного тока, который соединен с входом первого лога рифматора, соединенным, в свою очередь с одним из элементов сборного электрод потенциал которого принят за эталонный а неинвертирующий вход второго диффере циального усилителя также соединен с вх дом первого логарифматора, инвертирующие входы обоих дифференциальных усилителей с замкнутыми. цепями обратной связи соединены через усилители мощнос ти с остальными элементами сборного электрода, второй выход источника единичного тока соединен с входом второго логарифматора, выходы первого дифферен шального усилителя и второго логарифм тора соединены через масштабирующий усилитель с аналоговым арифметическим блоком, выход которого является выходом устройства. На чертеже изображена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит регулируемый стабилизированный источник 1 постоянного тока, соединенный с анодом 3 электрохимической ячейки 2, содержащей катод4, состоящий из нескольких электродов, соединенных с дифференциальными усилите шми 6 и 9 в комплексе с усилителями 10 и 11 мощности, охвачены отрицательной связью по напряжению. Дифференциальные усилители 6 и 9 подключены к логарифматорам 7 и 8, одновременно соединенным с источником 5 единичного тока, служащим для идеализации передаточной функции блоков логарифматоров 7 и 8. Блоки логарифматоров 7 и 8 соединены с масштабирующим усилителем 12, коэффициент передачи которого регулируется потенциометром 13 и который подключен к аналоговому арифметическому блоку 14, соединенному с выходным разъемом 15. Измерение рассеивающей способности электролита осуществляется следующим образом. От регулируемого источника 1 тока ток 0,5 А поступает в электрохимическую ячейку 2 (состав электролита приведен в табл. 2) на анод 3. Ток перераспределяется согласно скоростям электрохимических процессов, протекающих на каждом электроде сборного катода 4, находящихся под одним значением потенциала 0,12В, задаваемым дифференциальными усилителями 6 и 9 в комплексе с усилителями Ю и 11. Токи на каждом электроде катода 4 являются функщтей электрохимического процесса восстановления, определяемого характеристикой рассеивающей способности в данной точке пространства электролитической ячейки. С целью идеализации передаточной функции во входную цепь логарифматоров 7 и 8 от источника 5 тока задается обратный ток. Токи с электродов катода 4 проходят через логарифматоры 7 и 8, где происходит измерение отношения токов, которое на выходе логарифматора создает падение напряжения, пропорциональное логарифмам токов (или отношений) на осаждаемом электроде сборного катода. С выходов логарн})маторов 7 и 8 разностный сигнал напряжения поступает в масштабирующий ус1титель 12, коэф(|)ициент передачи которого регулируется потеншюметром 13, из которого усиленный сигнал входит в аналоговый арифметический блок 14, выпол59723856

няющий функцию антилогарифмирования.Входное сопротивление 3 10 Ом. На

т. е. операциюэлементах сборного катода 4 погрешность

о J -Iподдерживания потеноиала 4О,2 мВ. :jr1(7- 27 /JX табл. 1 приведены данные рассеиваю(по току)ния Pd , Ni и сплава Рв-Ыл ; при исполъ

где 3 - ток на ближнемэлектроде като-зованин прототипа (щелевая ячейка Мода 4;лера).,

Эд - ток на дальнем электроде като-Параметры и результаты примеров

да 4.toосуществления способа измерения расНа выходном разъеме 15 наводитсясеивакнцей способности электролитов по

напряжение, прямо пропорциональное рас-току приведены в табл. 2(состав электсеивающей способности электролита.ролита для осаждения палладия, никеля и

Электрические параметры устройства:сплава паллвдн1 Ш1кель. рН и температуток ячейки 1О мА - 2 А; относительная ра процесса одинаковы как в опытах по

погрешность измерения 1%, Диапазон из- Iизобретению, так и в опытах по прототимерения рассеивающей способности6-10О%,пу; щелевая ячейка).

.,шей способности электролитов для осаждеТаблица 1

Для осаждения

сплава1,5 Рб1(в видеРсЗСв) 0,5 28 28 28 28 10 Сульфат ам1,0 29 ЗО ЗО 30,5 мония 100 Хлорид ам1,5 22 27 ЗО 32 мония 5О рН 8,3-8,5 t 2,0 31 30 28 28 2 Mi(B ввдеЫ1 СЕ-6Н,0) 300,5 29 Сульфат аммония JOO.1,0 25 Хлорид аммония 5О1,5 22 рН 8,3-8,5 I 20°С: 2,0 2221,5 22,5

30,5

2930,5 31

Таблица 2 28 28 26 26 22,5 22,5 29,5 33 35 36 24 30 30 29 27 26 32 31 ЗО 26 25 26 26 25 23 23 31 32,5 33,5 33 3332 6,5 26 26 25,5 25 24 2,5 22 22 22 21 20 22 , 22 22 21,5 20 19

7

972385 3 Pd(B видеРасе) 100,5 3134 36 f4UBBweNiCe,j,(H,,0; ЗО1,0 3234 34,5 Положительный эффект предлагаемого способа и устройства заключается в том, что возможно определение рассеивающей способности электролита по току в любой момент времени процесса по сравнению с прототипом (табл. 1 и 2). Из данных таблиц видно, что по предлагаемому изоб ретению возможно измерение рассеивающей способности электролита по току с самого начала процесса, что невозможно по прототипу. Определение рассеивающей. способности электролита с самого начала процесса является важным фактором, так как это позволяет точно определить кроющую способность электролита 1 в начальный период процесса, от которой зависит качество покрытий, а именно: однородность по тол щине и физико-механические свойства электролитических покрытий. Так как именно в начальной стадии процесса осуществляется формирование граничащего слоя осаждаемого металла с подложкой, т. е. адгезия покрытия к подложке, и его структурные характеристики, то возможность определения рассеивающей способности электролита в начальной стадии процесса электроосаждения позволяет регулировать процесс с целью получения покрытий с необходимым физико-механическими свойствами. Форму л а изобретения 1. Сп.особ измерения рассеивающей способности электролитов по току при .электрохимическом осаждении металлов и сплавов, включающий измерение поляри8 Продолжение табл. 2 36 36 3533 32 32 35 35 34,5 34 34 32 зационных характеристик сборного электрода, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей способа в любой момент времени, на поверхности каждого элемента сборного электрода задают и поддерживают одинаковые значения потенциала и измеряют отнощение токов на каждом из них. 2. Устройство для измерения рассеивающей способности электролитов, содержащее электролитическую ячейку со сборным -электродом, соединенным с источником тока ячейки, отличающеес я тем, что, с целью обеспечения возможности измерения рассеивающей способности электролита в любой момент времени, в него дополнительно введены первый и второй логарифматоры, первый и второй дифференхшальные усилители, первый и второй усилители мощности, источник единичного тока, масштабирующий усилитель и аналоговый арифметическийблок, причем выход первого логарифматора заземлен, J неинвертирующий вход первого дифференциального усилителя соединен с первым выходом источника единичного тока, который соединен с входом первого логарифм а тора, соединенным , в свою очередь с одним ип элементов сборного электрода, потенциаот которого при- Iiят за эталонный, а неинвертирующий вход второго дифференциального усилителя также соединен с входом первого логари4 матора, инвертирующие входы обоих диф- ференпиальных усилителей с замкнутыми цепями обратной связи соединены через усилители мощности с другими элементами сборного электрода, второй выход источника единичного тока соединен с входом второго погарифматор)а, выходы первого дифференциального усилителя и второго логарифматора соединены через масштабирующий усилитель с аналоговым ари( i метическим блоком, выход которюго является выходом устройства.

Источники информации, при 1ятые во внимание при экспертизе

//

ч-