[发明专利]一种基于有限元仿真获得结晶器铜板均匀镀层的方法

说明书

本发明提供的基于有限元仿真获得结晶器铜板均匀镀层的方法，涉及异型坯结晶器电镀技术领域，利用有限元分析软件对结晶器铜板电镀时不设置遮蔽板和设置遮蔽板两种工况下结晶器铜板表面的电势分布的情况进行模拟，分析结晶器铜板镀层均匀性差的原因；并分析了电镀过程中在结晶器铜板和阳极之间设置遮蔽板有利于改善结晶器铜板表面电势分布的原理，分析获得遮蔽板有利于结晶器铜板镀层均匀性的最佳遮蔽位置，分析模拟结果与实际生产有效结合，在结晶器铜板电镀的实际应用中取得了较好的使用效果。

技术领域

本发明涉及异型坯结晶器电镀技术领域，具体涉及一种基于有限元仿真获得结晶器铜板均匀镀层的方法。

背景技术

异型坯结晶器是连铸生产的关键部件，随着连铸技术的发展，对结晶器铜板的要求也就越来越高，在结晶器铜板表面附着一层耐磨镀层是提高结晶器铜板使用寿命的必要手段。

现有技术中，异型坯结晶器铜板的工作面是一种比较典型的不规则表面，如附图1所示，在电镀过程中凸面会沉积较多的镀层，使得凹面处的沉积十分困难，镀层稀薄。实际生产过程中，由于尖端部位易聚集电子的原因，在初始电镀时就造成了凸面边界部位和凹面部位沉积速度差距过大，这种速差随着电镀过程的持续会越来越大。业内普遍采用增加辅助阳极的方法，单独针对凹面部位进行电镀，这种方法耗费时间比较长，效果也不十分理想。

结晶器铜板镀层不均匀主要表现为凹面和凸面镀层厚度差距过大，一般情况下通过添加辅助阳极确实可以在一定程度上缓解凹面镀不上的情况，但是这也会加剧凸面电势的升高；由于凸面电镀速率远远高于凹面，在这两个部位会形成比较大的浓度梯度，导致凸面会源源不断的抢夺凹面周围的金属离子，因此抑制凸面的电镀速率才是解决问题的关键。现有技术已公开了通过引入遮蔽板实现在电镀过程中稀释电力线、抑制过多电流的作用，使得电镀产品的电镀品质合乎电镀公差范围的要求，例如专利CN201220154415.0公开的浮动式阴极遮板，通过以侧板，以及配合由侧板延伸，具有长孔的两斜板，构成浮动式阴极遮板，使电路板在电镀时，达到限制过多电流的作用，提升电路板的电镀品质；又如专利CN200920211843.0公开的带有遮蔽装置的电镀槽，通过在电镀槽中增设遮蔽装置，利用遮蔽槽的槽壁上开设的通孔或通槽来调节电镀液中的电力线密度，提高PCB板表面镀层厚度的均匀性。

但是现有技术中缺乏将遮蔽板应用于异型坯结晶器电镀，提升电镀品质的方案，并且也没有技术人员对遮蔽板应用于异型坯结晶器电镀的过程进行理论分析进而进行遮蔽板结构设计，没有通过仿真的方式获得过遮蔽板应用时有利于获得异型坯结晶器均匀镀层的最佳遮蔽位置。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于有限元仿真获得结晶器铜板均匀镀层的方法，验证了遮蔽板对于结晶器铜板镀层的均匀性的作用，并且通过仿真对电镀过程的预测，获取遮蔽板应用于实际生产时有利于结晶器镀层均匀的最佳遮蔽位置。

为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：一种基于有限元仿真获得结晶器铜板均匀镀层的方法，包括如下步骤：

1)根据实物测绘，分别建立有遮蔽板结晶器铜板电镀数学模型和无遮蔽板结晶器铜板电镀数学模型；所述有遮蔽板结晶器铜板电镀数学模型包括结晶器铜板、电镀槽、电镀液相、阳极和遮蔽板，所述无遮蔽板结晶器铜板电镀数学模型包括结晶器铜板、电镀槽、电镀液相和阳极；

2)将建立的有遮蔽板结晶器铜板电镀数学模型和无遮蔽板结晶器铜板电镀数学模型分别导入comsol软件进行简化预处理，选定各模型的研究对象，并在研究对象周圈构建电镀液相；

3)预处理后的有遮蔽板结晶器铜板电镀数学模型、无遮蔽板结晶器铜板电镀数学模型均依次进行流场模拟、浓度场模拟和电场模拟，其中，流场模拟的结果作为载体进行浓度场模拟，浓度场模拟的结果作为电场模拟的初始值，电场模拟的结果为在设定电压下结晶器铜板表面的电势分布；

4)比较分析有遮蔽板结晶器铜板电镀数学模型电场模拟下结晶器铜板表面的电势分布和无遮蔽板结晶器铜板电镀数学模型电场模拟下结晶器铜板表面的电势分布；