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    脉冲电镀电源的基本工作原理

    2022-01-18 14:17:13

    脉冲电镀是通过槽外控制方法改善镀层质量的一种强有力的手段,相比于普通的直流电镀镀层,其具有更优异的性能(如耐蚀、耐磨、纯度高、导电、焊接及抗变色性能好等),且可大幅节约稀贵金属,因此,在功能性电镀中得到较好的应用。目前脉冲电镀中所使用的多为方波脉冲。

    脉冲电镀电源能产生方波脉冲电流,它在用于电镀时并不能得到理想的正方波,而是一种近似于梯形的波形,这会影响脉冲电镀瞬时高电位有利作用的充分发挥。脉冲频率对镀层结晶也会产生较大影响,频率过低,效果不明显;频率过高,波形畸变程度大,甚至脉冲电流会变成直流电流。脉冲电镀电源的正确使用(如设备安装、设备选型、参数选择等)对脉冲波形、设备可靠性、脉冲电镀优越性的正常发挥等均产生重要影响。

    一、 换向脉冲电镀电源的基本原理

    脉冲电镀过程中,当电流导通时,电化学极化增大,阴极区附近金属离子充分被沉积,镀层结晶细致、光亮;当电流关断时,阴极区附近放电离子又恢复到初始浓度,浓差极化消除。

    换向脉冲电镀习惯称双(即双向)脉冲电镀,它是在输出一组正向脉冲电流之后引入一组反向脉冲电流,正向脉冲持续时间长反向脉冲持续时间短,大幅度、短时间的反向脉冲所引起的高度不均匀阳极电流分布会使镀层凸处被强烈溶解而整平。典型的周期换向脉冲波形如下图所示。


    二、双脉冲电镀电源的优越性

    1、反向脉冲电流改善了镀层的厚度分布,镀层厚度均匀,整平性好。

    2、反向脉冲的阳极溶解使阴极表面金属离子浓度迅速回升,这有利于随后的阴极周期使用高的脉冲电流密度,而高的脉冲电流密度又使得晶核的形成速度大于晶体的生长速度,因而镀层致密、光亮,孔隙率低。

    3、反向脉冲的阳极剥离使镀层中有机杂质(含光亮剂)的夹附大大减少,因而镀层纯度高,抗变色能力强,这一点在氰化镀银中尤为突出。

    4、反向脉冲电流使镀层中夹杂的氢发生氧化,从而可消除氢脆(如电沉积钯时反向脉冲可除去共沉积的氢)或减小内应力。

    5、周期性的反向脉冲电流使镀件表面一直处于活化状态,因而可得到结合力好的镀层。

    6、反向脉冲有利于减薄扩散层的实际厚度,提高阴极电流效率,因而合适的脉冲参数会使镀层沉积速度进一步加快。

    7、在不允许或少量允许有添加剂的电镀体系中,双脉冲电镀可得到细致、平整、光洁度好的镀层。

    因而,镀层的耐温、耐磨、焊接、韧性、防腐、导电率、抗变色、光洁度等性能指标成倍提高,并可大幅度节约稀贵金属(约20%—50%),节约添加剂(如光亮氰化镀银约50%—80%)。

    三、周期换向脉冲电流波形

    1、 有关断时间的单个脉冲换向。

    即一个有关断时间的正向脉冲之后紧接着一个有关断时间的反向脉冲,这种波形兼有脉冲和换向的优点,缺点是脉冲换向功能不完善。其波形如下图所示。


    2、无关断时间的单个脉冲换向电源

    即一个无关断时间的正向脉冲之后紧接着一个无关断时间的反向脉冲,这种波形改善镀层厚度分布的效果较明显,但改善镀层结晶的效果尚不理想,一般不宜用于贵金属电镀。其波形如下图所示。


    3、脉动脉冲换向

    即一组正向脉冲之后紧接着一组反向脉冲(注:正、反向脉冲均为群波而非单个波形),这种波形为典型的周期换向脉冲波形,同时具有改善镀层厚度分布和改善镀层结晶状况的双重效果,在功能性电镀中应用最广泛。其波形如下图所示。



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