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    脈沖電鍍電源的基本工作原理

    2022-01-18 14:17:13

    脈沖電鍍是通過槽外控制方法改善鍍層質量的一種強有力的手段,相比于普通的直流電鍍鍍層,其具有更優異的性能(如耐蝕、耐磨、純度高、導電、焊接及抗變色性能好等),且可大幅節約稀貴金屬,因此,在功能性電鍍中得到較好的應用。目前脈沖電鍍中所使用的多為方波脈沖。

    脈沖電鍍電源能產生方波脈沖電流,它在用于電鍍時并不能得到理想的正方波,而是一種近似于梯形的波形,這會影響脈沖電鍍瞬時高電位有利作用的充分發揮。脈沖頻率對鍍層結晶也會產生較大影響,頻率過低,效果不明顯;頻率過高,波形畸變程度大,甚至脈沖電流會變成直流電流。脈沖電鍍電源的正確使用(如設備安裝、設備選型、參數選擇等)對脈沖波形、設備可靠性、脈沖電鍍優越性的正常發揮等均產生重要影響。

    一、 換向脈沖電鍍電源的基本原理

    脈沖電鍍過程中,當電流導通時,電化學極化增大,陰極區附近金屬離子充分被沉積,鍍層結晶細致、光亮;當電流關斷時,陰極區附近放電離子又恢復到初始濃度,濃差極化消除。

    換向脈沖電鍍習慣稱雙(即雙向)脈沖電鍍,它是在輸出一組正向脈沖電流之后引入一組反向脈沖電流,正向脈沖持續時間長反向脈沖持續時間短,大幅度、短時間的反向脈沖所引起的高度不均勻陽極電流分布會使鍍層凸處被強烈溶解而整平。典型的周期換向脈沖波形如下圖所示。


    二、雙脈沖電鍍電源的優越性

    1、反向脈沖電流改善了鍍層的厚度分布,鍍層厚度均勻,整平性好。

    2、反向脈沖的陽極溶解使陰極表面金屬離子濃度迅速回升,這有利于隨后的陰極周期使用高的脈沖電流密度,而高的脈沖電流密度又使得晶核的形成速度大于晶體的生長速度,因而鍍層致密、光亮,孔隙率低。

    3、反向脈沖的陽極剝離使鍍層中有機雜質(含光亮劑)的夾附大大減少,因而鍍層純度高,抗變色能力強,這一點在氰化鍍銀中尤為突出。

    4、反向脈沖電流使鍍層中夾雜的氫發生氧化,從而可消除氫脆(如電沉積鈀時反向脈沖可除去共沉積的氫)或減小內應力。

    5、周期性的反向脈沖電流使鍍件表面一直處于活化狀態,因而可得到結合力好的鍍層。

    6、反向脈沖有利于減薄擴散層的實際厚度,提高陰極電流效率,因而合適的脈沖參數會使鍍層沉積速度進一步加快。

    7、在不允許或少量允許有添加劑的電鍍體系中,雙脈沖電鍍可得到細致、平整、光潔度好的鍍層。

    因而,鍍層的耐溫、耐磨、焊接、韌性、防腐、導電率、抗變色、光潔度等性能指標成倍提高,并可大幅度節約稀貴金屬(約20%—50%),節約添加劑(如光亮氰化鍍銀約50%—80%)。

    三、周期換向脈沖電流波形

    1、 有關斷時間的單個脈沖換向。

    即一個有關斷時間的正向脈沖之后緊接著一個有關斷時間的反向脈沖,這種波形兼有脈沖和換向的優點,缺點是脈沖換向功能不完善。其波形如下圖所示。


    2、無關斷時間的單個脈沖換向電源。

    即一個無關斷時間的正向脈沖之后緊接著一個無關斷時間的反向脈沖,這種波形改善鍍層厚度分布的效果較明顯,但改善鍍層結晶的效果尚不理想,一般不宜用于貴金屬電鍍。其波形如下圖所示。


    3、脈動脈沖換向

    即一組正向脈沖之后緊接著一組反向脈沖(注:正、反向脈沖均為群波而非單個波形),這種波形為典型的周期換向脈沖波形,同時具有改善鍍層厚度分布和改善鍍層結晶狀況的雙重效果,在功能性電鍍中應用最廣泛。其波形如下圖所示。



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