解密電鍍電源的發(fā)展與新技術(shù)的研發(fā)

　　一、引言

　　電鍍是采用電化學(xué)方法使金屬離子還原為金屬，并在金屬或非金屬制品表面形成符合要求的平滑、致密的金屬覆蓋層。電鍍后的鍍層性能在很大程度上取代了原來基體的性質(zhì)，起裝飾和防護(hù)作用。隨著裝飾業(yè)的發(fā)展及膜保護(hù)需求量的增加，人們對電鍍質(zhì)量的要求越來越高。但目前電鍍技術(shù)仍存在某些缺陷，諸如加工時(shí)間長、鍍層厚度均勻性差、鍍層容易出現(xiàn)缺陷以及存在較大內(nèi)應(yīng)力等。這些缺陷限制了電鍍技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，不能適應(yīng)當(dāng)前的生產(chǎn)，尤其是精密制造的需要。電鍍生產(chǎn)采用何種電源對鍍層質(zhì)量的影響很大。脈沖電鍍是一項(xiàng)新的電鍍技術(shù)，本文就電鍍電源中脈沖電源技術(shù)作簡單介紹。

　　二、電鍍電源的發(fā)展

　　2.1電鍍的基本原理

　　電鍍電源是用來在電鍍中產(chǎn)生電流的裝置，電流通過鍍槽是電鍍的必要條件，鍍件上的金屬鍍層在電流流過電鍍槽時(shí)。引起電化學(xué)反應(yīng)而形成。電鍍過程

　　從電鍍的基本原理可以看出。改進(jìn)鍍層質(zhì)量可以從兩個(gè)方面人手：①調(diào)整電鍍?nèi)芤?；②改進(jìn)電鍍電源?，F(xiàn)實(shí)中。廣泛采用了改進(jìn)電鍍電源的方法。關(guān)于這點(diǎn)，可以從電鍍電源的發(fā)展演變過程中看出。

　　2.2電鍍電源的發(fā)展階段

　　電鍍電源經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段：

　?。?）直流發(fā)電機(jī)階段這種電源耗能大、效率低、噪聲大。已經(jīng)被淘汰。

　?。?）硅整流階段是直流發(fā)電機(jī)的換代產(chǎn)品，技術(shù)十分成熟，但效率低，體積大，控制不方便。目前，仍有許多企業(yè)使用這種電鍍電源。

　?。?）可控硅整流階段是目前替代硅整流電源的主流電源，具有效率高、體積小、調(diào)控方便等特點(diǎn)。隨著核心器件——可控硅技術(shù)的成熟與發(fā)展。該電源技術(shù)日趨成熟，已獲得廣泛應(yīng)用。

　?。?）晶體管開關(guān)電源即脈沖電源階段脈沖電鍍電源是當(dāng)今最為先進(jìn)的電鍍電源，它的出現(xiàn)是電鍍電源的一次革命。這種電源具有體積小、效率高、性能優(yōu)越、紋波系數(shù)穩(wěn)定。而且不易受輸出電流影響等特點(diǎn)。脈沖電鍍電源是發(fā)展的方向，現(xiàn)已開始在企業(yè)中使用罔。

　　三、脈沖電鍍及脈沖電源的研究與分析

　　3.1脈沖電鍍

　　脈沖電鍍是一項(xiàng)新的電鍍技術(shù)。它的特點(diǎn)是由脈沖電流對電極過程動力學(xué)的特效影響所決定的，其中最主要的是對傳質(zhì)過程中的影響。在直流電鍍時(shí)，鍍液中被鍍出的金屬離子在陰極表面附近溶液中逐漸被消耗。造成了該處被鍍金屬離子與溶液中該離子的濃度出現(xiàn)差別。這種差別隨著使用的電流密度增高而加大。當(dāng)陰極附近液層中的該離子的濃度降到0時(shí)，就達(dá)到了所謂的極限電流密度，傳質(zhì)過程完全受擴(kuò)散控制。

　　在脈沖電鍍時(shí)，由于有關(guān)斷時(shí)間的存在，被消耗的金屬離子利用這段時(shí)間擴(kuò)散、補(bǔ)充到陰極附近，當(dāng)下一個(gè)導(dǎo)通時(shí)間到來時(shí)，陰極附近的金屬離子濃度得以恢復(fù)。故可以使用較高的電流密度。因此，脈沖電鍍時(shí)的傳質(zhì)過程與直流電鍍時(shí)的傳質(zhì)過程的差異，造成了峰值電流可以高于平均電流，促使晶種形成的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于晶體長大的速度，使鍍層結(jié)晶細(xì)化，排列緊密。孔隙減小，電阻率低。

　　此外。直流電鍍時(shí)的連續(xù)陰極極化電位下的各種物質(zhì)，在陰極表面的吸脫附過程與脈沖條件下的間斷高陰極極化電位下的吸脫附過程的機(jī)理有很大差異。造成了同樣的溶液配方及添加劑在電源波形不同時(shí)。表現(xiàn)的作用差別也很大。

　　3.2脈沖電源

　　脈沖電源分為數(shù)字脈沖電源和模擬脈沖電源。所謂數(shù)字脈沖電源，是采用微處理器及數(shù)字電路對脈沖電源中的直流斬波進(jìn)行控制，并實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示與數(shù)字調(diào)節(jié)的電源。它是當(dāng)今最為先進(jìn)的電鍍電源。由于與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，使其控制更加方便和靈活。目前是電鍍電源發(fā)展的方向。數(shù)字脈沖電源的原理

　　與傳統(tǒng)的模擬脈沖電源相比。數(shù)字脈沖電源具有如下優(yōu)點(diǎn)：

　?。?）驅(qū)動波形規(guī)整，極大地改善了斬波后的輸出波形，對提高電鍍質(zhì)量十分有利；

　　（2）采用數(shù)字調(diào)控，直觀簡單；

　　（3）波形調(diào)節(jié)范圍寬，調(diào)節(jié)步進(jìn)可以至0.1ms；

　?。?）溫度漂移系數(shù)小，能長期穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行。

　　在目前的應(yīng)用中。普遍采用大功率開關(guān)管IGBT對直流電源進(jìn)行斬波，達(dá)到脈沖輸出的目的。數(shù)字控制器發(fā)出的方波驅(qū)動信號控制IGBT的通斷。改變數(shù)字控制器的信號，可以實(shí)現(xiàn)對輸出脈寬及頻率的可調(diào)。

　　數(shù)字脈沖電鍍實(shí)質(zhì)上是一種通、斷直流電鍍。所不同的是數(shù)字脈沖電鍍有三個(gè)獨(dú)立的參數(shù)（脈沖平均電流密度I、導(dǎo)通時(shí)間及關(guān)斷時(shí)間BEDEquation.DSMT4）可調(diào)；而一般直流電鍍只有一個(gè)參數(shù)（電流或電壓）可調(diào)。因此，采用數(shù)字脈沖電鍍就為槽外控制鍍層提供了有力的手段。大量的實(shí)踐證實(shí)，數(shù)字脈沖電鍍是一項(xiàng)既能提高鍍層質(zhì)量，又能提高沉積速率的經(jīng)濟(jì)效益很高的電鍍新技術(shù)。圖3為數(shù)字脈沖電源的電流波形。

　　四、鍍層含量與脈沖頻率的關(guān)系

　　當(dāng)電流脈沖寬度不變時(shí)，鍍層中金屬含量隨著脈沖頻率的增大而逐漸減少。

　　在平均電流密度I不變的條件下由下式可知：

　　頻率越低，峰值電流越大，即在脈沖寬度的時(shí)間內(nèi)。就會使靠近陰極處的金屬離子急劇減少。由于在較短的時(shí)間內(nèi)，基質(zhì)金屬的沉積速度較快，輸送到陰極并嵌入鍍層中的速度趕不上基質(zhì)金屬的沉積速度。因此，為了提高鍍層質(zhì)量和效率，可以根據(jù)不同的鍍層金屬溶液，對脈沖電源的頻率和脈寬進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。實(shí)現(xiàn)對峰值電流的改變。

　　五、結(jié)束語

　　國內(nèi)外電鍍工作者大量的實(shí)踐證實(shí)，數(shù)字脈沖電鍍是一項(xiàng)既能提高鍍層質(zhì)量，又能提高沉積速率的電鍍新技術(shù)。智能化脈沖電源是改善電鍍工藝的較好途徑。只要根據(jù)不同的鍍層金屬溶液要求，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)如脈寬、頻率、溫度等，智能化脈沖電源就能自動完成對工件的電鍍加工。