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(lái)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(duì)電鍍質(zhì)量的要求越來(lái)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(zhǎng)、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(duì)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(jiǎn)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(lái)在電鍍中產(chǎn)生電流的裝置，電流通過(guò)鍍槽是電鍍的必要條件，鍍件上的金屬鍍層在電流流過(guò)電鍍槽時(shí)。引起電化學(xué)反應(yīng)而形成。電鍍過(guò)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。現(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(guò)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(duì)電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)的特效影響所決定的，其中最主要的是對(duì)傳質(zhì)過(guò)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(guò)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(lái)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(guò)程與直流電鍍時(shí)的傳質(zhì)過(guò)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(zhǎng)大的速度，使鍍層結(jié)晶細(xì)化，排列緊密?？紫稖p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(guò)程與脈沖條件下的間斷高陰極極化電位下的吸脫附過(guò)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(duì)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)：

　　（1）驅(qū)動(dòng)波形規(guī)整，極大地改善了斬波后的輸出波形，對(duì)提高電鍍質(zhì)量十分有利；

　　（2）采用數(shù)字調(diào)控，直觀簡(jiǎn)單；

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

　　（4）溫度漂移系數(shù)小，能長(zhǎng)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(duì)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(dòng)信號(hào)控制IGBT的通斷。改變數(shù)字控制器的信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(huì)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(duì)脈沖電源的頻率和脈寬進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。實(shí)現(xiàn)對(duì)峰值電流的改變。

　　五、結(jié)束語(yǔ)

　　國(guó)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(dòng)完成對(duì)工件的電鍍加工。