脈沖電鍍電源的基本工作原理

脈沖電鍍是通過槽外控制方法改善鍍層質(zhì)量的一種強(qiáng)有力的手段，相比于普通的直流電鍍鍍層，其具有更優(yōu)異的性能(如耐蝕、耐磨、純度高、導(dǎo)電、焊接及抗變色性能好等)，且可大幅節(jié)約稀貴金屬，因此，在功能性電鍍中得到較好的應(yīng)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(chǎn)生方波脈沖電流，它在用于電鍍時(shí)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(huì)影響脈沖電鍍瞬時(shí)高電位有利作用的充分發(fā)揮。脈沖頻率對(duì)鍍層結(jié)晶也會(huì)產(chǎn)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(huì)變成直流電流。脈沖電鍍電源的正確使用(如設(shè)備安裝、設(shè)備選型、參數(shù)選擇等)對(duì)脈沖波形、設(shè)備可靠性、脈沖電鍍優(yōu)越性的正常發(fā)揮等均產(chǎn)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(dāng)電流導(dǎo)通時(shí)，電化學(xué)極化增大，陰極區(qū)附近金屬離子充分被沉積，鍍層結(jié)晶細(xì)致、光亮;當(dāng)電流關(guān)斷時(shí)，陰極區(qū)附近放電離子又恢復(fù)到初始濃度，濃差極化消除。

換向脈沖電鍍習(xí)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(xù)時(shí)間長反向脈沖持續(xù)時(shí)間短，大幅度、短時(shí)間的反向脈沖所引起的高度不均勻陽極電流分布會(huì)使鍍層凸處被強(qiáng)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(yōu)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(jī)雜質(zhì)(含光亮劑)的夾附大大減少，因而鍍層純度高，抗變色能力強(qiáng)，這一點(diǎn)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(fā)生氧化，從而可消除氫脆(如電沉積鈀時(shí)反向脈沖可除去共沉積的氫)或減小內(nèi)應(yīng)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(tài)，因而可得到結(jié)合力好的鍍層。

6、反向脈沖有利于減薄擴(kuò)散層的實(shí)際厚度，提高陰極電流效率，因而合適的脈沖參數(shù)會(huì)使鍍層沉積速度進(jìn)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(xì)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(dǎo)電率、抗變色、光潔度等性能指標(biāo)成倍提高，并可大幅度節(jié)約稀貴金屬(約20%—50%)，節(jié)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(guān)斷時(shí)間的單個(gè)脈沖換向。

即一個(gè)有關(guān)斷時(shí)間的正向脈沖之后緊接著一個(gè)有關(guān)斷時(shí)間的反向脈沖，這種波形兼有脈沖和換向的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是脈沖換向功能不完善。其波形如下圖所示。

2、無關(guān)斷時(shí)間的單個(gè)脈沖換向電源。

即一個(gè)無關(guān)斷時(shí)間的正向脈沖之后緊接著一個(gè)無關(guān)斷時(shí)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(jié)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(dòng)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(gè)波形)，這種波形為典型的周期換向脈沖波形，同時(shí)具有改善鍍層厚度分布和改善鍍層結(jié)晶狀況的雙重效果，在功能性電鍍中應(yīng)用最廣泛。其波形如下圖所示。