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钕铁硼电镀时电流波形造成镀层结合力事故、该怎样选择电源电镀?

2018-05-19 11:52:41      点击:

一、电镀用的直流电流

电镀用的直流电流波形有多种,为便于理解,可将其简单地分为两大类:①普通直流电流;②特殊直流电流。


普通直流电流如图1所示,是一种电流方向不随时间改变的、连续的平稳电流,简称DC。传统电镀采用的电流形式一般为普通直流电流,常见的有单相半波、单相全波、三相半波、三相全波、纯直流等。特殊直流电流是一类经脉冲信号或其他交变信号调制以后的直流电流,严格来讲,这类电流叫调制电流,为简单起见称之为“特殊直流电流”(注:正规书籍上无此称呼)。常见的特殊直流电流有脉冲电流、不对称交流电流、交直流叠加电流、直流换向电流等。其中脉冲电流是目前应用最多且收益最大的特殊直流电流,其实质是一种通断直流电,即一种断续的直流电流,导通时电流极大,关断时电流为零,简称PC,如图2所示。




二、电流波形对电镀的影响

电流波形对镀层质量的影响是存在的,目前越来越得到人们的重视。典型的如镀铬,镀铬若使用单相半波、单相全波或纹波系数较大的电流波形,得到的镀层光亮范围窄,容易发灰、发花,而使用低纹波电流则可得到光亮、质量合格的镀层。所以,镀铬理想的电流波形应该是纯直流,如图1中所示。其机理目前尚无确切、合理的解释,可以这样认为:镀铬若使用脉动成分较大的电流(如单相全波),当电流波动到谷底时因电流较小(或中断)造成铬层钝化,电流正常后再镀则发灰、发黑等。而同样的电流(如单相全波)用于镀锌时则可得到质量合格的镀层。据此可认为,越容易钝化的镀层(如铬镀层)越不宜使用脉动成分大的电流,而宜使用纹波系数小的电流。而不易钝化的镀层(如锌镀层)对所使用的电流基本可以无限制。常见的镀层金属其钝化性能从易到难的顺序是这样排列的。


铬→镍→锌、铜、银、金等


如果以上观点成立,根据此排列顺序,铬最容易钝化,则镀铬必须使用纹波系数小的电流。锌、铜等不易钝化,则对所使用电流的纹波系数无要求。镍的易钝化性位于铬与锌、铜等之间,则镀镍对电流纹波系数的要求不会像镀铬那样高,但一般认为,镀镍应尽量使用纹波系数小的电流。  


三、电流波形对钕铁硼电镀的影响

钕铁硼电镀常见的镀种有镀锌、镀镍、镀铜等,另有少量镀金、镀银、镀仿金等。但不应根据镀种来说明电流波形对钕铁硼电镀的影响,因为钕铁硼电镀的特点是基体极易氧化,则镀层与基体的结合力往往不易得到保证。所以,说明电流波形对钕铁硼电镀的影响,应主要说明在预镀或直接镀时的影响。钕铁硼基体极易氧化,就像铬极易钝化一样,所以在预镀或直接镀时要求使用电流的纹波系数应尽量小,否则基体表面可能发生氧化,给镀层结合力带来隐患。以前曾很多次发生因电流波形造成的镀层结合力事故,甚至现在这种事情仍时有发生,所以相关人员万不能掉以轻心。钕铁硼镍-铜-镍组合镀层的预镀一般为预镀镍,镀锌一般为直接氯化钾镀锌,或预镀硫酸盐镀锌后再氯化钾镀锌。所以,钕铁硼预镀镍、硫酸盐预镀锌和直接氯化钾镀锌(或说凡在钕铁硼基体上直接施镀的镀种)要求使用电流的纹波系数应尽量小,否则镀层与基体的结合力存在隐患。

而在钕铁硼基体上预镀完成后,则像普通钢件滚镀那样选择电流波形即可。比如,硫酸盐预镀锌后再氯化钾镀锌或二次硫酸盐镀锌,对电流波形基本无要求,如图1所示的波形均可选择。预镀镍后镀焦铜(或其他碱铜)要求相同,但焦铜使用脉动成分大的电流(如单相全波)反倒利于镀层沉积,而使用脉冲电流更易得到结晶细致的铜镀层。镀焦铜后镀亮镍最好使用纹波系数小的电流。镀银、镀金、镀仿金等一般是在镀亮镍的基础上施镀,其电流波形与镀焦铜要求相同。这样的话,在用于钕铁硼电镀时,脉动成分大的电流会受到限制,比如不宜用于预镀或直接镀、镀镍等,而脉动成分小的电流没有任何限制。所以,为简便起见,建议钕铁硼电镀不管预镀(或直接镀)还是加厚镀,镀锌还是镀铜、镀镍等,均选择脉动成分小的电流,则不会因电流波形选择不当带来镀层结合力隐患。


四、钕铁硼电镀该如何选择电镀电源?

根据上文所述,钕铁硼电镀适合选择脉动成分小的电流,则如图1所示的纯直流是最合适的选择。但只有称为第一代电镀电源的直流发电机才能输出纯直流波形,而直流发电机由于多种缺陷在电力电子技术诞生后就退出了历史舞台,则不能做为钕铁硼电镀电源的选择。
目前使用的不管哪种形式的电镀电源,都是由交流电源经整流得到的直流电源,不可能得到直流发电机的纯直流波形,都多少带有脉动的成分。但并非只有纯直流才能用于钕铁硼电镀(甚至镀铬),只要是脉动成分小的、与纯直流相接近的电流波形就可以使用。比如称为第二代电镀电源的硅整流电源,其三相桥式整流(或六相半波整流)方式得到的三相全波波形(如图1所示),因脉动成分较小完全可用于钕铁硼电镀(甚至镀铬),且市售的三相输入的硅整流电源一般输出为三相全波波形,可放心选用。

但单相输入的硅整流电源若非定制一般默认输出为单相全波波形(如图1所示),正如上文所说,这种波形在用于钕铁硼电镀时受限较多,至少不宜用于钕铁硼预镀或直接镀。

如果一定要选用这种电源,应向厂家提出增加滤波装置(最好是л型滤波),以尽量减小输出电流的脉动成分。称为第三代电镀电源的可控硅电源,不管是三相还是单相输入,在负载率小于75%时其输出电流的脉动成分均较大。而电镀电源在使用中最大负载率一般设定为70%~80%,则可控硅电源也会像单相全波一样在钕铁硼电镀中受限较多。但可控硅电源在增加滤波器后,其纹波系数可达到3%~5%甚至更小,则完全可用于钕铁硼电镀(甚至镀铬)。一般,市售的可控硅电源都有带滤波与不带滤波的产品(厂家可能出于成本考虑),若是用于钕铁硼电镀,一定要选择带滤波的产品。称为第四代电镀电源的开关电源也有高纹波与低纹波(或滤波与不滤波)之分,显然,不滤波的高纹波开关电源是不宜用于钕铁硼电镀的。根据生产厂家不同,有的厂家既生产高纹波又生产低纹波开关电源,有的厂家只生产低纹波开关电源,而有的厂家只生产高纹波开关电源,不一而同,若是钕铁硼电镀在选择时一定要分清楚,以免再走很多人走过的弯路。(来源丨滚镀工艺技术)