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电镀电源对电镀工艺过程的影响(上)

放大字体  缩小字体发布日期:2012-11-06  浏览次数:576
核心提示:电镀属于电解加工过程。不言而喻,电源的性能、类型、特征等因素必将对电镀工艺过程产生重要影响
 

电镀属于电解加工过程。不言而喻,电源的性能、类型、特征等因素必将对电镀工艺过程产生重要影响。特别是在现代电镀技术飞速发展的今天,电镀电源更具有重要地位。因此,了解电镀电源对电镀工艺过程的影响很有必要。本文就电镀电源和低纹波系数整流电源在电镀行业中的应用所取得的一些经验和教训加以介绍,以期让电镀界同仁在选择整流电源、解决电镀故障、提高电镀质量方面引起足够重视。

1·整流器的基本原理及类型

1.1传统硅整流器

硅整流器使用历史长,技术成熟,目前是整流器主流产品。

1.1.1整流电路。工业生产中一般采用三相调压器调压,50Hz三相工频变压器降压的普通硅整流器。各种整流电路获得的均是脉动直流电,不是纯直流,或多或少地含有交流成分。为了比较脉动成份的多少,可用纹波系数来表示,其含义为交流成份在直流成分中占的百分比,其数值越小,交流成份越少,越接近纯直流。

各种整流电路的波动系数不同。其由大到小的次序为:三相半波整流、三相全波桥式整流或带平衡电抗器的六相双反星形整流。其中后者工作时整流元件并联导通,波形最为平滑,整流效率较高,工作也较为可靠,时最为常用的一种。

为了获得低纹波输出,则必须采用滤波或其它特殊措施。利用电容、电感贮能元件进行滤波,是将脉动直流转变为较为平滑的直流的常用措施。但实际生产中,除试验用的小型整流器之外,工业生产基本上不进行滤波。特殊情况可使用大电感。电容在低电压、大电流情况下不适用于滤波。电容滤波,对工频整流只适合于非常小功率的整流电源。例如输出10A的单相全波整流器,要达到低纹波输出,其滤波电容要达0.1F以上。随着频率的提高,所需电容量减小。

可控硅利用改变可控硅管导通角来调整输出平均直流大小的普通可控硅整流器,可控硅管输出的是间断脉冲波,其纹波系数的受导通角控制,输出纹波系数大于普通硅整流电路。特别是在使用电流低于额定电流较大的情况下,输出波形脉动系数更大。

1.1.2.整流元件类型

整流元件即通常所说的二极管。由于整流器所有的输出电流都要经过整流元件,因此,可以说是整流器的心脏。整流元件分为硅整流元件和可控硅整流元件二种。镀铬整流器主要使用硅整流元件。虽然可控硅技术已有了长足的发展,且在电镀上应用也日趋增多,但笔者还是推荐使用硅整流器。其原因主要是波形问题。可控硅整流是采用控制整流元件导通时间与截止时间长短来控制电流的。整流器满负荷使用时波形好。但输出电流较小时电流波形变差。电流越小,波形越差。而硅整流器输出电流大小对波形几乎无影响。

1.2开关电源

目前一种新型电镀电源设备-开关电源正在发展之中。它兼有硅整流器的波形平滑性优点及可控硅整流器的调压方便的优点,电流效率最高(可达90%以上),体积最小,是大有前途的整流器。目前制造技术已解决了功率问题,数千安培至上万安培的大功率开关电源已进入生产实用阶段。

目前市售的开关电源电路属于“硬开关”,由于模块在电流通断过程的储能释放问题,虽然较硅整流器、可控硅整流器电流效率都高,但仍有较大的“开关”损耗,并造成了对电子模块的冲击,使用过程设备故障率也较高。

最为先进的开关电源是“软开关”电源电路。工作过程电子模块通断换向点正好处于电流为零的瞬间,因此无“开关”损耗及能量冲击,今一步提高了整流效率,将低了故障率。但这类开关电源的技术难度较大,成本也较“硬开关”高,国内生产“软开关”电镀电源的为数不多。可喜的是我市开关电源的生产技术已步入国内的前列。青岛艾特电子技术有限公司最新研发的XBD系列谐振变频电镀电源,采用西安交大的谐振软开关核心技术,生产的电镀电源产品具有更高的电流效率及可靠性。该产品目前已批量生产,投入销售。从而为广大电镀用户提供了更大的开关电源选择余地。

开关电源其频率已达音频,通过滤波实现低纹波输出更为简便易行。而且稳流、稳压等功能更易实现。因此,开关电源,特别是使用“软开关”电源电路的开关电源是今后发展的方向。

1.3脉冲电源设备

随着电力电子科学技术的发展,电镀整流器正在由单一功能向多功能发展。由于脉冲电源主要是由嵌入式单片计算机等进行控制,因此,除实现脉冲输出之外,一般具备多种控制功能。

1.3.1.自动稳流稳压。传统硅整流器电流或电压无法自动稳定,随电网电压的波动而波动。而脉冲电源则拥有高精度的自动调节功能。如电网三相电压波动达上百伏时,脉冲电源输出电压可以几乎不变。脉冲电源的自动调节功能一般具有二种模式:

第一,恒电流限压模式。当电镀工艺参数,如零件面积、温度、浓度、酸碱度等工艺条件发生改变时,常规整流器电流会发生波动。而恒电流模式下,输出电流自动恒定在设定值不发生改变。这对需精确计算硬铬厚度情况下是很有用的。采用恒流模式时的限压功能目的是保护设备不被烧坏。

第二,恒电压限流模式。当电镀工艺参数发生改变时,输出电压自动恒定在设定值不发生改变。这种模式硬铬电镀不常使用,但对于铝氧化着色则大有作用。

1.3.2多段式运行模式。铝阳极氧化或硬铬电镀时,往往需要进行反向电解、大电流冲击、阶梯送电等操作。传统电源只能靠手工实现。而具有多段式运行模式的脉冲电源则只需提前设定,生产时可自动按顺序进行自动调节。这一功能对硬铬电镀是非常有用的。目前国产脉冲电源已达到三段式运行,每一段时间可在0~255秒内调节设定。

1.3.3双向脉冲功能。正负脉冲频率、占空比、正反向输出时间均可独立调节,使用灵活、方便。配合硬铬电镀工艺,可获得不同物理性能的镀层。

1.3.4直流叠加功能。输出正反向脉冲电流的同时,由同一台电源叠加输出一纯直流成分,更拓宽了脉冲电源的使用范围及用途。

近几年来,国产多功能脉冲电源技术已趋于成熟,其中脉冲波形垂直程度,波形平稳程度、稳定性、抗干扰性等指标达到甚至超过了国外水平。

直流电源波形对电镀质量有突出的影响,例如:高频率定脉宽高频稳压/稳流脉冲电源电镀时会产生特殊效应,这也是普通直流电源电镀无法达到的效果,有些现象还不能用常规电化学理论来加以解释。

而直流波形对电镀沉积的影响目前还难以从理论上进行预测,只能通过大量的试验来作相对比较,筛选出适宜的波形。

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