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电镀电源对电镀工艺过程的影响(下)

放大字体  缩小字体发布日期:2012-11-06  浏览次数:643
核心提示:各类电镀工艺中,镀铬是受电源波形影响最大的镀种之一。镀铬必须采用低纹波直流电源,否则光亮范围窄,镀层易发花、发灰
 

2·电镀电源对电镀工艺的影响

2.1镀铬

各类电镀工艺中,镀铬是受电源波形影响最大的镀种之一。镀铬必须采用低纹波直流电源,否则光亮范围窄,镀层易发花、发灰,这一点已为不少人认同,但实践中仍有因对其认识不足,往往由于纹波系数过大影响套铬质量而束手无策的事时有发生。因此,电镀电源的选择就更显重要。

对于经常使用反向电解的电镀硬铬生产,需要电源极性换向装置。简单的方法是使用手动换向开关。由于电流很大,开关通、断时会形成较大的电火花,开关很容易损坏。将触点浸入变压器油中可以延长使用寿命。可控硅整流器实现换向比较容易,由于是无触点换向,不会产生火花腐蚀。如电流变化不大时,可考虑使用可控硅极换向装置。

电源波形对镀铬的影响较大。而且往往容易被操作者忽视。如某厂小件镀装饰铬,覆盖能力非常差,反复调整镀液中硫酸与铬酐的比值,仍无效。经现场查验,采用1000A老式可控硅整流器,且平均电流仅200A左右,负荷率很低,显然输出纹波系数太大。换接一台双反星形输出的硅整流器,镀铬即转为正常。另有某厂镀铬上午生产正常,下午即出现装饰铬局部发灰,无法生产,怀疑镀液故障,反复加硫酸、碳酸钡调整一两天,均无法解决。分析原因,镀液成分不可能突变,怀疑硅整流管有损坏造成波形残缺而增大纹波。用钳形电流表测定各整流管电流,发现断路2支,更换新管后,故障消除。

镀微裂纹硬铬,输出纹波过大时,裂纹不细密且分布不均匀。

采用脉冲电镀铬,也可得到优良的镀层。研究表明,当采用工艺条件为:频率1000Hz,占空比通:断=1/5,平均电流密度40A/dm2,30度温度,获得的镀铬层耐磨性提高三倍;耐腐蚀性提高5倍。

2.2光亮酸性镀铜

一般情况下,光亮镀铜都有一个规律:从赫尔槽试片上看,阴极电流密度越大的地方,镀层光亮整平性越好;电流密度越低,光亮整平性越差。试图扩展低电流密度区光亮范围,始终是电镀工作者不断追求的目标。需要从光亮剂、工艺配方与工艺条件、设备等多方面入手。光亮酸性镀铜是迄今光亮整平性最好的镀种之一。但在实践中,采用同样的配方、工艺条件,使用相同的光亮剂,得到的光亮整平性与光亮范围,却可能出现较大差异。究其原因,与所用直流电源输出纹波系数大小有很大关系。据有关资料,二十多年前,国内在开发MN系列光亮酸性镀铜添加剂时就已证实。规律是:输出纹波系数越小,镀层光亮整平性越好,光亮电流密度范围越宽。而且,纹波越小,光亮剂的用量也会越小。遗憾的是时至今日并未引起电镀工艺技术人员的重视。

2.3半光亮和光亮镀镍

通常情况下,光亮镀镍对整流输出纹波系数要求没有镀铬和光亮酸性镀铜那样高,但也确实需要采用普通低纹波输出直流电源,才能确保光亮镀镍层质量,且能保证后续套铬的质量。如某厂使用的调压器式六相双反星形带平衡电抗器的老式硅整流器,质量一致较好。

后改用12V普通可控硅整流器,大电流使用时效果还可以,但在小电流输出时就很不理想,镀层出现发花、发灰等钝化现象,使用18V普通可控硅电源,效果更差,致使后续套铬频频出现质量问题,要指出的是,套铬电源没有问题。开始时只是在镀镍液和光亮剂上找原因,做试验,一直不得其解,最后查到是否是电源引起,换用波纹系数较小的开关电源,问题一下子就解决了,效果一直很好,后续镀铬也一直不再发生类似质量问题。

研究表明,采用脉冲电源镀镍同样可提高镀层孔隙率,延展性,硬度,降低镀层内应力,并提高镀液分散能力。不加光亮剂,或只加直流电镀时1/100的光亮剂,可获得光亮镀层。金属镀层的尺寸也达到了钠米晶级。因此,在当前镍价上涨,而脉冲整流器价格下降时期,考察选用脉冲电镀还是很有必要的。

2.4硫酸盐酸性镀锡

硫酸盐光亮酸性镀锡本身就是不易镀好的镀种,其原因是大生产中易引入杂质且不好处理(包括四价锡离子)、允许温度范围窄,目前光亮剂多数不理想,可供选择的中间体远不如镀亮镍的多,因而镀层光亮范围很不易调宽。另一个不太引人重视的是,该工艺也要求采用低纹波系数直流电源,否则会出现与光亮酸性镀铜相类似的故障。不重视电镀整流电源的选择,有时会造成雪上加霜。

国外有公司对不加光亮剂的脉冲镀锡做过研究,发现采用占空比25%-30%,频率1000-10000Hz的波形,可得到亚钠米镀层晶体。这种晶体对于镀层提高耐热蚀、熔融锡浸润性等性能是非常重要的。

2.5电泳涂装。

电泳涂漆时若直流纹波系数大,也会增加涂层孔隙率,涂层与基体的结合力也下降、抗盐雾试验不易过关。因此,该工艺也要求采用低纹波系数直流电源。由于电泳涂漆的特殊性,对电流电源还有一些特殊要求。例如:

(1)整机应具有软启动功能;

(2)电源应具有定时自动关机报警的功能。这是由于槽电压已超过人体安全电压,因而在手工操作时,易产生触电事故。

2.6贵金属电镀

很早以来,脉冲电镀在贵金属方面就已获得了成功应用。目前在贵金属工业生产中仍有大量的应用。之所以成功,纠其原因,主要是贵金属电镀规模普遍偏小,脉冲电源设备已与解决。而普通重金属电镀,大功率脉冲电源设备,无论从制造方面,还是价格上,均难以推广。

2.7电镀合金及复合电镀

合金电沉积的难点:一是保持镀层中合金成份比例无明显波动,二是在宽的电流密度范围内合金成份比例一致。采用低纹波系数直流电源,有利于提高镀层质量。

同样,使用脉冲电镀也可得到高品质的镀层。铜锡、钴镍、镍钨等工艺使用脉冲电镀已进行了详尽的研究。但目前应用尚少。

2.8铝氧化。

采用脉冲氧化比普通直流氧化具有明显的优势。氧化膜层硬度,厚度,速率等方面性能显著提高。

在军工等制品方面已得到较多的应用。

3·其它应注意的问题。

3.1镀液温升问题

纹波系数大的直流电源及脉冲电源往往会加快温升。从理论上分析,这是由于任何非纯直流与正弦波,都能分解为纯直流与一次、二次、三次、多次谐波。纹波系数越大,其谐波分量也越大。一般情况下,交流谐波对直流电沉积无贡献,但却能产生大量欧姆热,加快了镀液温升。可见,采用定脉宽高频稳压/稳流脉冲电源和低纹波系数直流电源,有利于降低镀液温升。特别是氯化物镀锌和锌酸盐镀锌夏天最头痛的问题之一是镀液温升(特别是滚镀)过快,加大添加剂消耗量,恶化镀液、镀层性能。采用平滑直流有利于将低镀槽温度。

3.2整流器负荷率对文波系数的影响。

工作电流越接近整流器的额定电流,波形越平滑。特别是可控硅整流电源更为明显。选择整流器时应根据工艺要求选取额定输出电源电压接近最大需求值,避免使用中产生“大马拉小车”现象,保证整流电源输出纹波系数始终保持在较低值。

整流电源由于因整流管有损坏而造成缺相运行。对于三相电镀电源二言,虽然某一相电出现故障,但此时的整流器输出电流波形却只相当于单项,三减一不等于二,等于一。因此,为保持其良好性能,应经常进行维护、检修。最好能备有一台示波器及时查看输出直流波形。

4·结束语

必须充分重视直流电源波形对电镀质量的影响。采用低纹波电源或功能性脉冲电源能改善电镀质量。电镀生产中应注意电镀整流器的正确选用。

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