只有世界知名企業才會用的脈沖電鍍你知多少

 隨著我們表面處理行業產品向高質量,高性能發展,這些日子許多平臺上的微信朋友不斷發來關于脈沖電鍍方面技術工藝的詢問,今天我們樂將團隊就與大家探討一下。

近代隨著電子工業的發展對鍍層質量提出了更高的要求,脈沖電鍍技術應運而生,并且迅速地得到發展。在國內,一些大型企業也開始嘗試應用脈沖電鍍取代傳統的直流電鍍。
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為提高鍍件質量,改用脈沖電鍍,但又不愿意改變工藝已經成熟了的鍍液。在這種情況下,僅僅使用脈沖電源進行脈沖電鍍,一樣可以得到比直流電鍍質量高得多的電鍍層,比如在:

1. 鍍鎳錫合金產品上使用,其耐磨性提高1倍;

2. 印制線路板鍍金上使用,光亮度顯著提高;

3. 開關電器配件鍍銀上使用后鍍層均勻,色澤漂亮;

4. 晶體材料公司,將同一溶液中脈沖電鍍的PC寶石磨盤和直流電鍍的DC寶石磨盤發給用戶使用,用戶紛紛要求買PC盤,因它壽命長。

5. 滾鍍鎳使用脈沖電鍍后,鍍層更加光亮,沉積速度快,鍍層不脆裂,并且改變脈沖參數,可控制鍍層的硬度和應力。

6. 高端手表廠對表殼使用脈沖鍍金后,耐磨性能較相同條件下直流鍍金提高30%。
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一、脈沖電鍍的優點

脈沖電鍍與傳統的直流電鍍比較,有如下優點:

1) 鍍件質量高 主要表現為:具有鍍層孔隙率低,可得到光亮均勻致密的鍍層,提高鍍層的抗腐蝕性能;較好的結合力,較好的分散力,能增加鍍層的密度,增加硬度,提高延展性和耐磨性,改進了鍍層的物理性能。

2) 鍍層厚度薄 在相同的鍍層性能指標的前提下,可使鍍層厚度減薄1/3~1/2,進而可節約原材料(如黃金、白銀等)10%~20% ,這對金、銀、錫、鍺、鎳等貴金屬來說,具有十分重大的經濟意義。

3) 生產效率高 脈沖電鍍大幅度提高了瞬時電流密度,使其平均電流密度有可能大于直流電鍍的實際電流密度。因而,加速了電沉積速度,使生產效率增高,一般可減少受鍍時間1 /3~1 /2,或更多的時間。

4) 改進常規的電鍍溶液配方和工藝 在直流電鍍中,為了實現合金共沉積、增加鍍層的光亮度或者是改善鍍層的物理性能,通常要加入絡合劑、光亮劑等添加劑,而這些添加劑通常都是毒性很強的溶液,所以對生產和環保非常不利。使用脈沖電鍍,可以通過調節6個電鍍參數(雙向脈沖)來獲得好質量的鍍層,而又不使用任何的添加劑。
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二、脈沖電鍍原理

脈沖電鍍是使電鍍回路周期性地接通和斷開,或者在固定直流上再疊加某一波形脈沖的電鍍方法。與普通電鍍相比,這種方法具有鍍層平整致密、附著性好,電流效率高、環保性能好等優點,在一般的研究和應用中,脈沖電鍍所使用的脈沖方式可分為單向脈沖和雙向脈沖兩種。使用的脈沖波主要是矩形波和正弦波。
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用直流電電鍍時,在陰極和溶液界面處形成較厚的擴散層,使陰極表面金屬離子濃度降低產生濃差極化,限制了電沉積的速度,使用較大的電流密度不但不能提高鍍速,反而使陰極上的氫氣析出量增加,電流效率降低,鍍層質量變壞出現氫脆、針孔、麻點、燒焦和起泡等。脈沖電鍍由于有關斷時間,被消耗的金屬離子利用這段時間擴散補充到陰極附近、當下一個導通時間到來時,陰極附近的金屬離子濃度得以恢復,故可以使用較高的電流密度。脈沖電鍍峰值電流可以大大高于平均電流,促使晶種的形成速度高于晶體長大的速度,使鍍層結晶細化,排列緊密,孔隙減少,硬度增加。
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三、脈沖電鍍的應用現狀

1 脈沖單金屬電鍍

脈沖單金屬電鍍,尤其貴金屬電鍍仍是脈沖電鍍研究應用的重要領域,雙向脈沖電鍍工藝更顯現出其突出的優點。國內一電子封裝研究室在僅有30~40m2的電鍍車間內裝配10臺左右的雙脈沖電鍍電源,用于鍍鎳、鍍金等,質量高,銷售旺盛。這樣的單位國內有好多家。

除貴金屬外,近年來普通金屬的脈沖電鍍工藝研究及應用也取得了很大進展。例如,美國的Lucent公司在占空比為25%~30%、工作時間為0.05~0.5ms、電流密度為0.1~0.4A/dm2的條件下,于硫酸亞錫鍍液中鍍出了超細晶粒光亮度很高的錫鍍層,其晶粒尺寸為8~22nm。
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2 脈沖合金電鍍

脈沖電源尤其智能化的脈沖電源,可以精確控制槽端電壓及具有恒流、恒壓功能,被廣泛用于合金電鍍以控制其合金組分比例,與直流電鍍相比,具有明顯的優點。眾所周知,要使兩種或幾種金屬離子在陰極上共析出,必要條件是它們的放電電位接近。金屬離子的放電電位由三部份加和構成,即金屬的平衡電位,金屬離子的濃度(嚴格講應為活度)以及金屬離子的放電過電位(陰極極化) 。對于兩種金屬的平衡電位相近,電極極化也不大的金屬,可以從它們的簡單鹽溶液中實現共沉積。顯然放電金屬離子的濃度成為影響共沉積的主要因素。直流電鍍的特點是沉積金屬離子受擴散控制,而脈沖電鍍借助關斷時間內擴散層的松馳,能夠克服自然傳遞的限制使金屬離子濃度得到恢復,因而有利于金屬離子共沉積。對于兩金屬平衡電位相差較大,這時除使用絡合劑改變沉積金屬離子的濃度使欲沉積的兩種金屬的平衡電位數值相近外,由于脈沖電鍍時瞬間的峰電位很高,也有利于金屬離子的共沉積。目前,在工業中已經廣泛應用的合金電鍍體系有金合金、銀合金、鈀合金、鎳合金、鈷合金、鉻合金、銅合金等。
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此外,利用脈沖電鍍還可以很方便地實現成層合金。成層合金又稱為復合電鍍,它是由單金屬和一層合金相間組成的。這種成層合金的許多物理化學性能都優于單一金屬。美國國家標準局電沉積組研究人員從一種簡單鹽鍍液中應用雙脈沖電鍍技術沉積分層合金。

3 脈沖電鍍低應力的光亮鍍層

在電子工業和裝飾性電鍍中要鍍出低應力的光亮鍍層通常方法是往鍍液中加入應力降低劑和光亮劑,但這種方法得到的鍍層往往結合力不好、脆性大,尤其在電子工業中應用受到限_制。若使用脈沖電鍍可以不加或少加添加劑,并可得到應力較低又有一定光亮度的各種金屬鍍層。此項技術應用已引起電鍍界的高度重視。

四、脈沖電鍍在中小企業應用的困難及解決思路

目前,脈沖電鍍技術在大型企業應用較多,而在中小企業推廣卻比較困難,原因主要有兩點。

1 脈沖電源價格昂貴

由于技術復雜的原因,脈沖電鍍電源的價格比較昂貴。例如,最大輸出電流為1000A的直流電源市場價格大概為8000元,而同樣的雙脈沖電鍍電源價格大概為50000元,是直流電源的6倍多。眾所周知,電子產品的生產成本非常低,脈沖電鍍電源價格高的原因主要是開發成本高。如此昂貴的設備加大了電鍍制品的生產成本,而許多中小企業生產的又都是附加值不太高的普通電鍍產品(如鋼鐵鍍鋅、鎳、鉻等) ,因此脈沖電鍍技術在這些企業應用就比較困難。
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2 電鍍工藝尚未成熟

經過上百年的生產實踐,直流電鍍技術現已比較成熟,無論是何種電鍍,現在技術上幾乎都能實現,并且鍍層質量也相當好。而脈沖電鍍技術引進國內只有很短的時間,并且脈沖電鍍也僅僅在貴金屬電鍍中應用較多,因此,無論是鍍液配方,還是生產工藝,都相當不完善。從技術上講,控制直流電鍍的參數只有1個:電流密度,而雙脈沖電鍍的參數就有6個,它們對鍍層質量都會造成影響,所以探索脈沖電鍍的生產工藝就很困難??梢赃@樣說,對于多數工業上常用的直流電鍍,其生產工藝已經不是什么商業秘密,而是一些公開的技術標準,直接按照這個標準去生產就可以了。所以,直流電鍍的技術成本也非常低,這對研究能力不強的中小企業來說,無疑是件很好的事情。但是,脈沖電鍍就不一樣了,由于其發展時間短,技術復雜,所以脈沖電鍍的生產工藝只掌握在那些擁有研發能力的大型企業手里,對于多數中小企業來講,要想獲得這種技術,只有購買,這加大了產品的生產成本。

脈沖電鍍的最大優點是提高鍍層質量,這一點是不可否認的。但從目前的研究情況看,提高鍍層質量的程度對各種金屬或合金來講是不一樣的。例如,對于貴金屬,脈沖電鍍鍍層的質量就相當好,而對于普通金屬(例如鋅) ,鍍層質量改善就不是很明顯。據我們分析,原因可能在于:貴金屬電鍍主要應用于高附加值的制品中,所以研究得就比較多,可以說已經找到了脈沖電鍍的最佳工藝;而對于普通金屬電鍍,卻很少引起研究人員的關注,所以至今仍然沒有很大的改善。

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