脈衝電鍍

脈衝電鍍是指用脈衝電源代替直流電源的電鍍。可通過控制波形、頻率、通斷比及平均電流密度等參數，使電沉積過程在很寬的範圍內變化，從而在某種鍍液中獲得具有一定特性的鍍層。

基本介紹

• 中文名：脈衝電鍍
• 外文名：pulse electroplating
• 優點：改變鍍層結構等
• 常用方法：恆電位脈衝法等
• 套用：機械製造、電子工業等
• 學科：機械工程

原理

脈衝電鍍是使電鍍迴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衝的電鍍方法。與普通電鍍相比，這種方法具有鍍層平整緻密、附著性好，電流效率高、環保性能好等優點，在一般的研究和套用中，脈衝電鍍所使用的脈衝方式可分為單向脈衝和雙向脈衝兩種。使用的脈衝波主要是矩形波和正弦波。

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。脈衝電鍍由於有關斷時間，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。脈衝電鍍峰值電流可以大大高於平均電流，促使晶種的形成速度高於晶體長大的速度，使鍍層結晶細化，排列緊密，孔隙減少，硬度增加。

特點

1．優點

和直流電鍍相比，脈衝電鍍有以下優點：

(1)改變鍍層結構，晶粒度小，能獲得緻密、光亮和均勻的鍍層。

(2)改善了分散能力和深鍍能力。

(3)降低鍍層孔隙率，提高了抗蝕性。

(4)降低了鍍層內應力，提高鍍層韌性。

(5)減小或消除氫脆，改善鍍層的物理性能。

(6)減少添加劑的用量，降低鍍層中雜質含量，提高了鍍層的純度。

(7)降低濃差極化，提高陰極電流密度，可以提高沉積速度。

此外，採用脈衝電鍍可用比較薄的鍍層代替較厚的直流電鍍層，節約了原材料。尤其是在節約貴重金屬方面具有很大的潛力。即脈衝電鍍是利用提高鍍層質量的方法來達到節約貴重金屬的目的，具有較大的經濟效益。

生產中套用脈衝電鍍的主要是貴重金屬。如鍍金、鍍銀，其次是鍍鎳，也有鍍鋅和將直流與脈衝電流疊加用於鋁的陽極氧化。

2．缺點

脈衝電鍍作為鍍槽外控制電極過程的手段，為電鍍技術的發展開闢了新的途徑，但是脈衝電鍍也有一定的局限性。

(1)供脈衝通斷時間的選擇受電容效應的影響。

(2)脈衝電鍍的最大平均沉積速度不能超過相同流體動力學條件下直流電鍍的極限沉積速度。

常用方法

1．恆電位脈衝法

套用恆電位脈衝法，電極反應的動力恆定，反應速率隨時間而發生變化，在套用恆電位脈衝法進行電鍍時，需要在電鍍槽中引入第三電極，也叫做參比電極，來控制陰極電位，也就形成了三電極系統。它的最大優點是能夠很好地控制電流效率和合金的組成，同時無須因鍍件的增減而調整電流，從套用的方面來看，控制恆電位脈衝鍍是比較困難的，因為讓參比電極置於槽中，使陰極各點都能保持恆定的電位是很難做到的，若讓電極瞬間達到給定的電位，在理論上電流是從小到大的，由於儀器的限制是不可能做到的，在電鍍結束時又需要回到起始的電位，而該電位與電極表面的靜態電位相近，有可能使沉澱金屬再次溶解，所以通常在電鍍結束時需要一個反向電流，反向電流有可能會使陰極鈍化，正因為如此，恆電位脈衝法的套用受到了限制。

2．恆電流脈衝法

恆電流脈衝法要求電極反應的速率恆定，而電位隨電流變化，恆電流脈衝法不需要引進參比電極，所以在套用方面比較簡單，並且當選擇的導電時間合適，溶液的電阻可忽略，同時不受溶液電阻和電容的影響，恆電流脈衝法能夠在瞬間達到較高值，它充分體現了脈衝電鍍法對鍍層物理化學性能的影響，因此得到了較大的套用。

3．周期反向脈衝電鍍

在調製電流電鍍中，周期反向脈衝電鍍使用較早且比較普遍，它是正向脈衝和反向脈衝相互聯結的電鍍方法，其中正向的脈衝時間比反向脈衝時間要長，但正、反向脈衝的電流幅度基本上是相等的。周期反向脈衝電鍍要求生成的鍍層能夠較容易地溶入電解溶液，而防止在反向電流時使鍍層鈍化。反向脈衝電鍍能夠改變鍍層的厚度分布，要求電鍍電源能夠獨立調節正、反向電流，從而能夠最大限度地發揮脈衝電鍍的優勢。

工藝及套用

1．脈衝鍍金

脈衝鍍金可以使用工業生產中的任何配方，工藝條件也基本相同，只是改變電流的施加方式即施加脈衝電流。脈衝電鍍金是一種提高鍍層質量減少黃金消耗量的有效方法。採用脈衝法得到的鍍金層外觀顏色好、結晶細緻、密度大、均勻性好。在電子工業中廣泛套用的電晶體座、印刷電路板、接外掛程式、連線件及電器件採用脈衝鍍金在達到規定指標的前提下，可以減薄鍍層的厚度，節省15%～20%的黃金，並且脈衝法得到的鍍金層具有較好的抗高溫變色能力。

2．脈衝鍍鋅

電鍍鋅作為防護性鍍層是套用最廣泛的一個鍍種。在電鍍生產中，電鍍鋅占總產量的60%以上。在機械製造和電子工業中，電鍍鋅的比重更大，占總產量的70%~80%。採用脈衝鍍鋅對於改變鍍層結構、提高抗蝕能力有明顯的作用。

3．脈衝鍍鎳

脈衝鍍鎳可以降低鍍層的孔隙率，增強鍍層的延展性，減少或者不用光亮劑就可以獲得光亮的鎳鍍層。

4．脈衝鍍鉻

脈衝鍍鉻對鍍液性能的影響不大，陰極電流效率、分散能力與直流鍍鉻差不多。但脈衝鍍鉻能改善鍍層的性能和結構，如提高鍍鉻層的抗蝕能力，增強耐磨性，獲得無裂紋鍍鉻層。

5．不對稱交流鍍鐵

鍍鐵層純度高、耐磨性好，在印刷製版行業套用比較廣泛，汽車、機車的曲軸和大型工具機等零件的磨損修複方面也有套用。採用傳統氯化亞鐵工藝必須在85℃才能得到結合良好、內應力小、純度高、延展性好的鍍鐵層，而在常溫下鍍出的鐵層硬而脆，結合力差。

採用不對稱交流起鍍，而後逐步過渡到直流電鍍，則可以在30~50℃的溫度下，得到與基體結合良好而較軟的底層，面層卻是硬度高、耐磨件好的鍍層。