脈沖電鍍電源的工作原理及技術研究

    多組脈沖換向的優點如下:

    (1)各層間應力相互抵消，鍍層脆性下降，抗疲勞強度增強;

    (2)各層間多次重疊，則鍍層孔隙率降低，致密性、耐蝕性提高;

    (3)各層間組分不同，有可能產生奇異的效果。

    4·脈沖電鍍電源

    脈沖電鍍電源是產生脈沖電流的電源，它一般先由基礎直流電源產生低紋波直流電流，然后再通過功率器件斬波形成脈沖電流。斬波電路可采用可控硅電子開關電路和晶體管轉換開關電路等。

    4.1 脈沖電鍍電源的波形

    圖1為理想的方波脈沖電流波形，但由于受脈沖電鍍電源內部電感、電容等器件及外加負載的影響，實際應用中的脈沖波形不可能如圖1所示。實際脈沖電鍍中的電流波形近似于梯形，可簡單地用圖6中的波形來表示。

    在電鍍體系中，電極/溶液界面間的雙電層近似于一個平板電容器，板間具有很高的電容。當向該電鍍體系施加脈沖電流時，必須首先給雙電層充電。雙電層充滿電(脈沖電流密度從零增至峰值)需要一定的時間tc，脈沖電流密度不可能從零垂直增至峰值，而是需要一定的“爬坡”�！芭榔隆彼�需要的時間可簡單地視作脈沖的上升時間(確切的脈沖上升時間定義:脈沖電流密度由峰值電流密度的10%上升到90%所需要的時間)，上升時間也稱作“上升沿”、“前沿”、“上沖”等。

    當脈沖電流密度“爬坡”至峰值并持續一段時間tb后，開始進入關斷期。進入關斷期后，脈沖電鍍電源雖然停止向該電鍍體系供電，但雙電層放電(從滿電釋放至零)會使電流維持一段時間td。所以，此時脈沖電流密度不可能從峰值垂直下降至零，而是需要一定的“下坡”。“下坡”所需要的時間可簡單地視作脈沖的下降時間(確切的脈沖下降時間定義:脈沖電流密度由峰值電流密度的90%下降到10%所需要的時間)，下降時間也稱作“下降沿”、“后沿”、“下沖”等。

    正是由于脈沖前、后沿的客觀存在，使實際脈沖電鍍中的電流波形不可能是理想的方波，而是一種不規則的近似于梯形的波形。目前尚無法確知前、后沿對鍍層質量的影響有多大，但可確知其存在會使脈沖電鍍瞬時高電位的有利作用得不到充分發揮。所以，脈沖電鍍中總是要求脈沖前、后沿盡可能小，一般要求前沿20~100μs，后沿30~100μs。其實，不應只要求前、后沿大小，避免前、后沿大于(或等于)導通、關斷時間也很必要。否則，若前沿(遠)大于導通時間，后沿(遠)大于關斷時間，則鍍槽內只能得到在平均電流附近變化的脈沖電流，即:脈沖電流實際變成了直流電流，其波形，如圖7所示。

    4.2 脈沖電鍍電源的頻率

    一般高頻脈沖定義為頻率大于5000Hz，低頻為頻率小于500Hz，中頻則在500~5000Hz之間。用于電鍍的脈沖電源多屬于中頻類型[2]。當使用頻率較低的脈沖電源時，其改善鍍層質量的效果會稍差。所以，低頻脈沖電源多用于陽極氧化或其他工藝，而較少用于電鍍，尤其是貴金屬電鍍。當使用頻率較高的脈沖電鍍電源時，脈沖前、后沿極易對導通、關斷時間造成嚴重影響，從而影響脈沖電鍍瞬時高電位有利作用的充分發揮。例如:脈沖鍍金，頻率5000Hz(此時脈沖周期0.2ms)，占空比20%，則導通時間為40μs，此時，假設脈沖前沿為最小的20μs(實際可能更大)，則其比例至少占到了導通時間的50%;若頻率大于5000Hz，占空比小于20%(脈沖鍍金時占空比很多時候選10%)，則前沿占導通時間的比例會更大，甚至前沿會大于導通時間，如此，脈沖電鍍改善鍍層結晶的作用肯定會受到嚴重影響。實際脈沖電鍍貴金屬生產中，頻率多在1000Hz左右。

    當使用頻率更高的脈沖電源(上萬或幾萬Hz)時，其輸出的電流多是如圖7所示的電流波形，實質是一種直流電流，與能夠改善鍍層結晶的方波脈沖電流有本質的區別。