前言
脈沖電鍍是通過槽外控制方法改善鍍層質(zhì)量的一種強(qiáng)有力的手段，相比于普通的直流電鍍鍍層，其具有更優(yōu)異的性能(如耐蝕、耐磨、純度高、導(dǎo)電、焊接及抗變色性能好等)，且可大幅節(jié)約稀貴金屬，因此，在功能性電鍍中得到較好的應(yīng)用。目前脈沖電鍍中所使用的多為方波脈沖。
脈沖電鍍電源能產(chǎn)生方波脈沖電流，它在用于電鍍時(shí)并不能得到理想的正方波，而是一種近似于梯形的波形，這會影響脈沖電鍍瞬時(shí)高電位有利作用的充分發(fā)揮。脈沖頻率對鍍層結(jié)晶也會產(chǎn)生較大影響，頻率過低，效果不明顯;頻率過高，波形畸變程度大，甚至脈沖電流會變成直流電流。脈沖電鍍電源的正確使用(如設(shè)備安裝、設(shè)備選型、參數(shù)選擇等)對脈沖波形、設(shè)備可靠性、脈沖電鍍優(yōu)越性的正常發(fā)揮等均產(chǎn)生重要影響。
1 脈沖電鍍的基本原理
常見的脈沖電流波形有方波、三角波、鋸齒波、階梯波等。根據(jù)確定脈沖波形的幾點(diǎn)原則(如實(shí)鍍效果、便于分析和研究、易于獲得和調(diào)控、便于推廣等)，方波是最符合要求的脈沖波形。典型的方波脈沖波形，如圖1所示。由圖1可知:脈沖電流實(shí)質(zhì)上是一種通斷的直流電。
1.1 脈沖電鍍的基本參數(shù)
傳統(tǒng)的直流電鍍只有電流或電壓可供調(diào)節(jié)，而脈沖電鍍有脈沖電流密度(或峰值電流密度)Jp、脈沖導(dǎo)通時(shí)間ton和脈沖關(guān)斷時(shí)間toff3個(gè)獨(dú)立的參數(shù)。由ton和toff可以引出脈沖占空比γ。
(1)脈沖占空比γ計(jì)算公式
脈沖占空比γ指脈沖導(dǎo)通時(shí)間ton占整個(gè)脈沖周期(ton+toff)的百分比，可用下式表示:
(2)平均電流密度Jm、峰值電流密度Jp、脈沖占空比γ關(guān)系式
在一個(gè)脈沖周期內(nèi)，由于電流只在部分時(shí)間(ton)導(dǎo)通，而其他時(shí)間(toff)為零，因此，脈沖電鍍的電流密度有平均電流密度和峰值電流密度之分。平均電流密度Jm等于峰值電流密度Jp與脈沖占空比γ的乘積，可用下式表示:
由式(2)可以看出:Jm一定時(shí)，Jp會根據(jù)γ的不同而改變。
1.2 脈沖電鍍過程
(1)在脈沖導(dǎo)通期ton內(nèi)
峰值電流密度相當(dāng)于普通直流電流密度(或平均電流密度)的幾倍甚至十幾倍。高的電流密度所導(dǎo)致的高過電位使陰極表面吸附的原子的總數(shù)高于直流電沉積的，其結(jié)果使晶核的形成速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原有晶體的生長速率，從而形成具有較細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)的沉積層。
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