脉冲电镀

机械工程术语

脉冲电镀是指用脉冲电源代替直流电源的电镀。可通过控制波形、频率、通断比及平均电流密度等参数，使电沉积过程在很宽的范围内变化，从而在某种镀液中获得具有一定特性的镀层。

原理

脉冲电镀是使电镀回路周期性地接通和断开，或者在固定直流上再叠加某一波形脉冲的电镀方法。与普通电镀相比，这种方法具有镀层平整致密、附着性好，电流效率高、环保性能好等优点，在一般的研究和应用中，脉冲电镀所使用的脉冲方式可分为单向脉冲和双向脉冲两种。使用的脉冲波主要是矩形波和正弦波。

用直流电电镀时，在阴极和溶液界面处形成较厚的扩散层，使阴极表面金属离子浓度降低产生浓差极化，限制了电沉积的速度，使用较大的电流密度不但不能提高镀速，反而使阴极上的氢气析出量增加，电流效率降低，镀层质量变坏出现氢脆、针孔、麻点、烧焦和起泡等。脉冲电镀由于有关断时间，被消耗的金属离子利用这段时间扩散补充到阴极附近、当下一个导通时间到来时，阴极附近的金属离子浓度得以恢复，故可以使用较高的电流密度。脉冲电镀峰值电流可以大大高于平均电流，促使晶种的形成速度高于晶体长大的速度，使镀层结晶细化，排列紧密，孔隙减少，硬度增加。

特点

1．优点

和直流电镀相比，脉冲电镀有以下优点：

(1)改变镀层结构，晶粒度小，能获得致密、光亮和均匀的镀层。

(2)改善了分散能力和深镀能力。

(3)降低镀层孔隙率，提高了抗蚀性。

(4)降低了镀层内应力，提高镀层韧性。

(5)减小或消除氢脆，改善镀层的物理性能。

(6)减少添加剂的用量，降低镀层中杂质含量，提高了镀层的纯度。

(7)降低浓差极化，提高阴极电流密度，可以提高沉积速度。

此外，采用脉冲电镀可用比较薄的镀层代替较厚的直流电镀层，节约了原材料。尤其是在节约贵重金属方面具有很大的潜力。即脉冲电镀是利用提高镀层质量的方法来达到节约贵重金属的目的，具有较大的经济效益。

生产中应用脉冲电镀的主要是贵重金属。如镀金、镀银，其次是镀镍，也有镀锌和将直流与脉冲电流叠加用于铝的阳极氧化。

2．缺点

脉冲电镀作为镀槽外控制电极过程的手段，为电镀技术的发展开辟了新的途径，但是脉冲电镀也有一定的局限性。

(1)供脉冲通断时间的选择受电容效应的影响。

(2)脉冲电镀的最大平均沉积速度不能超过相同流体动力学条件下直流电镀的极限沉积速度。

常用方法

1．恒电位脉冲法

应用恒电位脉冲法，电极反应的动力恒定，反应速率随时间而发生变化，在应用恒电位脉冲法进行电镀时，需要在电镀槽中引入第三电极，也叫做参比电极，来控制阴极电位，也就形成了三电极系统。它的最大优点是能够很好地控制电流效率和合金的组成，同时无须因镀件的增减而调整电流，从应用的方面来看，控制恒电位脉冲镀是比较困难的，因为让参比电极置于槽中，使阴极各点都能保持恒定的电位是很难做到的，若让电极瞬间达到给定的电位，在理论上电流是从小到大的，由于仪器的限制是不可能做到的，在电镀结束时又需要回到起始的电位，而该电位与电极表面的静态电位相近，有可能使沉淀金属再次溶解，所以通常在电镀结束时需要一个反向电流，反向电流有可能会使阴极钝化，正因为如此，恒电位脉冲法的应用受到了限制。

2．恒电流脉冲法

恒电流脉冲法要求电极反应的速率恒定，而电位随电流变化，恒电流脉冲法不需要引进参比电极，所以在应用方面比较简单，并且当选择的导电时间合适，溶液的电阻可忽略，同时不受溶液电阻和电容的影响，恒电流脉冲法能够在瞬间达到较高值，它充分体现了脉冲电镀法对镀层物理化学性能的影响，因此得到了较大的应用。

3．周期反向脉冲电镀

在调制电流电镀中，周期反向脉冲电镀使用较早且比较普遍，它是正向脉冲和反向脉冲相互联结的电镀方法，其中正向的脉冲时间比反向脉冲时间要长，但正、反向脉冲的电流幅度基本上是相等的。周期反向脉冲电镀要求生成的镀层能够较容易地溶入电解溶液，而防止在反向电流时使镀层钝化。反向脉冲电镀能够改变镀层的厚度分布，要求电镀电源能够独立调节正、反向电流，从而能够最大限度地发挥脉冲电镀的优势。

工艺及应用

1．脉冲镀金

脉冲镀金可以使用工业生产中的任何配方，工艺条件也基本相同，只是改变电流的施加方式即施加脉冲电流。脉冲电镀金是一种提高镀层质量减少黄金消耗量的有效方法。采用脉冲法得到的镀金层外观颜色好、结晶细致、密度大、均匀性好。在电子工业中广泛应用的晶体管座、印刷电路板、接插件、连接件及电器件采用脉冲镀金在达到规定指标的前提下，可以减薄镀层的厚度，节省15%～20%的黄金，并且脉冲法得到的镀金层具有较好的抗高温变色能力。

2．脉冲镀锌

电镀锌作为防护性镀层是应用最广泛的一个镀种。在电镀生产中，电镀锌占总产量的60%以上。在机械制造和电子工业中，电镀锌的比重更大，占总产量的70%~80%。采用脉冲镀锌对于改变镀层结构、提高抗蚀能力有明显的作用。

3．脉冲镀镍

脉冲镀镍可以降低镀层的孔隙率，增强镀层的延展性，减少或者不用光亮剂就可以获得光亮的镍镀层。

4．脉冲镀铬

脉冲镀铬对镀液性能的影响不大，阴极电流效率、分散能力与直流镀铬差不多。但脉冲镀铬能改善镀层的性能和结构，如提高镀铬层的抗蚀能力，增强耐磨性，获得无裂纹镀铬层。

5．不对称交流镀铁

镀铁层纯度高、耐磨性好，在印刷制版行业应用比较广泛，汽车、机车的曲轴和大型机床等零件的磨损修复方面也有应用。采用传统氯化亚铁工艺必须在85℃才能得到结合良好、内应力小、纯度高、延展性好的镀铁层，而在常温下镀出的铁层硬而脆，结合力差。

采用不对称交流起镀，而后逐步过渡到直流电镀，则可以在30~50℃的温度下，得到与基体结合良好而较软的底层，面层却是硬度高、耐磨件好的镀层。

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