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(huán)保性能好等優(yōu)點(diǎn)，在一般的研究和應(yīng)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。

    用直流電電鍍時(shí)，在陰極和溶液界面處形成較厚的擴(kuò)散層，使陰極表面金屬離子濃度降低產(chǎn)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(zhì)量變壞出現(xiàn)氫脆、針孔、麻點(diǎn)、燒焦和起泡等。脈沖電鍍由于有關(guān)斷時(shí)間，被消耗的金屬離子利用這段時(shí)間擴(kuò)散補(bǔ)充到陰極附近、當(dāng)下一個(gè)導(dǎo)通時(shí)間到來時(shí)，陰極附近的金屬離子濃度得以恢復(fù)，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(jié)晶細(xì)化，排列緊密，孔隙減少，硬度增加。

    三、脈沖電鍍的應(yīng)用現(xiàn)狀

    1、脈沖單金屬電鍍

    脈沖單金屬電鍍，尤其貴金屬電鍍?nèi)允敲}沖電鍍研究應(yīng)用的重要領(lǐng)域，雙向脈沖電鍍工藝更顯現(xiàn)出其突出的優(yōu)點(diǎn)。國內(nèi)一電子封裝研究室在僅有30～40m2的電鍍車間內(nèi)裝配10臺(tái)左右的雙脈沖電鍍電源，用于鍍鎳、鍍金等，質(zhì)量高，銷售旺盛。這樣的單位國內(nèi)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(yīng)用也取得了很大進(jìn)展。例如，美國的Lucent公司在占空比為25%～30%、工作時(shí)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(xì)晶粒光亮度很高的錫鍍層，其晶粒尺寸為8～22nm。

    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(yōu)點(diǎn)。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(gòu)成，即金屬的平衡電位，金屬離子的濃度（嚴(yán)格講應(yīng)為活度）以及金屬離子的放電過電位（陰極極化）。對(duì)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(shí)現(xiàn)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(diǎn)是沉積金屬離子受擴(kuò)散控制，而脈沖電鍍借助關(guān)斷時(shí)間內(nèi)擴(kuò)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(fù)，因而有利于金屬離子共沉積。對(duì)于兩金屬平衡電位相差較大，這時(shí)除使用絡(luò)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(shù)值相近外，由于脈沖電鍍時(shí)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(yè)中已經(jīng)廣泛應(yīng)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。

    此外，利用脈沖電鍍還可以很方便地實(shí)現(xiàn)成層合金。成層合金又稱為復(fù)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(xué)性能都優(yōu)于單一金屬。美國國家標(biāo)準(zhǔn)局電沉積組研究人員從一種簡單鹽鍍液中應(yīng)用雙脈沖電鍍技術(shù)沉積分層合金。

    3、脈沖電鍍低應(yīng)力的光亮鍍層

    在電子工業(yè)和裝飾性電鍍中要鍍出低應(yīng)力的光亮鍍層通常方法是往鍍液中加入應(yīng)力降低劑和光亮劑，但這種方法得到的鍍層往往結(jié)合力不好、脆性大，尤其在電子工業(yè)中應(yīng)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(yīng)力較低又有一定光亮度的各種金屬鍍層。此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用已引起電鍍界的高度重視。

    四、脈沖電鍍?cè)谥行∑髽I(yè)應(yīng)用的困難及解決思路

    目前，脈沖電鍍技術(shù)在大型企業(yè)應(yīng)用較多，而在中小企業(yè)推廣卻比較困難，原因主要有兩點(diǎn)。

    1、脈沖電源價(jià)格昂貴

    由于技術(shù)復(fù)雜的原因，脈沖電鍍電源的價(jià)格比較昂貴。

    例如，最大輸出電流為1000A的直流電源市場價(jià)格大概為8000元，而同樣的雙脈沖電鍍電源價(jià)格大概為50000元，是直流電源的6倍多。眾所周知，電子產(chǎn)品的生產(chǎn)成本非常低，脈沖電鍍電源價(jià)格高的原因主要是開發(fā)成本高。如此昂貴的設(shè)備加大了電鍍制品的生產(chǎn)成本，而許多中小企業(yè)生產(chǎn)的又都是附加值不太高的普通電鍍產(chǎn)品（如鋼鐵鍍鋅、鎳、鉻等），因此脈沖電鍍技術(shù)在這些企業(yè)應(yīng)用就比較困難。

    2、電鍍工藝尚未成熟

    經(jīng)過上百年的生產(chǎn)實(shí)踐，直流電鍍技術(shù)現(xiàn)已比較成熟，無論是何種電鍍，現(xiàn)在技術(shù)上幾乎都能實(shí)現(xiàn)，并且鍍層質(zhì)量也相當(dāng)好。而脈沖電鍍技術(shù)引進(jìn)國內(nèi)只有很短的時(shí)間，并且脈沖電鍍也僅僅在貴金屬電鍍中應(yīng)用較多，因此，無論是鍍液配方，還是生產(chǎn)工藝，都相當(dāng)不完善。從技術(shù)上講，控制直流電鍍的參數(shù)只有1個(gè)：電流密度，而雙脈沖電鍍的參數(shù)就有6個(gè)，它們對(duì)鍍層質(zhì)量都會(huì)造成影響，所以探索脈沖電鍍的生產(chǎn)工藝就很困難。可以這樣說，對(duì)于多數(shù)工業(yè)上常用的直流電鍍，其生產(chǎn)工藝已經(jīng)不是什么商業(yè)秘密，而是一些公開的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，直接按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)去生產(chǎn)就可以了。所以，直流電鍍的技術(shù)成本也非常低，這對(duì)研究能力不強(qiáng)的中小企業(yè)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(fā)展時(shí)間短，技術(shù)復(fù)雜，所以脈沖電鍍的生產(chǎn)工藝只掌握在那些擁有研發(fā)能力的大型企業(yè)手里，對(duì)于多數(shù)中小企業(yè)來講，要想獲得這種技術(shù)，只有購買，這加大了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

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


 

責(zé)任編輯：王元

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