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双脉冲电镀

发布时间 2018-04-23   发布人: admin   浏览次数:678

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性能特点

一、双脉冲电镀的基本原理

脉冲电镀过程中,当电流导通时,电化学极化增大,阴极区附近金属离子充分被沉积,镀层结晶细致、光亮;当电流关断时,阴极区附近放电离子又恢复到初始浓度,浓差极化消除。

双脉冲电镀习惯称双(即周期换向)脉冲电镀,它是在输出一组正向脉冲电流之后引入一组反向脉冲电流,正向脉冲持续时间长反向脉冲持续时间短,大幅度、短时间的反向脉冲所引起的高度不均匀阳极电流分布会使镀层凸处被强烈溶解而整平。典型的双脉冲波形如下图所示。

二、双脉冲电镀的优越性

1 反向脉冲电流改善了镀层的厚度分布,镀层厚度均匀,整平性好。

2 反向脉冲的阳极溶解使阴极表面金属离子浓度迅速回升,这有利于随后的阴极周期使用高的脉冲电流密度,而高的脉冲电流密度又使得晶核的形成速度大于晶体的生长速度,因而镀层致密、光亮,孔隙率低。

3 反向脉冲的阳极剥离使镀层中有机杂质(含光亮剂)的夹附大大减少,因而镀层纯度高,抗变色能力强,这一点在氰化镀银中尤为突出。

4 反向脉冲电流使镀层中夹杂的氢发生氧化,从而可消除氢脆(如电沉积钯时反向脉冲可除去共沉积的氢)或减小内应力。

5 周期性的反向脉冲电流使镀件表面一直处于活化状态,因而可得到结合力好的镀层。

6 反向脉冲有利于减薄扩散层的实际厚度,提高阴极电流效率,因而合适的脉冲参数会使镀层沉积速度进一步加快。

7 在不允许或少量允许有添加剂的电镀体系中,双脉冲电镀可得到细致、平整、光洁度好的镀层。

因而,镀层的耐温、耐磨、焊接、韧性、防腐、导电率、抗变色、光洁度等性能指标成倍提高,并可大幅度节约稀贵金属(约20%—50%),节约添加剂(如光亮氰化镀银约50%—80%)。 

应用实例说明:

1 、脉冲镀银

普通镀银不能直接得到光亮镀层,要想光亮需进行化学浸亮或滚光处理,但会造成银镀层损耗,且难以回收损耗的50%,从而造成较大浪费。光亮镀银可直接得到光亮镀层,从而既简化了操作,又减少了浪费,但镀层抗变色能力变得更差,导电性也变差。因银在含硫空气中极易变色,添加剂多为含硫化合物,夹附在镀层中必然促其更容易变色,从而严重影响镀层电性能和焊接性能。并且,添加剂的夹附(此时添加剂可视为杂质)使银镀层变得不纯,电性能随即下降。光亮镀银液可直接得到光亮银镀层,但却带来副作用(如镀层抗变色能力、导电性变差,添加剂分解产物较难处理等)。

关于光亮镀银副作用问题,接插件行业已有人指出,射频连接器的内外导体镀银时,采用光亮镀银,会对产品耐环境性能和导电性能产生较大影响。生产中也发现,光亮镀银件比化学浸亮或滚光处理的普通镀银件变色快。当然,可采用钝化、浸防银变色剂、或两者并用等措施对光亮镀银层进行防变色处理,但这只是善后措施,却无法改变其夹附了可促使镀层变色或影响其它性能的含硫化合物的本质。所以,若对镀层质量要求较高,一般不主张采用光亮镀银,某些军工产品(如航空发动机轴承保护架)镀银甚至严禁使用添加剂。但没有添加剂不能直接得到光亮银镀层,军工产品只要镀层性能好可不考虑亮度,其它产品(如职业电镀厂加工的产品)则多半不行。其它产品甚至提出既要性能又要亮度(还不能采用浸亮或滚光处理)的要求,有人想到脉冲,想在普通镀银液中采用脉冲电流得到光亮银镀层。一开始选用单脉冲。单脉冲参数较少,仅有导通、关断和峰值电流,试验很快就能做完。结果未能如愿,只是单脉冲镀银层比直流更细致、洁白,但仍无光泽。后来考虑双脉冲。曾有专家称,若参数选择得当,在暗镍液中采用双脉冲极可能得到亮镍镀层,因如果暗镍使用双脉冲能得到光亮镀层,暗银也应该可以(氰化镀银的反向剥离作用更明显)。目前,双脉冲镀暗银无论试验还是生产,基本采用比较常用的参数,而没有对其做更深一步探索,结果当然也就没有得到光亮银镀层。但尽管如此,目前双脉冲镀暗银的结果还是令人欢欣的。相信不止一人做过这样的试验或有这样的经验:对比直流、单脉冲、双脉冲镀暗银的结果,直流银白无光,单脉冲细致、洁白,但无光,双脉冲则比单脉冲尤其在零件高区已有明显的光泽(基本为半光亮),在阳光下观察其它部位也会有反射光。但这是采用常用参数的结果,常用参数未必是最佳参数,若是最佳参数情况会怎样呢?目前尚无双脉冲滚镀暗银的经验或结果,相信应是一种类似挂镀高区一样亮度的均匀的半光亮镀层。因滚镀的滚光作用①可增加镀层亮度②可使亮度和色泽更均匀,挂镀已经在零件高区得到了半光亮镀层,滚镀难道不可以使整个镀层半光亮吗?这只是采用常用的参数,若是最佳参数呢?当然,结果如何还需事实说话,但目前采用双脉冲对既要性能又要亮度的产品起码有以下意义:①若采用光亮镀银,双脉冲在仅有少量或部分添加剂时即可得到光亮银镀层,因而可大大减少添加剂用量,这样既提高镀层性能(因添加剂夹附少且脉冲镀层致密)又保证亮度,还节省昂贵的添加剂(幅度通常为50%~80%);②若采用普通镀银,双脉冲滚镀暗银已得到半光亮镀层(仅为胜算较多的预测),此时稍作浸亮或滚光处理镀层即应光亮,这样不是可以减少银材浪费吗?

2、脉冲镀金

脉冲电镀的优越性尤其在镀金上能够得到更好的体现。脉冲镀金可得到结晶致密的镀层,其光洁度、防腐性、可焊性、耐磨性、抗高温变色能力等均有较大程度的提高,并可大幅度节金。但有一种观点认为,滚镀金采用脉冲对提高金镀层致密度意义不大,理由是滚镀的滚光作用可使粗大的晶体不能长大,因而镀层致密、光亮,无需再采用脉冲。这种观点似乎不无道理,但多有偏颇。因滚镀的滚光只是一种机械擦光作用,其能力有限,并不能代替脉冲电流较大的电化学极化产生的细晶作用。因此,如果镀金件的质量要求较高,仍需采用脉冲电镀这个(尤其镀金时)最有效的槽外控制手段。例如,目前集成引线框架、线性管壳、接插件接触体等零件的脉冲滚镀金已非常普遍。

并且,目前还逐渐形成一种共识,即金镀层的底镀层——镍层也应采用脉冲电镀。理由是脉冲镀镍层的应力、致密度、均匀性等远优于直流镀镍,这无疑会给金镀层打下坚实的基础,从而大大提高金镀层的各项功能性指标。例如,某厂电子产品滚镀金虽采用脉冲电镀,且金层厚度达到要求,镀件外观也较好,但仍不能满足380℃~450℃高温考核试验。后聘请专家问题得到解决。解决问题的措施之一就是采用脉冲滚镀镍代替直流滚镀镍,当然还有其它措施,如严格操作、改良镀金液配方等。脉冲滚镀金采用的脉冲参数可参考如下:

但许多人认为,酸性镀金时由于金的阳极不溶解性,双脉冲的反向剥离不起作用,因此采用双脉冲是多余的。其实,双脉冲镀金时反向剥离只是对改善金镀层的均匀性作用不大,但不能说是多余的,或者不能说没有其它意义。有一个小实验可说明双脉冲镀金有无其它意义。在相同的酸性镀金溶液中,使用相同的电流密度,分别采用直流、单脉冲、双脉冲在相同的时间内各镀一张试片。比较三张试片,可明显看得出,其镀层光亮度是从直流到单脉冲再到双脉冲依次递增的。

这说明双脉冲的反向剥离对改善金镀层的结晶是有利的,否则采用双脉冲所得的镀层不会比单脉冲更光亮。这应该是由于反向脉冲对金镀层虽起不到阳极溶解作用,但可起到电抛光作用,这利于在随后的阴极脉冲周期内沉积的镀层更细致、光亮。另外,反向脉冲可能还具有使镀层在随后的阴极脉冲周期内进行更加充分的重结晶的作用,因而所得镀层的晶粒会更细。但反向脉冲的工作时间不宜太长(不大于正向时间的1/10),否则镀层沉积速度较慢。并且,反向脉冲的峰值电流密度不宜低于正向脉冲,否则反向电抛光作用不明显。双脉冲滚镀金也是如此。 滚镀装饰金时间短,镀层薄,镍底层亮度好,镀层无功能性要求,所以一般主张不采用脉冲电镀,以节约昂贵的脉冲电源设备成本。但有生产实践表明,采用双脉冲镀金,若参数选择得当,电镀时间可缩短1/3以上,从而达到节金的效果。


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