什么是脉冲电镀？其基础原理以及优势有哪些？超硬专家郑州千磨告诉你

  原标题：什么是脉冲电镀？其基础原理以及优势有哪些？超硬专家郑州千磨告诉你

  传统的电镀工艺，一般都是采用直流电流。由于直流电流阴极表面附近的液层中金属离子不断被沉积，不可避免地会引起浓差极化和析氢等副反应，这将直接影响镀层的质量。

  脉冲电镀是通过槽外操控方法改善镀层质量的一种强有力的手段。相比于普通的直流电镀电源，脉冲电镀电源提供的是一种具有一定通断比例的变化电流。在电流导通时，阴极表面附近液层中金属离子被充分沉积；当电流关断时，阴极周围的放电离子又恢复到初始浓度。这样，不断重复的周期脉冲电流大多数都用在金属离子的还原，同时，脉冲电源还可以再一次进行选择相当大的瞬间电流，以实现极高过电位下的电沉积，这样得到的沉积层晶粒细化，还能降低析氢等副反应。

  常见的脉冲电流波形有方波、三角波、锯齿波、阶梯波等。根据确定脉冲波形的几点原则(如实镀效果、便于分析和研究、易于获得和调控、便于推广等)，方波是最符合标准要求的脉冲波形。典型的方波脉冲波形，如图所示，可见脉冲电流实质上是一种通断的直流电。

  传统的直流电镀只有电流或电压可供调节，而脉冲电镀有脉冲电流密度(或峰值电流密度)im。、脉冲导通时间ton和脉冲关断时间toff 3个独立的参数。

  脉冲电镀时采用的平均电流密度通常都不超过在相同条件下直流电流的极限值。这样每个脉冲结束时，其扩散层中的离子不致过度消耗。

  在固定平均电流密度im下，通过改变导通时间(或关断时间)的长短，能够获得不同的峰值电流密度ip。ip越大，过电位越大，使得形成晶核的速度大于其生长速度。一般说来，在平均电流密度不变的条件下峰值电流密度越大，晶粒的尺寸越小，沉积层也就越细致光滑，孔隙率也相应降低。

  (1)当ton和toff维持恒定时，改变ton将使ip发生明显的变化，如前所述会影响结晶。

  (2)当ip和toff维持恒定时，延长脉冲时间，一方面将增加沉积金属量对吸附物质的比率。其结果是降低了有效的阻化作用以此来降低了干扰晶粒生长的作用，并降低了晶核形成速度，导致晶粒长大；另一方面将导致阴极附近金属离子过度消耗，以致在关断时间内，金属离子没办法恢复到接近初始浓度而导致浓差极化。

  在脉冲电镀的关断周期内，阴极附近被消耗的金属离子，通过扩散传质恢复到接近初始浓度，以保证下一个脉冲周期电极过程的进行。与此同时，还有几率发生一些对电结晶过程很有影响的现象：如重结晶和吸脱附等。

  在脉冲导通期内，由于使用较高的电流密度，使晶核的形成速率远大于原有晶体的生长速率，因此可形成结晶细致的镀层。镀层结晶细致则密度大、硬度高、孔隙率低，即：大幅度的提升镀层的耐蚀、耐磨、焊接、韧性、导电率、抗变色性，降低镀层的粗糙度，这对于功能性电镀来说尤其重要。

  在脉冲关断期内，阴极区域溶液中导电离子的质量浓度会得到不同程度的回升，溶液电阻率减小，脉冲导通期阴极表面吸附的氢可以脱附，这样镀层氢脆得以消除或减轻，并以此来提高工件的抗断裂强度，这在对机械强度要求比较高的产品的电镀中无疑有着重要的意义。

  在直流电镀中，为实现合金共沉积、增加镀层的光亮度或者是改善镀层的物理性能，通常要加入络合剂、光亮剂等添加剂，而这些添加剂通常都是毒性很强的溶液，对生产和环保非常不利。使用脉冲电镀，能够最终靠调节脉冲参数来获得高质量的镀层，无需用任何的添加剂。

  脉冲关断期内金属离子的质量浓度的回升降低了浓差极化，有利于提高阴极电流效率和阴极电流密度，来提升镀速。一般脉冲电镀可减少1/2的受镀时间，大幅度的提升生产效率；在相同的镀层性能指标前提下，可使镀层厚度减薄1/3，节省原材料（如锡、镍、镉等金属）20%的使用量，为企业创造更好的效益。