脈沖電鍍和深鍍能力

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• 發(fā)布時間：2021-04-08
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圖1  直流電鍍中高厚徑比通孔銅鍍層分布示意圖（“狗骨頭”狀）

圖2 脈沖電流波形示意圖

反向脈沖電鍍工藝使用的是專用的脈沖整流機輸出的周期脈沖電流，輸出電流的理論波形如圖2所示。每個作用周期內(nèi)，整流機系統(tǒng)通過內(nèi)置電流切換系統(tǒng)得到一個預設的反向輸出電流，采用示波器可以測試實際輸出的電流大小和波形穩(wěn)定情況，如圖3所示。

圖3 脈沖電流實際波形示意圖

測試是在一條6000L的脈沖電鍍生產(chǎn)線上實施的，試驗板尺寸為18 inch×24 inch，板的厚度為5.0mm，孔徑為0.15mm（1 #）和0.2mm（2 #）。

為了考察陰極接線方式對輸入到板上電流波形的影響，設置了兩種不同的接線方式。一種是傳統(tǒng)的飛巴與V座的契合方式，陰極導線連接在V座上，通過V座導電；另一種是陰極導線直接連接在飛巴上導電（如圖4所示）。

圖4  兩種不同接線方式示意圖

（上：飛巴契合方式；下：陰極一體化方式）

同時為了考察震動方式對脈沖電鍍波形的影響，設置了幾種不同間隔的震動模式，振幅和普通直流一致。V1：震動20s，停止20s；V2震動20s，停止60s；V3：震動20s，停止120s；V4：震動20s，停止180s。

實驗過程電鍍參數(shù)統(tǒng)一使用15ASF的正向電流密度，1:4的正反電流比，120:6ms的正反時間比。制作測試板，讀取通孔的鍍通率數(shù)據(jù)。

表1  脈沖電鍍方案

采用金相切片的方法表征脈沖電鍍試驗板的深鍍能力，數(shù)據(jù)讀取示意圖如圖5所示。

圖5 通孔深鍍能力表征示意圖

本文中用6點法來表征通孔的深鍍能力，計算方式為：TP（%）=[( E+F)÷2]/ [(A+B+C+D)÷4] ×100%結果與討論

脈沖電鍍過程與直流電鍍最大的區(qū)別在于其擁有高電流短時間的反向電流的作用，采用示波器可以將輸出的電流展示出來。如圖6所示為在脈沖電鍍條件下，不同狀態(tài)下用示波器檢測到的波形情況。對比三個圖可看出，對于陰極一體化接線方式，振動對其基本沒有影響；而采用飛巴契合的方式，在沒有振動的情況下，其波形較好，當振動打開后有較多的噪音影響，且輸出正反向電流有略微波動。

圖6  不同接線方式實際波形圖

（左：陰極一體化；中：飛巴契合方式無振動；右：飛巴契合方式有振動）

從上表可以看出，對于高厚徑比通孔來說，陰極一體化方式的陰極接線方式更加有利于深鍍能力的提升。這和上述波形穩(wěn)定情況相吻合，進一步證明在脈沖電鍍過程中波形的重要性。不同震動方式對深鍍能力影響

下面是在陰極和飛巴契合方式條件下，在不同震動模式下測試得到的深鍍能力結果。

圖7  不同震動模式下不同孔徑通孔深鍍能力變化趨勢圖

從圖7可看出，超高厚徑比通孔的深鍍能力隨著震動間隔時間的加大總體呈現(xiàn)向上趨勢，但當間隔時間在120 s以上時，雖然TP還是上升，但是其改變已經(jīng)變得很緩慢。脈沖電鍍過程中，震動模式對鍍通率的影響上，主要受制于實際電鍍板面電流波形情況，震動對于擴散層厚度的改善不是關鍵因素（藥水流動）。對于普通震動模式（震動20s，停20s），雖震動強烈，表面、邊上孔內(nèi)藥水交換更好，但是整個電鍍過程震動時間占比一半，波形的擾動嚴重，最終導致其深鍍能力不佳。隨著震動模式中震動停止的時間的加長，波形擾動比例降低，TP逐漸提高。同時，考慮到震動對孔無銅的改善，其間隔時間不能是越長越好，從實驗數(shù)據(jù)來看，可選擇震動20s，停止120s的方式來調(diào)節(jié)脈沖電鍍的深鍍情況。

脈沖電鍍過程中波形的擾動對高厚徑比通孔的電鍍均勻性有較大影響，實際生產(chǎn)過程中需要通過對生產(chǎn)設備進行改造來減小對脈沖波形的擾動，提高輸出電流的穩(wěn)定性。

研究發(fā)現(xiàn)，陰極同軸電纜接線直接與陰極飛巴相連能夠有效減小震動對波形的擾動，進而得到較好的通孔深鍍能力。試驗表明，對于超高厚徑比的通孔，采用陰極接線一體化的方式，深鍍能力可以提高十五個百分點。而對于目前在大批量生產(chǎn)中普遍采用的飛巴與V座契合式的連接方式，可采用調(diào)節(jié)震動模式來減小波形的擾動，提高通孔的電鍍均勻性。實驗得出，震動20s，停止120s的振動方式可以得到較為滿意的高厚徑比通孔電鍍均勻性。