本科生毕业设计论文

引言电镀，即采用电化学的方法使金属离子还原为金属，并在金属或非金属制品表面形成符合要求的平滑、致密的金属覆盖层。

电镀后的镀层性能在很大程度上取代了原来基体的性能，起装饰和防护作用，随着科学技术与生产的发展，电镀工艺已遍布各个领域。

电流通过镀槽是电镀的必要条件，镀件上的金属就是在电流流过电镀时引起电化学反映而形成的。

在电镀中产生电流的装置，称之为电镀电源。

电镀电源的发展主要经历了四个阶段：直流电机阶段；硅整流阶段；可控硅阶段；电镀的发展经历了4个发展阶段：直流电机阶段、硅整流阶段、可控硅阶段、晶体管阶段。

脉冲电镀是一项新的电镀技术。

它的特点是由脉冲电流对电极过程动力学的特效影响所决定的，其中最主要的是对传质过程的影响。

所谓数字脉冲电源，就是采用微处理器等数字电路对脉冲电源中的直流斩波进行控制，并实现数字显示与数字调节的一种脉冲电源。

它是当今最为现在金的电镀电源，也是电镀电源发展的方向。

随着现代社会的发展,数控电源技术已经用到了各种领域，首先我们先了解一下数控技术的发展情况，人们对电镀质量的要求越来越高。

但目前电镀技术仍存在某些缺陷，诸如加工时间长、镀层厚度均匀性差、镀层容易出现缺陷以及存在较大内应力等。

这些缺陷大大限制了电镀技术的应用和发展，不能适应当前的生产，尤其是精密制造的需要。

数控电源技术是对电解电源实现大电流、高频率、大工作比脉冲输出、环保、节电节时高效的技术。

1. 绪论1.1 研究的目的电镀技术是军用电子元器件设计、制造工艺、封装测试环节中的重要一环，是军用电子元器件的重要组成部分和支撑，是保证和加强军用电子元器件、组件及系统可靠性和整体性能指标的关键，是武器装备小型化、多功能化、轻员化和高可靠性的重要技术之一。

武器装备的快速发展，对电子封装技术提出了新的、更高的要求。

高质量的表面处理技术成为军用电子元器件设计、制造、封装技术发展的难点和制高点。

长期以来，由于在电镀行业中普遍使用直流电镀电源，人们往往把主要精力用于改变直流电镀的镀液成分、采用化学添加剂等方式来改善镀层性能。

国际上从20世纪60年代中期把脉冲电源引入电镀领域，发展非常迅速。

脉冲电镀实际上是一种通断直流电镀。

脉冲电镀过程中，当电流导通时，脉冲(峰值)电流相当于普通直流电流的几倍甚至几十倍，正是这个瞬时高电流密度使金属离子在极高的过电位下还原，从而使沉积层晶粒变细;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，这利于下一个脉冲周期继续使用高的脉冲(峰值)电流密度，同时关断期内还伴有对沉积层有利的重结晶、吸脱附等现象。

这样的过程同期性地贯穿整个电镀过程的始末，其中所包含的机理构成了脉冲电镀的最基本原理。

实践证明，脉冲电镀在细化结晶、改善镀层物理化学性能、节约贵金属等方面比传统的直流电镀有着不可比拟的优越性。

随着电镀理论和电源技术的发展，将反向脉冲又引入电镀，也就是说，在脉冲电镀正向脉冲期间，适当地引入少量反向脉冲，这样可以将镀层表面上的杂质以及结合力不太强的离子拉回，从而提高了镀层的致密性。

20世纪80年代末90年代初双脉冲电镀电源在我国开始有所应用以来，脉冲电镀技术即得到了飞速发展。

目前国内已有能实现单一波形，正反向周期换向的双脉冲电源。

我所曾于90年代中期配置了这种双脉冲电源。

由于在电镀过程中，在不同的阶段需要不同的电镀参数，例如在电镀的初始阶段是不允许有反向脉冲的，因为此时的反向脉冲会使镀件上的金属离子进入到镀液而污染了电镀液，所以只有等工件表面镀了一层以后，方可引入反向脉冲。

对于双脉冲电源来说，只能等镀了一段时间后，再重新手动修改电镀参数，这样势必造成操作上的烦琐和失误，同时因为过多的人为因素的介入，使得重复性变得很差。

鉴于以上原因，受国外程控电镀电源设计思想的启发，结合双脉冲方波电源制作经验，为了更好更宽地适应不同电镀工艺对多参数脉冲组合电源的需求，我们研制了这套程序控制多脉冲方波(后略)电镀电源。

该程序控制多脉冲电镀电源可以将多组不同参数的脉冲方波(包括正、反向脉冲)进行任怠组合，且脉宽、频率等参数调节范围宽，使用灵活方便，很好地满足了多种电镀工艺的需求。

1.2 国内外脉冲电镀电源研究现状1.2.1 脉冲电镀电源国内发展概况由于脉冲电镀对改善镀层性能有特殊的功能，其经济效益尤其在节约贵余属方面非常显著。

70年代后期，我国部分高等院校、研究所、生产厂已研制并投产几种类型的脉冲电镀电源，其情况大致可分为以下三个阶段第一阶段:提供试验室进行脉冲电镀工艺研究和脉冲电镀机理探讨用的小型脉冲电镀电源。

如峰值电流为10A多波形脉冲电镀电源及峰值电流为20A,50A, 100A方波脉冲电源。

通过工艺研究和机理初步探讨，脉冲电镀在电镀行业尤其在贵金属电镀、合金电镀方面有着很强的生命力，提出了金、银、锗等贵金属脉冲电镀的较成熟的工艺。

第二阶段:在金、银等贵金属电镀行业中推广应用脉冲电镀技术。

为了满足生产需要，脉冲电源已形成峰值电流为30A, 50A, 100A, 200A, 300A, 500A的系列产品。

生产上不仅提高了电子产品的质量，节约了电镀时间，而且在节约贵金属方面有着明显的经济效益。

随着脉冲电源容量的增加及频率范围的扩大又促进了电镀工艺的研究。

充分发挥脉冲电镀的优点，解决传统直流电镀中存在的一些弊病。

如不加添加剂光亮镀镍新工艺的研究，表面电镀晶粒细，光泽度又好印刷板薄铜皮镀铜工艺研究，合金电镀工艺的研究等。

第三阶段:随着上述新工艺的研究对脉冲电源又提出了新的要求其要求归纳起来大致可分以下三个方面:一、变极性脉冲电镀电源的研制根据工艺要求有正反脉宽与峰值电流皆能改变极性脉冲电源。

二、在可调直流的基础上叠加可变的方波脉冲电源。

三、研制容量大，输出电压高的脉冲电源。

随着器件质量进一步提高及新的大功率器件的研制成功，在脉冲电镀电源中采用1000V左右高压品体管，大容量可关断晶闸管及调频晶闸管作为功率器件，上述三方面要求的电源，为期不会太远。

1.2.2 国产脉冲电镀电源介绍近年来，国产脉冲电镀电源发展也很迅速，但大都是双脉冲电镀电源。

双脉冲电镀电源具有如下特点:一、国产双脉冲电镀电源多采用性能相同的两组脉冲电源反向隔离并联，以实现输出正、负脉冲周期换向电流的日的。

二、双脉冲电源有十个参数可以调节，即正、负脉冲电流幅值Im；正、负脉冲电流导通时间即脉宽Ton；正、负脉冲电流断开时间Toff；正、负脉冲电流的频率；正、负一组脉冲电流的工作时间Tf、Tr。

由于是采用两台独立电源，因此上述参数均可单独调节。

三、双脉冲电源可通过参数调节、变换，控制镀层的结晶取向，在镀层光亮、抗腐蚀、耐磨、硬度等方面比直流电镀有较大提高。

四、双脉冲电源也存在它的局限性，由于这种电源采用手动调节参数，因此在设定好上述十个参数之后，即成为单一参数的脉冲波形参数，进入电镀过程。

2 电镀用脉冲电源概述2.1 对方波脉冲电镀电源的基木要求脉冲电镀电源通常采用恒流或恒压两种不同的供电模式，当然也有采用非恒流方式的。

脉冲电流(或电压)的波形通常有方波、正弦波、锯齿波等以及这些波形与直流的叠加。

从电镀实际结果来看，方波脉冲以及与其他波形适当组合对贵金属电镀可获得较好的效果。

就方波脉冲而言，前沿和后沿的陡度越大可获得更好的实镀效果，但对前后沿的要求不可太苛刻，否则会为脉冲电源的设计、制造和脉冲的传输带来困难。

一般说来，前后沿的上升时间和下降时间应控制在数微秒到数十微秒之内。

对不同镀种在不同槽液中等效电阻的变化，我们作了测试，积累了一定数据，综合其他相关资料，有关方波脉冲电镀电源的技术指标特提出如下基本要求:一、输出电压波形为方波平顶的纹波系数<5%，电压波形不允许有过冲及振荡现象。

二、有峰值和平均值电流保护，其动作整定值可根据用户需要进行调整。

三、方波脉冲电源测量与显示系统可采用电流表显示平均值电流Ic P,脉冲电流的通电时间Ton脉冲电流的断电时间Torn和脉冲电流之频率f可使用示波器观察分析。

2.2脉冲电源的分类脉冲电源从波形分析看，一般有以下几种:单脉冲电源、双脉冲电源以及多波形脉冲电源。

在实际使用中，方波脉冲电源使用较为普通，多用于无特殊要求的镀金、银、镍场合，多波形脉冲电源多应用于合金类表面硬质氧化场合，例如铝的硬质氧化，而双脉冲电源为新近发展的新颖脉冲电源，是对于表面要求高的场合较为理想的电源，如精密仪器、电子元件陶瓷基片表面处理场合。

2.3脉冲电源工作原理脉冲电镀是一项新的电镀技术。

它的特点是由脉冲电流对电极过程动力学的特效影响所决定的，其中最主要的是对传质过程的影响。

脉冲电源其电流呈脉冲方式流动，并可在瞬时产生高密度电流；因此，在电镀时能将底层均匀地涂覆到镀件上，并使之加速，提高了效率；镀件表面均匀、细致，使金、银等贵重大为节约。

由此，可以调节占空比及频率的脉冲电源。

脉冲电源的工作原理可以通过其波形直接反映。

一般直流电源的输出电流波形如图，而特殊电源的脉冲电源，有着与直流电源完全不同的波形如图。

t图2-1一般电镀电源输出波形Figure 2-1 general galvanization power source output wave shapet图2-2脉冲电源输出波形Figure 2-2 pulse power source output wave shape2.4脉冲电源的特点与系统直流电源相比，脉冲电源就是其输出直流波形、频率、占空比和平均电流密度等参数均可根据电镀需要设定的直流电源，其特点可概括为:(1)频率f、占空比(D)可调;(2)波形特殊(例如方波等)。

脉冲电源的这些特点在生产中的实际意义就是，在电镀过程中，脉冲电源可通过改变其输出波形的频率、占空比和平均电流密度，来改变电镀槽中金属离子电沉积过程，使电沉积过程在较宽范围内变化，从而可获得均匀致密较为理想的镀层。

例如在印刷线路板行业(PCB)中，使用脉冲电源电镀，可提高其深镀能力，使镀层均匀、致密、不脱落。

2.4.1脉冲电源的优点脉冲电镀与直流电镀相比，概括起来有以下几个优点：一、镀层孔隙率低，致密性好，抗蚀性高，以方波输出脉冲电源电镀为例，由于脉冲电源输出为间歇性矩形方波，在脉冲导通期间，金属离子在工件表面沉积的晶粒在镀液中溶解，使得工件表面沉积的晶粒细化，镀层致密，大大降低了镀层的孔隙率。

实践表明，装饰业和电子业，用脉冲电源电镀贵金属，可以用较薄的镀层获得较为理想的镀层表面。

二、镀层应力低，成分稳定，深镀能力强。

结品细化，改善与提高镀层的均镀能力:脉冲电镀时，山于脉冲瞬间阴极表而上具有很高的电流密度。

如镀金时瞬间电流密度可比平均电流密度左(1012)倍。

这就使品核形成的速度大于晶核成长的速度。

脉冲镀层的品粒般为0.5微米左右，而直流镀层的晶粒大于1微米，另外脉冲电镀电流分布的均匀性好，这就改善了镀层的均镀能力。