王慶浩*，梁汝華

（東莞常晉凹版模具有限公司，廣東 東莞 523577）

電鍍電源經(jīng)歷了電池、電子管、晶體管、晶閘管、高頻逆變等階段的發(fā)展，電源波形也存在較大差異。近年來(lái)高頻直流電源因效率較高而得到了普及應(yīng)用[1]，但因?yàn)槭褂脧S家對(duì)整流器紋波系數(shù)的認(rèn)識(shí)不足和生產(chǎn) 廠家利益的驅(qū)使，大多數(shù)高頻直流電源出廠時(shí)沒(méi)有加裝濾波器，電源以高頻脈沖直流輸出[2]。希望能夠通過(guò)本文提高廣大電鍍工作者和整流器生產(chǎn)廠家對(duì)整流器紋波系數(shù)的認(rèn)識(shí)，并進(jìn)一步提高電鍍行業(yè)的質(zhì)量水平。

1 實(shí)驗(yàn)

鍍液組分：CrO3(德國(guó)維恩公司)250 g/L，Cr3+2.6 g/L，H2SO42.7 g/L，VOP-873 硬鉻添加劑(德國(guó)維恩公司)20 mL/L。施鍍溫度(55 ± 2) °C，陽(yáng)極為德國(guó)燒結(jié)式鉑金涂層陽(yáng)極。

采用美國(guó)安捷倫示波器(DSO6014A)測(cè)試普通開關(guān)電源在安裝濾波器(東莞常晉凹版模具有限公司CJLB-500)后紋波系數(shù)的變化。采用265 mL 標(biāo)準(zhǔn)赫爾槽(10 A，5 min)測(cè)試鍍液的深鍍能力和均鍍能力。在500 mL 平板鍍槽中獲得不同硬鍍層試樣后，采用英國(guó)牛津6587 掃描電子顯微鏡(放大1 000 倍)觀察鍍鉻層表面裂紋，采用MIC10 超聲波無(wú)損硬度測(cè)試儀(德國(guó)GE 公司)測(cè)試鍍層硬度，采用Taber-I 耐磨性試驗(yàn)機(jī)(東莞市廣益儀器有限公司)測(cè)試鍍層的磨損量以評(píng)價(jià)鍍層的耐磨性能，采用稱重法(上海精密科學(xué)儀器有限公司的TQ328A分析天平)獲得鍍層的沉積量并以此計(jì)算電流效率，采用貼濾紙法測(cè)試鍍層的孔隙率。

對(duì)比實(shí)驗(yàn)均在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成，具體情況與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)可能有一定的差異。

2 結(jié)果與討論

2.1 普通高頻開關(guān)電源安裝濾波器后電源波形的對(duì)比

從圖1可以看出，普通高頻開關(guān)在不同測(cè)試水平時(shí)基狀態(tài)下，紋波系數(shù)都超過(guò)60%，而加裝濾波器后電源紋波系數(shù)降低至5%以下。

2.2 加裝濾波器前后電鍍硬鉻的深鍍能力比較

如圖2所示，加裝濾波器前鍍液的深鍍能力為7.5 cm，加裝濾波器后鍍層的深度能力則超過(guò)8 cm，提高了約6.7%，同時(shí)高區(qū)燒焦程度有所降低。

2.3 加裝濾波器前后電鍍硬鉻的均鍍能力比較

從圖3和表1可知，加裝濾波器后鍍層各測(cè)試點(diǎn)的均鍍能力均由不同程度的提高。

加裝濾波器前的試片 加裝濾波器后的試片 測(cè)試點(diǎn) 厚度/ μm 比值/ % 厚度/ μm 比值/ %1.0 cm 5.64 100.0 5.47 100.0 2.5 cm 3.31 58.7 3.77 68.9 4.0 cm 2.21 39.2 2.18 39.8 6.0 cm 1.67 29.6 1.79 32.7

2.4 加裝濾波器前后電鍍硬鉻層微裂紋分布和特性的比較

采用厚度0.3 mm、尺寸為6.5 cm × 5.0 cm 的拋光黃銅試片為基材，在電流密度50 A/dm2下鍍5 min。從圖4分析可知，加裝濾波器后鍍層的裂紋更淺，分布更均勻，數(shù)量更多。

2.5 加裝濾波器前后電鍍硬鉻層顯微硬度的比較

采用厚度為5 mm、尺寸6.5 cm × 5.0 cm 的銅鋅合金板為基材，在50 A/dm2下電鍍13 min，鍍層厚度為(12 ± 1) μm，顯微硬度測(cè)試點(diǎn)如圖5所示，結(jié)果見表2?？梢钥闯?，電源加裝濾波器后鍍層的顯微硬度只提高了0.97%左右，但顯微硬度的均勻度更好。

表2 普通高頻開關(guān)電源加裝濾波器前后電鍍硬鉻層顯微硬度的測(cè)試結(jié)果Table 2 Results of microhardness testing for hard chromium coatings obtained before and after adding a filter to an ordinary high-frequency switching power supply

2.6 加裝濾波器前后電鍍硬鉻層耐磨性的比較

試樣制備同2.5，測(cè)試點(diǎn)如圖6所示，測(cè)試結(jié)果見表3。由表3可知，加裝濾波器前，鍍層磨損后的厚度損失值平均為1.57 μm；而加裝濾波器后，鍍層磨損后的厚度損失值平均為1.32 μm。可見，加裝濾波器后鍍層的耐磨性提高了約15.9%。

表3 普通高頻開關(guān)電源加裝濾波器前后 電鍍硬鉻層耐磨性測(cè)試結(jié)果Table 3 Results of anti-wear testing for hard chromium coatings obtained before and after adding a filter to an ordinary high-frequency switching power supply

2.7 加裝濾波器前后電鍍硬鉻電流效率的比較

采用厚度0.3 mm、尺寸為6.5 cm × 5.0 cm 的拋光黃銅試片為基材，在電流密度50 A/dm2下鍍10 min。按100%電流效率計(jì)算，理論鉻層質(zhì)量應(yīng)為2.691 6 g。從表4可知，給高頻開關(guān)電源加裝濾波器，對(duì)電流效率基本沒(méi)有影響。

電源類型 實(shí)際鉻層質(zhì)量/ g 實(shí)際電流效率/ % 無(wú)濾波器 0.659 4 24.50 有濾波器 0.660 1 24.52

2.8 加裝濾波器前后電鍍硬鉻層亮度的比較

通過(guò)試片的肉眼鑒別，加裝濾波器對(duì)鍍層的光亮性沒(méi)有提高。

2.9 加裝濾波器前后電鍍硬鉻層孔隙率的比較

采用厚度0.3 mm、尺寸為6.5 cm × 5.0 cm 的拋光黃銅試片為基材，在電流密度50 A/dm2下電鍍20 s。從圖7所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在0.16 dm2面積內(nèi)，無(wú)濾波器時(shí)所得鍍層上的孔隙數(shù)量約為28 個(gè)，加裝濾波器后所得鍍層的孔隙數(shù)量約為10 個(gè)，后者的孔隙率比前者減少了64%。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上測(cè)試可知，在普通高頻開關(guān)電源上加裝濾波器后，紋波系數(shù)可由60%以上降至低于3%，鍍液的深鍍能力、均鍍能力以及鍍層的微裂紋分布、耐磨性能等方面有一定提高，鍍層孔隙率大幅降低，鍍層顯微硬度、光亮度以及電流效率則基本與沒(méi)有加裝濾波器時(shí)保持一致，但高區(qū)燒焦的程度得到降低。根據(jù)電鍍鉻的膠體膜理論，沒(méi)有濾波裝置的高頻開光電源以矩形波紋形式輸出，甚至還會(huì)產(chǎn)生毛刺狀雜波，對(duì)電鍍過(guò)程中陰極表面膠體膜的形成和溶解產(chǎn)生一定的負(fù)面影響，以至于影響陰極表面的電化學(xué)狀態(tài)，造成鍍鉻層沉積結(jié)構(gòu)的改變，最終使某些物理性能受到負(fù)面影響。

高頻開關(guān)濾波器分為兩種類型：一種是在高頻開關(guān)電源控制電路上進(jìn)行控制抑制，另一種是在輸出直流電路上進(jìn)行修正。本文使用的濾波器屬于后者，采用大功率儲(chǔ)能電子元件(電容、電感)對(duì)直流波形的峰值進(jìn)行抑制、谷值進(jìn)行補(bǔ)償，并對(duì)高頻逆變整流過(guò)程中產(chǎn)生的毛刺進(jìn)行消減[3]。這種類型的濾波器優(yōu)點(diǎn)是安裝方便(安裝方式如圖8所示)，對(duì)原設(shè)備的控制電路不會(huì)產(chǎn)生影響，缺點(diǎn)則是成本相對(duì)較高。但近年來(lái)伴隨著大功率儲(chǔ)能元件的國(guó)產(chǎn)能力越來(lái)越高，其制作成本正逐步降低。以12 V/6 000 A 整流器為例，進(jìn)口低紋波系數(shù)(5%以內(nèi))的整流器售價(jià)7 萬(wàn)左右，普通國(guó)產(chǎn)高頻開關(guān)電源(紋波系數(shù)超過(guò)40%)的市場(chǎng)價(jià)格為3 萬(wàn)左右，而加裝濾波器(使紋波系數(shù)低于3%以內(nèi))的成本 在1 萬(wàn)左右。可見，在普通國(guó)產(chǎn)高頻開關(guān)上加裝濾波器的性價(jià)比還是具有一定的優(yōu)勢(shì)。

[1]杜穎,杜永甫,黨孟軍.高頻開關(guān)電源在電鍍生產(chǎn)線上的應(yīng)用[J].金屬制品,2010,36 (2): 49-50.

[2]袁詩(shī)璞.對(duì)高頻開關(guān)電源的困惑[J].電鍍與涂飾,2006,25 (7): 52-56.

[3]譙劼.電源紋波抑制器的原理與設(shè)計(jì)[J].磁性材料及器件,2009,40 (5): 47-49,54.