[關(guān)鍵詞]： 電鍍用定脈寬開關(guān)電源 低紋波整流電源

　　1 前言

　　電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量除了與電鍍工藝、添加劑、工人操作水平等有關(guān)外，還與電鍍設(shè)備有相當(dāng)重要關(guān)系。最基本的電鍍設(shè)備----電鍍電源，其整流器方式與直流脈動大小對某些鍍種有著十分重要的影響。

　　直流電源波形對電鍍質(zhì)量有突出的影響，例如：高頻率定脈寬高頻穩(wěn)壓/穩(wěn)流脈沖電源電鍍時會產(chǎn)生特殊效應(yīng)，這也是普通直流電源電鍍無法達(dá)到的效果，有些現(xiàn)象還不能用常規(guī)電化學(xué)理論來加以解釋。而直流波形對電鍍沉積的影響目前還難以從理論上進(jìn)行預(yù)測，只能通過大量的試驗來作相對比較，篩選出適宜的波形。

　　本文僅就定脈寬高頻穩(wěn)壓/穩(wěn)流脈沖電源和低紋波系數(shù)整流電源在電鍍行業(yè)中的應(yīng)用所取得的一些經(jīng)驗和教訓(xùn)加以介紹，以期讓電鍍界同仁在選擇整流電源、解決電鍍故障、提高電鍍質(zhì)量方面引起足夠重視。

　　2 低紋波整流電源

　　從三相四線交流供電通過各種整流器獲得的是脈動直流電，不是純直流，或多或少地含有交流成分。為了比較脈動成份的多少，可用紋波系數(shù)來表示，其含義為交流成份在直流成分中占的百分比，其數(shù)值越小，交流成份越少，越接近純直流。

　　目前，低紋波系數(shù)整流電源中輸出紋波系數(shù)的大小尚無統(tǒng)一規(guī)定，一般認(rèn)為紋波系數(shù)小于5%的整流電源可稱為低紋波電源。

　　3 獲得低紋波的途徑

　　整流器輸出直流的紋波大小與整流程式有關(guān)，而要獲得低紋波輸出，則必須采用濾波或其它特殊措施。

　　3.1 普通硅整流器

　　采用調(diào)壓器調(diào)壓，50~60Hz工頻變壓器降壓的普通硅整流器，其紋波系數(shù)都較大，其由大到小的次序為：單向半波整流﹥單相全波(雙半波或橋式)整流﹥?nèi)喟氩ㄕ鳗內(nèi)嗳蚴秸骰驇胶怆娍蛊鞯牧嚯p反星形整流。

　　硅整流器一般未采用濾波措施，除用調(diào)壓器調(diào)壓帶平衡電抗器的六相雙反星形硅整流器外，大都不可能獲得低紋波直流。因此，普通硅整流器不太可能實(shí)現(xiàn)自動控制，且穩(wěn)定性差，電鍍質(zhì)量很難控制和提高。

　　3.2 普通可控硅整流器

　　利用改變可控硅管導(dǎo)通角來調(diào)整輸出平均直流大小的普通可控硅整流器，可控硅管輸出的是間斷脈沖波，其紋波系數(shù)的影響因素較多：

　　(1) 可控硅的導(dǎo)通角越小，紋波越大;當(dāng)可控硅全導(dǎo)通時，輸出波形與硅整流器相同。換言之，整流器的負(fù)荷率越低(大馬拉小車)，其輸出紋波系數(shù)越大。

　　(2) 整流方式影響輸出紋波，其規(guī)律與硅整流器一致，而相同整流方式的可控硅整流器比硅整流器紋波要大。

　　(3) 整流相數(shù)越多，紋波系數(shù)越小。為此，便出現(xiàn)了不少十二相整流的可控硅整流器，相對紋波系數(shù)就越小。

　　3.3 濾波

　　利用電容、電感貯能元件進(jìn)行濾波，是將脈動直流轉(zhuǎn)變?yōu)檩^為平滑的直流的常用措施。

　　電容濾波，對工頻整流只適合于非常小功率的整流電源。例如輸出10A的單相全波整流器，要達(dá)到低紋波輸出，其濾波電容要達(dá)0.1F以上。隨著頻率的提高，所需電容量減小。高頻開關(guān)電源其頻率已達(dá)音頻，因而易采用電容濾波實(shí)現(xiàn)低紋波輸出。具有穩(wěn)流穩(wěn)壓功能的高頻開關(guān)定脈寬穩(wěn)壓/穩(wěn)流脈沖電源電源，其輸出紋波都較小，但有一類高頻開關(guān)電源其調(diào)壓方式類似可控硅整流器，不具穩(wěn)流功能，其紋波則大。

　　采用三相五柱芯六相或十二相整流的可控硅整流器，再采用電感(平波電抗器)濾波，也能獲得低紋波或超低紋波輸出。與穩(wěn)流穩(wěn)壓的高頻開關(guān)電源相比，也具有一定的優(yōu)越性。例如：不采用積木式并聯(lián)輸出即可制成大功率整流器，對元器件的要求相對較低，控制線路較為簡單，維護(hù)維修較易，相對售價較低，因而也受到人們的歡迎。

　　3.4 特殊措施

　　當(dāng)生產(chǎn)工藝需要低紋波直流輸出時，相應(yīng)試驗(例如赫爾槽試驗)用電源，也應(yīng)當(dāng)采用定寬高頻穩(wěn)壓穩(wěn)流脈沖電源和低紋波直流電源。

　　大容量電容濾波，在開機(jī)瞬間，由于電容充電量大，會產(chǎn)生很大的浪涌電流，易損壞整流元件。對于工藝試驗而又要求低紋波輸出的單相小整流器，可采用特殊方法來獲得低紋波直流輸出。例如：

　　(1) 采用電容電感的π形濾波，但體積與重量較大，大電流輸出。

　　(2) 采用適量電容濾波，用普通雙極性大功率三極管，利用直流負(fù)反饋環(huán)節(jié)獲得低紋波輸出;但輸出電流不易做大，一般在50A/48V輸出以下。

　　(3) 電容濾波后利用具有恒流特性的低壓大功率場效應(yīng)管(VMOS管)調(diào)整直流輸出，此法較為廉價且簡單，一般在100A/24V輸出以下。

　　(4)定脈寬高頻穩(wěn)壓/穩(wěn)流脈沖電源，貴金屬電鍍用較好，1500A/48V輸出以下。

　　4 采用低紋波電源的電鍍工藝

　　4.1 鍍鉻

　　鍍鉻必須采用低紋波直流電源，否則光亮范圍窄，鍍層易發(fā)花、發(fā)灰，這一點(diǎn)已為不少人認(rèn)同，但實(shí)踐中仍有因?qū)ζ湔J(rèn)識不足，往往由于紋波系數(shù)過大影響套鉻質(zhì)量而束手無策的事時有發(fā)生。

　　例1 某廠小件鍍裝飾鉻，覆蓋能力非常差，反復(fù)調(diào)整鍍液中硫酸與鉻酐的比值，仍無效。經(jīng)現(xiàn)場查驗，采用1000A老式可控硅整流器且平均電流僅200A左右，負(fù)荷率很低，顯然輸出紋波系數(shù)太大。為驗證系電源問題，現(xiàn)場在電流電路中串接一只大功率調(diào)壓器線包作電感濾波，在輸出電壓低時，幾乎無直流輸出。臨時換接一臺雙反星形輸出的硅整流器，鍍鉻即轉(zhuǎn)為正常。

　　例2 某廠鍍鉻上午生產(chǎn)正常，下午即出現(xiàn)裝飾鉻局部發(fā)灰，無法生產(chǎn)，懷疑鍍液故障，反復(fù)加硫酸、碳酸鋇調(diào)整一兩天，均無法解決。分析原因，鍍液成分不可能突變，懷疑硅整流管有損壞造成波形殘缺而增大紋波。用鉗形電流表測定各整流管電流，發(fā)現(xiàn)斷路2支，更換新管后，故障消除。

　　例3 鍍鉻很少有人作赫爾槽試驗。當(dāng)年在某地推廣CS稀土鍍鉻時，提供樣品作小試。有的單位在實(shí)驗室用單相小整流器作赫爾槽試驗，發(fā)現(xiàn)光亮范圍并不寬而持否定態(tài)度。筆者認(rèn)為是實(shí)驗電源紋波系數(shù)太大造成，專門開發(fā)了用VMOS管控制的恒流試驗電源，再作試驗，證明稀土鍍鉻的確具有寬的光亮電流密度范圍，體現(xiàn)了“三高一低”的優(yōu)點(diǎn)。

　　鍍鉻不允許中途斷電，否則鍍層立即發(fā)灰，其原因是鉻為極易鈍化的金屬，在斷電瞬間，已經(jīng)鈍化，再通電后在鈍化的鉻上沉積的第二層鉻即為灰色。輸出紋波系數(shù)過大時，脈動部分的低谷處，也易造成鉻層或亮鎳層鈍化或者不能使已局部鈍化處活化(特別是低電流密度部位)。當(dāng)亮鎳鍍液中糖精、含硫的低區(qū)走位劑過多時，鎳層更易鈍化，高紋波直流的活化作用差，亮鎳上套鉻時未活化部分會沉積不上鉻，或者使鉻層發(fā)灰、發(fā)黃、起彩(三價鉻不當(dāng)時更易導(dǎo)致低電流密度區(qū)起彩)。

　　鍍微裂紋硬鉻，輸出紋波過大時，裂紋不細(xì)密且分布不均勻。

　　4.2 光亮酸性鍍銅

　　一般情況下，光亮鍍銅都有一個規(guī)律：從赫爾槽試片上看，陰極電流密度越大的地方，鍍層光亮整平性越好;電流密度越低，光亮整平性越差。試圖擴(kuò)展低電流密度區(qū)光亮范圍，始終是電鍍工作者不斷追求的目標(biāo)。這就要從光亮劑、工藝配方與工藝條件、設(shè)備等多方面入手?？梢哉J(rèn)為，光亮酸性鍍銅是迄今光亮整平性最好的鍍種之一。但在實(shí)踐中，采用同樣的配方、工藝條件，使用相同的光亮劑，得到的光亮整平性與光亮范圍，卻可能出現(xiàn)較大差異。究其原因，與所用直流電源輸出紋波系數(shù)大小有很大關(guān)系。具有關(guān)資料，二十多年前，國內(nèi)在開發(fā)MN系列光亮酸性鍍銅添加劑時，即對采用不同整流程式的，也即具有不同紋波系數(shù)的直流電源所得鍍層光亮范圍作過系統(tǒng)試驗，結(jié)論很明確：輸出紋波系數(shù)越小，鍍層光亮整平性越好，光亮電流密度范圍越寬。事實(shí)上，紋波小時，光亮劑的用量也會越小。遺憾的是，時至今日，問及許多電鍍廠點(diǎn)工藝技術(shù)人員，對此都感到陌生，并未引起重視。為此次提醒在光亮酸性鍍銅時，一定要采用定脈寬高頻穩(wěn)壓/穩(wěn)流脈沖電源和低紋波系數(shù)直流電源，不可隨便選用電鍍用整流器。

　　另一方面，對這種現(xiàn)象的機(jī)理缺乏研究。推測光亮劑的吸附需要相對平穩(wěn)的電極電位，即電極電位越平穩(wěn)，光亮劑的吸附性越好，特別在低電流密度區(qū)，即陰極過電位低的地方，脈動直流產(chǎn)生的諧波更會降低光亮劑的吸附效果。另一個事實(shí)是，在直流電鍍時有效的添加劑，在脈沖電鍍時就不一定湊效或效能降低。因而脈沖電鍍的重要課題之一是開發(fā)相應(yīng)波形下的專用添加劑。

　　4.3 半光亮和光亮鍍鎳

　　通常情況下，光亮鍍鎳對整流輸出紋波系數(shù)要求沒有鍍鉻和光亮酸性鍍銅那樣高，但也確實(shí)需要采用普通低紋波輸出直流電源，才能確保光亮鍍鎳層質(zhì)量，且能保證后續(xù)套鉻的質(zhì)量。有好多單位在做精品裝飾鍍時，都不同程度地出現(xiàn)過鍍亮鎳層時由電源引發(fā)質(zhì)量問題的事例。原先使用的都是調(diào)壓器式六相雙反星形帶平衡電抗器的老式硅整流器，質(zhì)量還可以，因老式機(jī)器操作控制比較麻煩、穩(wěn)定性較差，后改用12V普通可控硅整流器，大電流使用時效果還可以，但在小電流輸出時就很不理想，鍍層出現(xiàn)發(fā)花、發(fā)灰等鈍化現(xiàn)象，使用18V普通可控硅電源，效果更差，致使后續(xù)套鉻頻頻出現(xiàn)質(zhì)量問題，要指出的是，套鉻電源沒有問題。開始時只是在鍍鎳液和光亮劑上找原因，做試驗，一直不得其解，最后查到是否是電源引起，換用定脈寬高頻穩(wěn)壓/穩(wěn)流脈沖電源，問題一下子就解決了，效果一直很好，后續(xù)鍍鉻也一直不再發(fā)生類似質(zhì)量問題。這里有二點(diǎn)需要特別予以重視，第一，仍然是普通可控硅電源額定輸出電壓電流與實(shí)際使用之間不能相差太大，致使輸出紋波太大。使用定脈寬高頻穩(wěn)壓/穩(wěn)流脈沖電源和低紋波輸出電源就不會出現(xiàn)以上問題。

　　4.4 硫酸鹽光亮酸性鍍錫

　　硫酸鹽光亮酸性鍍錫本身就是不易鍍好的鍍種，其原因是大生產(chǎn)中易引入雜質(zhì)且不好處理(包括四價錫離子)、允許溫度范圍窄，目前光亮劑多數(shù)不理想，可供選擇的中間體遠(yuǎn)不如鍍亮鎳的多，因而鍍層光亮范圍很不易調(diào)寬。