镀铝基板用于动力传输/分配应用

通过m . Lindstedt

作为电力市场设计材料的铜

长期以来，输配电行业一直将铜作为设计和制造关键电网元件的首选材料。铜具有优良的热和电气性能，在转移和切换非常高的功率负载时是理想的。此外，各种铜合金可提供大多数设计应用所需的可加工性和物理/机械性能。铜不仅具有优异的导电性，而且它的机械性能可以通过一系列的合金金属和热处理来提高。C101(无氧)、C110、C145(碲)和C147(含硫)、C182(铬)和C172(铍)等等级的铜合金已经在输电和配电市场使用了几十年。所有这些牌号都很容易镀上导电金属，包括银、锡和镍，以提高表面导电性，减少绝缘氧化物的形成，并通过钎焊和焊接等方法提供增强的可接合性。

铜的经济考虑

铜作为工程材料的经济考虑不是整个20世纪的主要原因，因为铜的价格保持不良稳定。然而，21世纪的第一个十年表明，在全球范围内的需求中不断增长可能会出现供应，从而导致了显着的成本考虑因素。图1说明了过去25年来铜商品基线价格的变化。

铜的替代品为电力市场

从工程角度来看，很少有金属可以竞争铜，用于设计关键电网组件的铜，而不是处理高电流和开关应用。大多数可以满足机械要求的金属（例如，黑色合金）的电导率和/或热特性提供了非常差的差。符合电导率和热要求的其他金属是贵金属（例如银和金），因此不提供经济替代品。然而，铝合金为电气和机械性能的独特组合提供给铜的潜在替代品。与铜相似，有多样性的铝合金，提供各种设计选项 - 将超导1000系列铝制成高强度7000系列。图2列出了前四个金属的电导率和电阻率。铝和铜均位于前四个，是列表顶部的唯一两个非贵金属。如表所示，铝实际上不像导体一样落后金！

铝的经济考虑

铝的经济考虑因对比铜的历史较为稳定的历史。事实上，铝的价格下滑在他们二十五年前的位置下面！图3显示了过去四分之一世纪铝的成本，并说明了铝的供应/需求应力较少，影响商品成本。目前铜大约是商品市场上铝成本的四倍。在考虑常见传输和分配开关设备的大小，重电器和相关组件;这种规模的物质节省了对比设计材料的巨大因素。

“反应性”铝考虑

仅基于上述信息，曾经可能会问为什么铝不常用代替电力传输和分销市场内的铜？部分原因是由于铝在大多数环境中的一般反应性。图4显示了包括铝和铜的金属的简化电动机系列：

在电动势系列中，金属在标准条件下的反应性与氢相比较。那些与氢相对负电位的金属是活性的，很容易形成氧化物。相反，具有正电位的金属则更稳定，更抗氧化。它们被称为稀有金属。在图4中比较铝和铜，可以看到，铝是一个更活泼或更少诺贝尔金属比铜。从设计角度考虑，这意味着如果铝是双金属或三金属的一个组成部分，它将很容易释放电子并腐蚀形成氧化铝氧化物。此外，铝是一种两性金属，它同时受到碱性和酸性环境的侵蚀。铝的反应性使其作为工程材料在大多数应用中不那么可取，除非铝的表面可以处理以减少其表面的反应性。时间测试和验证银-诺贝尔金属等表面涂层不形成氧化物在正常情况下,以及锡——一个高导电金属形成一个薄和导电氧化层-都可以放置在铝提供增强的耐腐蚀性能和可靠的表面电导率。然而，电镀铝的技术要比传统导体如铜复杂得多。 In addition, key surface engineering considerations such as selection of underplates and thickness of the final conductive layers must be reevaluated when aluminum is to replace copper components in an existing design.

铝制电镀的传统技术

电镀铝是比钢和铜等传统工程材料更重要的过程。这种原因也具有铝的反应性;铝非常容易希望与在表面上形成氧化物的大气中的氧气反应。如果任何镀层沉积在氧化铝顶部，则将产生差的粘合性。多年来已经开发了许多专有系统，以解决包括邦德和阿尔斯坦工艺的电镀铝的困难，但是当处理可用于更换铜的几何形状和铝材料等级时，这些过程中的每一个都具有限制电力市场内的设计材料。当电镀任何材料时，该过程可以在三个基本步骤中总结：

1. 去油以除去表面的污垢、油脂
2. 将表面脱氧以除去金属氧化物
3. 盘子

这些简单的步骤是电镀铜、钢等传统材料时基本遵循的。然而，当电镀铝时，金属的活性性质在脱氧步骤后和电镀前立即氧化。因此，必须开发更复杂的电镀工艺来解决表面的快速氧化。传统的锌酸盐工艺大约在1950年被开发出来，以解决铝形成氧化物的亲和力。传统的锌酸盐工艺在脱氧和随后的电镀步骤之间增加了两个步骤，在这两个步骤中，先将锌浸渍沉积应用到铝上，然后再进行电解铜冲击。锌酸盐工艺的独特化学性质能够去除脱氧步骤后形成的任何残留氧化物，并在锌上涂上一层薄薄的涂层。锌层本质上是“收缩包裹”铝，以防止在随后的铜撞击之前发生进一步的氧化。成功的传统锌酸盐工艺的关键是锌要薄，密，并坚持到铝，这样接下来的电镀步骤将坚持到锌，反过来铝。邦达尔和阿尔斯坦工艺建立在锌酸盐工艺的基础上，以改善整体粘结。邦达尔工艺是一种专有的锌酸盐工艺，使用一种四金属锌酸盐(锌/铜/镍/铁)与铝结合。 It is held that this process forms a very tight zincate receptive to subsequent plating. The Alstan is a proprietary process in which a stannate activation is used in lieu of a zincate step. The stannate activation applies a thin layer of immersion tin on the surface which is subsequently plated over with a bronze (tin/copper) alloy deposit. It is held that some of the tin from the stannate activation step is incorporated into the bronze deposit thereby promoting adhesion.

传统铝电镀工艺的局限性

任何用于铝电镀的传统传统方法都受到两个主要因素的限制：

1. 它们依靠浸渍沉积物来将后续电镀层粘合到表面上
2. 它们在浸渍沉积物后采用电解电镀撞击

在生产作业车间环境中，浸渍镀层的附着力很弱。铝品位组成、时间、温度和锌酸盐浓度的变化都导致浸渍矿床的晶粒结构和结合不一致。双锌酸盐工艺以及双锌酸盐和四锌酸盐都试图解决传统镀铝的这一缺点，以实现最密集和最薄的浸镀层。然而，所有这些工艺都依赖于浸泡层的附着力来锚定随后的电镀。传统的或专有的Alstan和Bondal工艺后使用的电解电镀冲击受到零件几何形状的限制。随着零件形状的复杂化，铜的电解青铜完全覆盖锌酸盐层的能力变得越来越弱。电解电镀由于其本身的性质，并不均匀地作用于零件的表面。随着零件的几何形状变得更加复杂(例如，对开孔、通孔、盲孔、凹槽、高/低点)，电解冲击持续覆盖这些特征的能力就会降低。图5说明了电解(右)和化学(左)过程中沉积的不同:

如果来自传统锌酸盐过程的锌不完全被随后的氰化物铜撞击覆盖，则锌将在随后的电镀步骤中受到攻击，导致点蚀，水疱和粘附失效。随着部件几何形状变得更复杂（电流交换壳体，带盲孔的连接套管，管状部件，波引导壳体）在浸渍沉积物之后使用电解撞击的缺点可能变得非常明显，特别是在大量生产场景中。

铝表面电镀的先进技术

电子游艺棋牌先进的电镀技术自20世纪50年代以来为动力传输和配送市场提供了服务。在过去的十年中，电力市场内的铝合金的增长已经稳步增加，铝中设计的复杂性强调了传统的铝预处理过程，超出了它们可以一致地应用的地方。由于高于APT的工程集团的缺点，研究了开发一种不依赖于浸渍沉积物的过程的潜在替代方案，并且可以利用化学攻击来提供更加一致的底板在复杂的几何形状上。

APT-AL流程：预处理

为了在电镀铝时实现适当的粘合，必须在锌酸锌应用之前从铝的表面除去合金成分。如果不会发生这种情况，将发生在合金化夹杂物上的“桥接”沉积，这通常会导致野外使用过程中的水泡。由于铝合金中发现的各种合金化成分，必须特别配制预处理酸以在铝表面上寻址金属。APT-AL工艺的一体是一种定制的预处理过程，配制到特定的铝等级。金属整理工作商店使用的许多传统预处理过程，当电镀铝时，金属整理职位商店瞄准一个齐全的方法，其具有适合“最”合金的预处理循环。这种妥协往往以铝表面的凹陷，蚀刻或蚀刻的形式表现出终止形式。多年的电镀铝制，先进的电镀技术已经精确地对每个铝等级内的合金成分定制的特定电子游艺棋牌预处理循环。每个预处理循环基于例如要求的合金定制;2000系列铝制型不同于6000系列，预处理不同于7000系列型铝合金。这种方法更复杂，即单尺寸适合 - 所有方法，但结果在铝的一致和可重复的粘合中是明显的。

APT-AL工艺:镀层

经过适当的预处理后，APT-AL工艺采用改进的双锌酸盐工艺，随后采用适用于铝的高级化学镍化学方法，以提供独立于零件几何形状的持续结合镍冲击。APT-AL工艺的关键是在随后的化学镀镍过程中完全去除锌酸盐层。因此，锌酸盐的结合并不影响最终镀层的结合，因为化学镀镍直接与铝结合，中间没有浸泡沉积。 此外，由于采用了化学镀镍冲击，任何几何形状无论多么复杂都会得到相同的冲击厚度。因此，随后的镀层(如铜、锡或银)可以均匀且一致地与底层的化学镀镍层结合，而不会出现传统或专有Alstan或Bondal工艺所出现的低电流或凹槽特性问题。APT-AL工艺可以定制，以满足一系列应用的设计考虑。如果考虑将设计从铜改为铝，可以提供各种镍和/或铜的底板组合，以提高锻铝合金的耐腐蚀性。ASTM B117的并排腐蚀测试可以在APT上进行，以确保新设计是以前表面处理的可行选择。如果设计考虑的是电磁，可以提供磁性或非磁性冲击，以达到磁敏设计的要求。

总结

随着铜的经济压力继续增加即将到来的十年，铝合金是大多数电网组件的最可行的替代品。然而，铝的反应性要求表面被适当地设计，以确保在各种现场环境中的适当和一致的功能。需要评估包括预处理，撞击，面板和面漆的整个表面饰面，以确保铝部件在产品的寿命上起作用。通过利用电镀铝的最先进的技术，设计工程师可以保证银，锡或镍的最终沉积物将保持粘附，并提供安全，可靠和有效的能量转移所需的表面性能。

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