1. Wprowadzenie
W kablach komunikacyjnych, w których przesyłane są sygnały o wysokiej częstotliwości, przewodniki wytwarzają efekt naskórkowości, który wraz ze wzrostem częstotliwości przesyłanego sygnału staje się coraz poważniejszy. Tak zwany efekt naskórkowości odnosi się do transmisji sygnałów wzdłuż zewnętrznej powierzchni przewodnika wewnętrznego i wewnętrznej powierzchni przewodnika zewnętrznego kabla koncentrycznego, gdy częstotliwość przesyłanego sygnału osiąga kilka kiloherców lub dziesiątki tysięcy herców.
W szczególności, biorąc pod uwagę gwałtowny wzrost cen miedzi na świecie i coraz mniejszą dostępność miedzi w przyrodzie, stosowanie drutu stalowego pokrytego miedzią lub drutu aluminiowego pokrytego miedzią w celu zastąpienia przewodów miedzianych stało się ważnym zadaniem dla branży produkującej przewody i kable, a także dla jej promocji przy wykorzystaniu dużej przestrzeni rynkowej.
Jednak drut w miedziowaniu, ze względu na wstępną obróbkę, wstępne niklowanie i inne procesy, a także wpływ roztworu galwanicznego, łatwo o następujące problemy i wady: czernienie drutu, nieprawidłowe wstępne galwanizowanie, odrywanie się głównej warstwy galwanicznej, co skutkuje produkcją odpadów drutu, marnotrawstwem materiału, a co za tym idzie, wzrostem kosztów produkcji. Dlatego niezwykle ważne jest zapewnienie jakości powłoki. Niniejszy artykuł omawia głównie zasady i procedury produkcji drutu stalowego pokrytego miedzią metodą galwaniczną, a także najczęstsze przyczyny problemów jakościowych i metody ich rozwiązywania. 1. Proces galwanizacji drutu stalowego pokrytego miedzią i jego przyczyny
1.1 Wstępna obróbka drutu
Po pierwsze, drut jest zanurzany w alkalicznym roztworze trawiącym, a do drutu (anody) i płyty (katody) przyłożone jest pewne napięcie, anoda wytrąca dużą ilość tlenu. Główną rolą tych gazów jest: po pierwsze, gwałtowne pęcherzyki na powierzchni drutu stalowego i jego pobliskiego elektrolitu odgrywają mechaniczną agitację i efekt usuwania, promując w ten sposób olej z powierzchni drutu stalowego, przyspieszając proces zmydlania i emulgowania oleju i smaru; po drugie, z powodu drobnych pęcherzyków przyczepionych do granicy faz między metalem a roztworem, z pęcherzykami i drutem stalowym na zewnątrz, pęcherzyki będą przylegać do drutu stalowego z dużą ilością oleju na powierzchni roztworu, dlatego na pęcherzyki przyniosą dużo oleju przylegającego do drutu stalowego na powierzchnię roztworu, promując w ten sposób usuwanie oleju, a jednocześnie nie jest łatwo wywołać kruchość wodorową anody, dzięki czemu można uzyskać dobrą powłokę.
1. 2 Powłoka galwaniczna drutu
Najpierw drut jest poddawany wstępnej obróbce i powlekany niklem poprzez zanurzenie go w roztworze galwanicznym i przyłożenie określonego napięcia do drutu (katody) i płytki miedzianej (anody). Na anodzie płytka miedziana traci elektrony i tworzy wolne jony miedzi dwuwartościowej w kąpieli elektrolitycznej (galwanicznej):
Cu – 2e→Cu2+
Na katodzie drut stalowy jest ponownie elektrolizowany elektrolitycznie, a jony miedzi dwuwartościowej osadzają się na drucie, tworząc drut stalowy pokryty miedzią:
Cu2 + + 2e→ Cu
Cu2 + + e→ Cu +
Cu + + e→ Cu
2H + + 2e→ H2
Gdy ilość kwasu w roztworze galwanicznym jest niewystarczająca, siarczan miedzi(I) łatwo ulega hydrolizie, tworząc tlenek miedzi(I). Tlenek miedzi(I) zostaje uwięziony w warstwie galwanicznej, powodując jej rozluźnienie. Cu2SO4 + H2O [Cu2O + H2SO4
I. Kluczowe elementy
Zewnętrzne kable optyczne zazwyczaj składają się z gołych włókien, luźnej tuby, materiałów blokujących wodę, elementów wzmacniających i zewnętrznej osłony. Występują w różnych strukturach, takich jak konstrukcja z centralną tubą, splot warstwowy i struktura szkieletowa.
Termin „gołe włókna” odnosi się do oryginalnych włókien optycznych o średnicy 250 mikrometrów. Zazwyczaj składają się one z warstwy rdzeniowej, płaszcza i powłoki. Różne typy gołych włókien mają różne rozmiary warstw rdzeniowych. Na przykład, włókna jednomodowe OS2 mają zazwyczaj średnicę 9 mikrometrów, włókna wielomodowe OM2/OM3/OM4/OM5 mają średnicę 50 mikrometrów, a włókna wielomodowe OM1 mają średnicę 62,5 mikrometra. Włókna gołe są często oznaczane kolorami w celu odróżnienia włókien wielordzeniowych.
Luźne tuby są zazwyczaj wykonane z wysokowytrzymałego tworzywa sztucznego PBT i służą do przechowywania gołych włókien. Zapewniają one ochronę i są wypełnione żelem blokującym wodę, który zapobiega wnikaniu wody, co mogłoby uszkodzić włókna. Żel działa również jako bufor, zapobiegając uszkodzeniom włókien spowodowanym uderzeniami. Proces produkcji luźnych tub ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia odpowiedniej długości włókna.
Materiały blokujące wodę obejmują smar blokujący wodę do kabli, przędzę blokującą wodę lub proszek blokujący wodę. Aby dodatkowo zwiększyć ogólną zdolność kabla do blokowania wody, powszechnym podejściem jest stosowanie smaru blokującego wodę.
Elementy wzmacniające występują w wersji metalowej i niemetalowej. Elementy metalowe są często wykonane z fosforanowanych drutów stalowych, taśm aluminiowych lub taśm stalowych. Elementy niemetalowe są wykonane głównie z tworzyw sztucznych wzmacnianych włóknem szklanym (FRP). Niezależnie od zastosowanego materiału, elementy te muszą zapewniać niezbędną wytrzymałość mechaniczną, aby spełnić wymagania norm, w tym odporność na rozciąganie, zginanie, uderzenia i skręcanie.
Powłoki zewnętrzne powinny uwzględniać warunki użytkowania, w tym wodoodporność, odporność na promieniowanie UV i warunki atmosferyczne. Dlatego powszechnie stosuje się czarny polietylen (PE), którego doskonałe właściwości fizyczne i chemiczne gwarantują przydatność do montażu na zewnątrz.
2 Przyczyny problemów jakościowych w procesie miedziowania i ich rozwiązania
2.1 Wpływ wstępnej obróbki drutu na warstwę galwaniczną Wstępna obróbka drutu jest bardzo ważna w produkcji drutu stalowego pokrytego miedzią metodą galwaniczną. Jeśli warstwa oleju i tlenku na powierzchni drutu nie zostanie całkowicie usunięta, wstępnie pokryta warstwa niklu nie będzie dobrze pokryta, a wiązanie będzie słabe, co ostatecznie doprowadzi do odpadnięcia głównej warstwy miedzi. Dlatego ważne jest, aby monitorować stężenie alkaliów i płynów trawiących, natężenie prądu trawiącego i alkalicznego oraz czy pompy działają prawidłowo, a jeśli nie, należy je niezwłocznie naprawić. Typowe problemy jakościowe związane z wstępną obróbką drutu stalowego i ich rozwiązania przedstawiono w tabeli.
2.2 Stabilność roztworu niklu przed nałożeniem powłoki bezpośrednio determinuje jakość warstwy wstępnego powlekania i odgrywa ważną rolę w kolejnym etapie miedziowania. Dlatego ważne jest regularne analizowanie i korygowanie proporcji składu roztworu niklu przed nałożeniem powłoki oraz upewnienie się, że roztwór niklu przed nałożeniem powłoki jest czysty i nie zawiera zanieczyszczeń.
2.3 Wpływ głównego roztworu galwanicznego na warstwę galwaniczną. Roztwór galwaniczny zawiera siarczan miedzi i kwas siarkowy jako dwa składniki, a ich stosunek bezpośrednio decyduje o jakości warstwy galwanicznej. Zbyt wysokie stężenie siarczanu miedzi spowoduje wytrącanie się kryształów siarczanu miedzi; zbyt niskie stężenie siarczanu miedzi spowoduje łatwe przypalenie drutu, co wpłynie na wydajność galwanizacji. Kwas siarkowy może poprawić przewodność elektryczną i wydajność prądową roztworu galwanicznego, zmniejszyć stężenie jonów miedzi w roztworze galwanicznym (ten sam efekt jonowy), poprawiając w ten sposób polaryzację katodową i dyspersję roztworu galwanicznego, tak aby zwiększyć granicę gęstości prądu i zapobiec hydrolizie siarczanu miedzi(I) w roztworze galwanicznym do tlenku miedzi(I) i wytrącaniu, zwiększając stabilność roztworu galwanicznego, ale także zmniejszając polaryzację anodową, co sprzyja normalnemu rozpuszczaniu anody. Należy jednak zauważyć, że wysoka zawartość kwasu siarkowego zmniejszy rozpuszczalność siarczanu miedzi(I). Gdy zawartość kwasu siarkowego w roztworze galwanicznym jest niewystarczająca, siarczan miedzi(I) łatwo hydrolizuje do tlenku miedzi(I) i zostaje uwięziony w warstwie galwanicznej, kolor warstwy staje się ciemny i luźny; Gdy w roztworze galwanicznym znajduje się nadmiar kwasu siarkowego, a zawartość soli miedzi jest niewystarczająca, wodór będzie częściowo uwalniany w katodzie, przez co powierzchnia warstwy galwanicznej będzie nierównomierna. Zawartość fosforu w miedzianej płytce fosforowej ma również istotny wpływ na jakość powłoki. Zawartość fosforu powinna być kontrolowana w zakresie od 0,04% do 0,07%. Jeśli jest ona mniejsza niż 0,02%, trudno jest utworzyć warstwę zapobiegającą wytwarzaniu jonów miedzi, zwiększając w ten sposób ilość proszku miedzi w roztworze galwanicznym. Jeśli zawartość fosforu jest większa niż 0,1%, wpłynie to na rozpuszczanie anody miedzianej, przez co zawartość dwuwartościowych jonów miedzi w roztworze galwanicznym spadnie i powstanie dużo szlamu anodowego. Ponadto, miedzianą płytkę należy regularnie płukać, aby zapobiec zanieczyszczeniu roztworu galwanicznego szlamem anodowym i powodowaniu chropowatości i zadziorów w warstwie galwanicznej.
3. Wnioski
Dzięki zastosowaniu powyższych rozwiązań, przyczepność i ciągłość produktu są dobre, jakość jest stabilna, a wydajność doskonała. Jednak w rzeczywistym procesie produkcyjnym istnieje wiele czynników wpływających na jakość powłoki galwanicznej. Po wykryciu problemu należy go przeanalizować i zbadać na czas, a następnie podjąć odpowiednie działania w celu jego rozwiązania.
Czas publikacji: 14 czerwca 2022 r.