1. Einleitung
Bei der Übertragung von Hochfrequenzsignalen in Kommunikationskabeln kommt es zu einem Skin-Effekt. Mit zunehmender Frequenz des übertragenen Signals verstärkt sich dieser Effekt. Der sogenannte Skin-Effekt bezeichnet die Signalübertragung entlang der Außenfläche des Innenleiters und der Innenfläche des Außenleiters eines Koaxialkabels, wenn die Frequenz des übertragenen Signals mehrere Kilohertz oder Zehntausende Hertz erreicht.
Insbesondere angesichts der rasant steigenden internationalen Kupferpreise und der immer knapper werdenden Kupferressourcen in der Natur ist die Verwendung von kupferummantelten Stahl- oder Aluminiumdrähten als Ersatz für Kupferleiter zu einer wichtigen Aufgabe für die Draht- und Kabelherstellungsindustrie geworden und muss auf einem großen Markt gefördert werden.
Bei der Kupferbeschichtung von Drähten können jedoch aufgrund von Vorbehandlung, Vorvernickelung und anderen Prozessen sowie der Plattierungslösung leicht folgende Probleme und Mängel auftreten: Drahtschwärzung, schlechte Vorbeschichtung, Ablösen der Hauptbeschichtungsschicht, wodurch Drahtabfall und Materialverschwendung entstehen und die Herstellungskosten steigen. Daher ist die Sicherstellung der Beschichtungsqualität äußerst wichtig. In diesem Artikel werden die Verfahrensprinzipien und -verfahren zur Herstellung von kupferplattiertem Stahldraht durch Galvanisieren sowie die häufigsten Ursachen von Qualitätsproblemen und Lösungsansätze erläutert. 1. Der Plattierungsprozess von kupferplattiertem Stahldraht und seine Ursachen
1. 1 Vorbehandlung des Drahtes
Zunächst wird der Draht in eine alkalische Beizlösung getaucht und eine bestimmte Spannung an Draht (Anode) und Platte (Kathode) angelegt. Die Anode scheidet große Mengen Sauerstoff ab. Diese Gase haben folgende Hauptfunktionen: Erstens erzeugen heftige Blasen an der Oberfläche des Stahldrahts und des Elektrolyten in seiner Nähe eine mechanische Bewegung und lösen das Öl von der Stahldrahtoberfläche, was die Verseifung und Emulsionsbildung von Öl und Fett beschleunigt. Zweitens haften an der Schnittstelle zwischen Metall und Lösung winzige Blasen. Wenn die Blasen den Stahldraht verlassen, haften viel Öl am Stahldraht und gelangen an die Oberfläche der Lösung. Dadurch wird das Öl leichter entfernt, und gleichzeitig wird eine Wasserstoffversprödung der Anode verhindert, sodass eine gute Beschichtung erzielt wird.
1. 2 Plattierung des Drahtes
Zunächst wird der Draht vorbehandelt und mit Nickel vorbeschichtet. Dazu wird er in die Beschichtungslösung getaucht und eine bestimmte Spannung an den Draht (Kathode) und die Kupferplatte (Anode) angelegt. An der Anode gibt die Kupferplatte Elektronen ab und bildet im Elektrolytbad freie zweiwertige Kupferionen:
Cu – 2e→Cu2+
An der Kathode wird der Stahldraht elektrolytisch umelektronisiert und die zweiwertigen Kupferionen werden auf dem Draht abgeschieden, wodurch ein kupferummantelter Stahldraht entsteht:
Cu2 + + 2e→ Cu
Cu2 + + e→ Cu +
Cu + + e→ Cu
2H + + 2e→ H2
Wenn die Säuremenge in der Beschichtungslösung nicht ausreicht, hydrolysiert Kupfersulfat leicht zu Kupferoxid. Das Kupferoxid bleibt in der Beschichtungsschicht gefangen und löst sich dadurch. Cu₂SO₄ + H₂O [Cu₂O + H₂SO₄
I. Schlüsselkomponenten
Optische Außenkabel bestehen im Allgemeinen aus blanken Fasern, Bündeladern, wasserabweisenden Materialien, Verstärkungselementen und einem Außenmantel. Sie sind in verschiedenen Strukturen erhältlich, beispielsweise als Zentralrohr, Lagenverseilung oder Skelettstruktur.
Blanke Fasern sind optische Fasern mit einem Durchmesser von 250 Mikrometern. Sie bestehen typischerweise aus Kernschicht, Mantelschicht und Beschichtungsschicht. Verschiedene Arten blanker Fasern haben unterschiedliche Kernschichtgrößen. Beispielsweise sind Singlemode-OS2-Fasern in der Regel 9 Mikrometer dick, Multimode-OM2/OM3/OM4/OM5-Fasern 50 Mikrometer und Multimode-OM1-Fasern 62,5 Mikrometer. Blanke Fasern werden häufig farbcodiert, um sie von Mehrkernfasern zu unterscheiden.
Bündeladern bestehen üblicherweise aus hochfestem PBT-Kunststoff und dienen zur Aufnahme der blanken Fasern. Sie bieten Schutz und sind mit einem wasserabweisenden Gel gefüllt, um eindringendes Wasser zu verhindern, das die Fasern beschädigen könnte. Das Gel wirkt zudem als Puffer, um Faserschäden durch Stöße zu vermeiden. Der Herstellungsprozess von Bündeladern ist entscheidend, um die Überlänge der Fasern zu gewährleisten.
Zu den wasserabweisenden Materialien gehören Kabelfett, wasserabweisendes Garn und wasserabweisendes Pulver. Um die Wasserabweisungsfähigkeit des Kabels weiter zu verbessern, wird üblicherweise wasserabweisendes Fett verwendet.
Verstärkungselemente gibt es in metallischer und nichtmetallischer Ausführung. Metallische Elemente bestehen häufig aus phosphatierten Stahldrähten, Aluminiumbändern oder Stahlbändern. Nichtmetallische Elemente bestehen überwiegend aus FRP-Materialien. Unabhängig vom verwendeten Material müssen diese Elemente die erforderliche mechanische Festigkeit aufweisen, um die Standardanforderungen zu erfüllen, einschließlich Zug-, Biege-, Schlag- und Verdrehfestigkeit.
Außenhüllen sollten die Einsatzumgebung berücksichtigen, einschließlich Wasserdichtigkeit, UV-Beständigkeit und Witterungsbeständigkeit. Daher wird üblicherweise schwarzes PE-Material verwendet, da seine hervorragenden physikalischen und chemischen Eigenschaften die Eignung für die Außeninstallation gewährleisten.
2 Die Ursachen von Qualitätsproblemen im Verkupferungsprozess und deren Lösungen
2. 1 Einfluss der Drahtvorbehandlung auf die Plattierungsschicht Die Drahtvorbehandlung ist bei der galvanischen Herstellung von kupferummanteltem Stahldraht von großer Bedeutung. Wird der Öl- und Oxidfilm auf der Drahtoberfläche nicht vollständig entfernt, ist die vorplattierte Nickelschicht schlecht plattiert und die Haftung schlecht, was schließlich zum Ablösen der Hauptkupferschicht führt. Daher ist es wichtig, die Konzentration der alkalischen und Beizflüssigkeiten, den Beiz- und Alkalistrom sowie die einwandfreie Funktion der Pumpen zu überwachen. Andernfalls müssen diese umgehend repariert werden. Häufige Qualitätsprobleme bei der Vorbehandlung von Stahldraht und deren Lösungen sind in Tabelle 1 aufgeführt.
2. 2 Die Stabilität der Vornickellösung bestimmt direkt die Qualität der Vorbeschichtungsschicht und spielt eine wichtige Rolle im nächsten Schritt der Verkupferung. Daher ist es wichtig, das Zusammensetzungsverhältnis der Vornickellösung regelmäßig zu analysieren und anzupassen und sicherzustellen, dass die Vornickellösung sauber und nicht verunreinigt ist.
2.3 Der Einfluss der Hauptgalvanisierungslösung auf die Galvanisierungsschicht Die Galvanisierungslösung enthält zwei Komponenten, Kupfersulfat und Schwefelsäure. Das Verhältnis der Komponenten bestimmt direkt die Qualität der Galvanisierungsschicht. Ist die Kupfersulfatkonzentration zu hoch, fallen Kupfersulfatkristalle aus. Ist die Kupfersulfatkonzentration zu niedrig, versengt der Draht leicht, was die Galvanisierungsleistung beeinträchtigt. Schwefelsäure kann die elektrische Leitfähigkeit und Stromausbeute der Galvanisierungslösung verbessern, die Kupferionenkonzentration in der Galvanisierungslösung verringern (gleichzeitiger Ioneneffekt) und so die kathodische Polarisation und Dispersion der Galvanisierungslösung verbessern, sodass die Stromdichtegrenze steigt. Außerdem wird die Hydrolyse von Kupfer(I)-sulfat in der Galvanisierungslösung zu Kupfer(I)-oxid und Ausfällung verhindert, wodurch die Stabilität der Galvanisierungslösung erhöht wird. Gleichzeitig wird die anodische Polarisation verringert, was die normale Auflösung der Anode fördert. Es ist jedoch zu beachten, dass ein hoher Schwefelsäuregehalt die Löslichkeit von Kupfersulfat verringert. Wenn der Schwefelsäuregehalt in der Beschichtungslösung nicht ausreicht, wird Kupfersulfat leicht zu Kupferoxid hydrolysiert und in der Beschichtungsschicht eingeschlossen, wodurch die Farbe der Schicht dunkel und locker wird. Wenn die Beschichtungslösung zu viel Schwefelsäure enthält und der Kupfersalzgehalt nicht ausreicht, wird der Wasserstoff an der Kathode teilweise entladen, sodass die Oberfläche der Beschichtung fleckig erscheint. Der Phosphorgehalt einer Kupferplatte hat ebenfalls einen wichtigen Einfluss auf die Qualität der Beschichtung. Der Phosphorgehalt sollte im Bereich von 0,04 % bis 0,07 % gehalten werden. Bei weniger als 0,02 % lässt sich nur schwer ein Film bilden, der die Bildung von Kupferionen verhindert, wodurch der Kupferpulveranteil in der Beschichtungslösung zunimmt. Ein Phosphorgehalt von mehr als 0,1 % beeinträchtigt die Auflösung der Kupferanode, wodurch der Gehalt an zweiwertigen Kupferionen in der Beschichtungslösung sinkt und viel Anodenschlamm entsteht. Darüber hinaus sollte die Kupferplatte regelmäßig gespült werden, um zu verhindern, dass der Anodenschlamm die Beschichtungslösung verunreinigt und Rauheiten und Grate in der Beschichtungsschicht verursacht.
3 Fazit
Durch die Berücksichtigung der oben genannten Aspekte sind die Haftung und Kontinuität des Produkts gut, die Qualität stabil und die Leistung ausgezeichnet. Im tatsächlichen Produktionsprozess gibt es jedoch viele Faktoren, die die Qualität der Beschichtung beeinflussen. Sobald das Problem erkannt wird, sollte es rechtzeitig analysiert und untersucht und geeignete Maßnahmen zur Lösung ergriffen werden.
Veröffentlichungszeit: 14. Juni 2022