电铸

      本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目 审核 。

      电铸是指在芯模上电沉积，然后分离以制造（或复制）金属制品的工艺。它的基本原理和电镀相同。但是，电镀时要求得到与基体结合牢固的金属镀层，以达到防护、装饰等目的，而电铸层要和芯模分离，其厚度也远大于电镀层。 [1]

中文名

电铸

外文名

electrotyping

原    理

金属离子阴极电沉积

优    点

产品尺寸精度高等

缺    点

生产周期长等

学    科

冶金学

目录

1.       1原理
2.       2特点
3.       3设备
4.       4工艺流程
5.       5应用

原理

      编辑

      电铸是利用金属离子台辣签阴极电沉积原理，在导电原模（芯模）上沉积金属、合金或复合材料，并将其与原模分离以制取制品的过程。通常导电原模作阴极，需要电铸的金属作阳极。电铸溶液是含有阳极金属离子的溶液，在电源档煮夜的作用下，电铸溶液中的金属离子在阴极导电原模上还原成金属，沉积于导电原模表面。同时，阳极金属源源不断地变成离子溶解到电铸液中进行辨遥懂主补充，使电铸液中金属离子的浓度保持不变。当阴极导电原模上的电铸层逐渐增加多悼，达到要求厚度时，停止电铸，将电铸件与原模分离，获得与原模型面相反的电铸件。这种电铸件谜巴凳的形状和表面粗糙度值少泪和与原纸乌模相估企似。 [2]

特点

      编辑

      电铸和一般机械加工工艺相比有很多优点：

      (1)能把机械加工较困难的零件内表面转化为芯模外表面，能把难成型的金属转化为易成型的芯模材料（如蜡、树脂等），因而能制造用其它方法不能（或很难）制造的特殊形状的零件。

      (2)能准确地复制表面轮廓和微细纹路。

      (3)改变溶液组成和工作条件，使用添加剂，能使电铸层的性能在宽广的范围内变化，以适应不同的需要。

      (4)能够得到尺寸精度高、表面光洁度好的产品。同一芯模生产的电铸件一致性好。

      (5)能得到纯度很高的金属制品（电解金属）、多层结构的构件，并能把各种金属、非金属部件拼镀成一个整体。

      由于有上述特点，电铸工艺被用来制造形状复杂、精度高的空心零件（如波导管等），注塑用的模具、薄壁零件（有时厚仅几十微米），复制精细的表面轮廓（如唱片模、艺术品）等，将成为广泛应用的工艺之一；

      但是，电铸也有一些缺点如生产周期长，成本比较高，厚度很难均匀，并且会把芯模上的伤痕带到产品上。 [1]

设备

      编辑

      电铸设备主要由电铸槽、整流电源、电铸用阳极、搅拌及阴极移动装置、循环过滤系统、加热和温度自动控制系统、pH值自动调节器等组成。各部分要求如下：

      1、电铸槽

      选择电铸槽材料以不被电铸液腐蚀和不受温度变化影响为准。通常用钢板焊接，内衬铅版、橡胶、塑料薄板。也可用较厚的聚氯乙烯硬板焊接或聚合树脂和玻璃纤维粘接而成。小型电铸槽可用陶瓷、玻璃等制成。大型电铸槽可用耐酸砖衬里的水泥槽。

      2、整流电源

      1)电源输出电压不小于电铸槽最高工作电压的1.1倍。用户可根据需要设定电源的最大电压值，一般电压值为6~36V；

      2)额定电流不小于按所加工产品尺寸计算的电流加上需要冲击电流时的过载电流。常用的晶闸管整流电源的输出电流在5～20000A范围内有多种选择。

      3)根据供电和整流方式不同有多种电流波形：单相半波、单相全波、单相桥式、三相半波、三相全波、双反星形带平衡电抗器、周期换向电流、脉冲间歇电流等。

      4)电源功率依据电铸制品的表面积而定，通常以最大加工工件表面积和最大电流密度的乘积，再加上10%~15%的裕量为选取功率的依据 。

      3、电铸用阳极

      除一些特殊电铸液外，电铸阳极通常要求是可溶性阳极，其纯度依电铸制品的精度和硬度要求不同有所区别。普通电铸采用99.9%纯度的阳极，高纯度电铸采用99.99%纯度的阳极。由于电铸的阴极工作电流密度高且工作时间长，要求阳极的面积至少是阴极面积2倍以上。一定要配置阳极篮，以缓冲阳极消耗过大时，可溶性阳极面积减少引起电流密度和槽电压变化过大。必须配置阳极套，防止阳极泥落入镀液内而使营铸层出现刺瘤等质量问题。对阳极有较高要求的电铸，还需设置专门的阳极室。

      4、搅拌及阴极移动装置

      为降低电铸液的浓差极化，增大电流密度，提高电铸质量和电铸效率，在伴随阴极原模移动的同时，应加速溶液搅拌。搅拌方法有循环过滤法、压缩空气法、超声振动法和机械搅拌法等。阴极移动包括阴极在水平方向的往复运动、垂直方向上下振动，以及圆周旋转和左右摆动等。移动频率应比电镀时移动频率高，通常15～30次/min。

      5、加热和温度自动控制系统

      由于电铸时间较长，电铸期间要保持电铸溶液的温度恒定，电铸溶液需要加热或冷却。加热的方法有蒸汽加热、加热水、电热和燃气加热。冷却方法可用水冷或冷冻机冷却等方法。通常电铸槽的侧壁、槽底安装蛇形管，加热时通入蒸汽或热水，冷却时通入冷水。温度自动控制系统包括温度传感器和控制继电器，自动温控系统可以使电铸液保持最佳温度状态。

      6、循环过滤系统

      去除电铸液中的杂质需要对电铸液进行过滤。电铸时，用过滤泵吸出槽底的溶液及杂质，经过滤器过滤后的溶液返回电铸槽内，循环过滤的同时，通过溶液反复流动可达到搅拌的目的。

      7、pH值自动调节器

      电铸液的pH值是一个比较重要的工艺参数，需要进行管理。电铸液工作时间长，电流密度大，电铸液的pH值变化快，采用pH值自动调节装置监控镀液酸碱度变化，在必要时加入适量的酸或碱进行中和。 [2]

工艺流程

      编辑

      原模一般根据所选用的材料不同分为金属原模和非金属原模，根据用途不同又可分为一次性和反复使用原模。

      对于金属原模电铸前处理主要包括表面净化（表面整理、除油和除锈等）和脱模处理。表面净化是为获得均匀平整的电铸制品，脱模处理则是设置脱模剂或隔离层，便于电铸后脱模。对于非金属原模电铸前表面净化（除油、敏化和活化等）是为导电化处理奠定基础，而导电化处理则是让非金属原模表面金属化。

      电铸后处理包括衬背和脱模，衬背用于加固电铸制品，避免脱模或后续加工时损坏。电铸的主要工艺过程如图1《电铸工艺流程》所示。 [2]

应用

      编辑

      电铸主要应用在下述三个方面。

      一、金属箔与金属网

      (1)电动剃须刀的刀片和网罩，碱性电池的支承网（电铸镍网），食品加工器中的过滤帘网（如咖啡、果汁及茶叶的电铸镍网过滤器），各种穿孔的金属箍带，以及宽度可以至1 200 mmm，长达几米的无缝金属带圈，等等。

      (2)电铸筛网可广泛用于在产品上印刷各种颜色的花纹及图像，用于织物、墙纸、广告及包装等。大的筛网，可用来印染各种印花地毯。

      (3)电铸金属箔片，如镍箔、铜箔、铁箔及其他金属箔片，得到广泛应用。每年用在印刷电路工业上的电铸铜箔，就有几百万平方米。

      二、冲压模、注塑模及印刷用字母

      (1)冲压模、注塑模已被用来生产玻璃器皿、铁基合金压铸件、橡胶制品、吹塑模、旋转空心模等。

      (2)电铸模做挤压工具，主要用于制造唱片，数字式录音器和电视录像室用电铸字母。

      三、金属复制品

      应用电铸技术，可将一般机械加工中较为困难的工件的内表面转化为芯模的外表面，也能把难以成型的金属材料转化为易成型的芯模材料（如蜡、树脂、塑料等）。

      电铸复制品有几百种，如：精密光学仪器上的反光镜，管道压力保护装置上的安全隔膜，火箭发动机上的喷射管、热交换器，氧-乙炔火焰高速切割(拉阀尔管)喷嘴，雷达和激光上用的波导管和调谐槽，各种规格的波纹管、电火花加工电极等。

      此外，也可利用电铸将几个金属或非金属体连接起来——电结合技术。 [3]