電鑄工藝的流程

什么是電鑄工藝?它有什么特點?

電鑄是在芯模表面電沉積金屬，然后使兩者分離來制取零件的工藝。其基本原理與電鍍相同，其區(qū)別在于電鍍層要與基材牢固結(jié)合，而電鑄層要與基材(芯模)分離；電鍍層的厚度一般只有幾微米到幾十微米，而電鑄層有零點幾毫米到幾毫米。

    作為一種金屬成型加工的工藝，電鑄具有下述優(yōu)點：

1)能準(zhǔn)確的復(fù)制出芯模的表面形貌。如用電鑄鎳制造壓制唱片或光盤的壓膜。

2)可將難以甚至不能進行的內(nèi)型面加工轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀走M行的外型面加工，從而可大大提高加工零件的精度。如電鑄生產(chǎn)特殊型面的波導(dǎo)管、氣切割嘴、塑料注射成型模具型腔。

    3)容易得到由不同金屬或金屬與非金屬組合的多層結(jié)構(gòu)件。如在芯模上電沉積薄的金、銀、銅層后再纏繞碳纖維．環(huán)氧復(fù)合材料來制作輕型波導(dǎo)。

    4)可電鑄連接某些不能或不便于焊接的材料。這是電鑄加工的一種延伸。如可電鑄連接不銹鋼一鋁(或鈦、鈹)接頭。

    5)對電鑄零件的尺寸原則上沒有限制。如可電鑄長達5m、電鑄層約lOmm的風(fēng)洞噴管內(nèi)壁，在不銹鋼芯模上電鑄出連續(xù)的、厚度約10μm的鎳箔。

    電鑄的主要缺點是：

    1)在復(fù)雜型面的芯模表面難以得到厚度均勻的電鑄層。但可用對其表面進行機加工的方式予以補償。

    2)由于電鑄層對芯模表面的復(fù)制性好，使其表面上的劃傷等缺陷也會復(fù)制到電鑄產(chǎn)品上。

    3)生產(chǎn)周期長(薄壁件除外)。一般沉積速度為：銅0．04～0．2mm／h、鎳0．02～0．1mm／h、鐵0．02～0．15mm／h。

    原則上，凡能電沉積的金屬或合金均可用于電鑄，但從其性能、成本和工藝上考慮，尚有銅、鎳、鐵、鎳鈷合金等少數(shù)幾種有實用價值。目前在工業(yè)中廣泛應(yīng)用的只有銅和鎳。

電鑄的流程可以分為四大部分，即原型的選定或制作、電鑄前處理、電鑄和電鑄后處理。每一個部分又都包括完成這個部分的多個子流程或工序。

   (1)電鑄原型的選定或制作

對于電鑄過程來說，首先要確定的是原型。因為電鑄是在原型上進行的。因此，如何選定原型和如何根據(jù)設(shè)計要求制作原型是電鑄的關(guān)鍵。

原型根據(jù)其所用材料的不同而分為金屬原型和非金屬原型兩大類。根據(jù)功能的不同又分為一次性原型和反復(fù)使用性原型兩大類。采用什么樣的原型要根據(jù)所加工產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、造型、產(chǎn)品材料和適合的加工工藝來確定。當(dāng)然，在需方有明確要求的情況下，完全可以按照需要來進行原型的設(shè)計和制作。對于選定了的原型形式，要采用相應(yīng)的方法按設(shè)計意圖加工成原型，以便用于電鑄。

原型的制作有很多方法，包括手工制作原型、機械加工制作原型、利用快速成型技術(shù)制作原型和從成品上翻制原型等。

    (2)電鑄前處理

電鑄的前處理也被稱為電鑄原型的表面改性處理。我們知道，電鑄的原型分為金屬原型和非金屬原型兩大類。無論是金屬原型還是非金屬原型，在電鑄前都要進行適當(dāng)?shù)那疤幚砑庸?，使電鑄層能可靠地在原型表面生長出來。

對于金屬原型，其前處理包括表面整理和除油、除銹等類似于電鍍前處理的流程，但是這種前處理不是為了獲得良好的結(jié)合力，而是要獲得均勻平整的表面鍍層，以利在其上生長電鑄層，還要方便以后的脫模處理。因此電鑄的前處理中有時還要加入一個最重的工序，那就是脫模劑或隔離層的設(shè)置。

對于非金屬原型，則是要首先使其表面金屬化，以便使后續(xù)的電鑄加工可以順利進行。而表面金屬化則要經(jīng)過表面整理、敏化、活化、化學(xué)鍍等一系列流程。有關(guān)非金屬表面金屬化的原理和工藝，可以參見本書第8章塑料電鍍中的相關(guān)內(nèi)容。

    (3)電鑄

電鑄過程是金屬的電沉積過程，在電鑄工作液中，以經(jīng)過前處理的原型作為陰極，以所電鑄的金屬為陽極，在直流電的作用下，控制一定的電流密度，經(jīng)過一定時間的電沉積，就可以在原型上獲得金屬電鑄的制品。

根據(jù)所設(shè)計的電鑄制品的要求，電鑄所用的金屬可以是銅、鎳、鐵、合金、稀貴金屬等。電鑄制品的厚度也可以從幾十微米到十幾毫米。

由于電鑄過程所經(jīng)歷的時間比較長，對電鑄過程中的工藝參數(shù)可以采用自動控制的方法加以監(jiān)控。如工作液的溫度、電流密度、pH值、濃度等，可以采用不同的控制系統(tǒng)加以控制。

電鑄過程中所用的陽極通常都要求采用可溶性陽極。這是因為電鑄過程中金屬離子的消耗比電鍍要大得多，并且電鑄過程所采用的陰極電流密度也比較高，如果金屬離子得不到比較及時的補充，電鑄的效率和質(zhì)量都會受到影響。

    (4)電鑄后處理

電鑄加工完成后，還要經(jīng)過一些技術(shù)處理，才能得到合格的電鑄制品。這些對電鑄出來的制品進行的技術(shù)處理可以稱為后處理。電鑄的后處理與電鍍的后處理有很大的不同。電鍍的后處理是對表面質(zhì)量的進一步保護，包括清洗、脫水、鈍化、涂防護膜等。而電鑄的后處理第一是脫模，就是將電鑄完成的電鑄制品從原型或芯模上取下來，然后是對電鑄制品的清理。這種清理包括去除一次性原型特別是破壞性原型的殘留物，尤其是內(nèi)表面(如果是腔體類模具)的清理。

①脫模。由于電鑄所用的原型有金屬材料和非金屬材料兩大類，同時又分為反復(fù)使用性原型和一次性原型，因此，從原型上脫除的工藝是不同的。如果對電鑄的外表面還有結(jié)構(gòu)等方面的加工，最好在脫模前進行，這樣可以防止電鑄模的變形或損壞。對于不同的電鑄原型，可以選擇以下不同的脫模方法。

a．機械外力脫模法。對于反復(fù)使用性原型，多半要采用機械外力脫模法。簡單的電鑄?？梢杂缅N子敲擊脫模。如果是有較大接觸面的電鑄模，則需要采用水壓機或千斤頂對原型施加靜壓力脫模。

b．熱脹冷縮脫模法。當(dāng)原型與電鑄金屬的熱脹系數(shù)相差較大時，可以采用加熱或冷卻的方法進行脫模。通?？梢圆捎煤嫦洹姛?、熱油等加熱的方法，在鑄型和原型因熱脹程度不同的情況下松動后，可以比較方便地進行脫模。如果電鑄原型是不適合加溫的材料，則可以采用冷卻法進行冷縮處理，這時可以采用干冰或酒精溶液進行冷卻，同樣可以利用冷縮率的差別而使鑄模與原型脫離。

c．熔化脫模法。對于一次性原型，無論是低熔點合金還是蠟制品，都可以采用加熱使其熔化的方法進行脫模。對于涂有低熔點材料做隔離層或脫模劑的原型，也是采用加熱的方法脫模。對于熱塑性原型的脫模，在加熱后可以將大部分軟化后的原型材料從模腔內(nèi)脫出，剩余的部分可以再用溶劑加以清洗，直至模腔內(nèi)沒有殘留物。

d·溶解脫模法。對于適合采用溶解法脫模的原型，也要根據(jù)不同的材料選用不同的溶解液。比如對于鋁制原型，可以采用加溫到80℃的氫氧化鈉溶液溶解。這時氫氧化鈉的含量為200～250g／L。如果所用的是含銅的鋁合金，則可以在以下的溶解液里進行溶解：

   ②脫模劑。電鑄完成后，要使原型與鑄模容易分離，必須借助原型與電鑄層之間存在的脫模劑的作用。當(dāng)然，對于一般非金屬原型來說；脫模并不困難。尤其是一次性原型，可以用破壞原型的方法將原型與電鑄模分離，但是對于反復(fù)使用的原型，既要保證電鑄模的完好，又要保證原型可以再次使用，脫模劑就十分重要了。以下介紹幾種常用的脫模劑。

a．有機物脫模劑。有機物脫模劑是用得最多的一種脫模劑，例如涂料、橡膠、石墨粉等。可以用于各種金屬原型。這類脫模劑成本低、操作方便，但是對于不導(dǎo)電的有機質(zhì)，要進行導(dǎo)電性處理，因此最常用的還是石墨粉。

   b.無機物脫模劑。這主要是指在金屬原型表面生成氧化物薄膜的方法，比如生成鉻酸鹽、硫化物等，因此，也可以叫做化學(xué)轉(zhuǎn)化膜型脫模劑。其是金屬原型用得比較多的方法。

由于不同金屬的氧化或鈍化性能不同，需要根據(jù)不同的金屬選用不同的氧化方法或鈍化方法。像銅、鎳、鉻等表面可以用電解法氧化，也可以用化學(xué)法氧化。有些金屬有自鈍化性能，比如鋁，會生成天然氧化膜，在其上電鑄，容易脫模，但是天然氧化膜往往是不致密或不完全的，這對于反復(fù)使用性原型存在脫模失敗的風(fēng)險。因此，正確的做法仍然是要進行人工生成隔離層。對于金屬鋁及其合金，要采用電化學(xué)氧化生成的脫模層。

c．低熔點合金脫模劑。在金屬原型表面鍍覆一層鉛錫合金，即低熔點合金，然后再在其上電鑄，電鑄完成后，再高溫熔掉隔離層而便于電鑄模腔脫出。這種方法的缺點是脫模層比較厚，對尺寸要求較嚴(yán)的制品不宜采用。

③加固與最后修飾。對于有些電鑄制件，特別是用來做模具用的制件為了能適用于各種使用模具的機械，需要配制模架等配制加工和加固加工。對于有些電鑄制品，還存在裝飾、拋光、噴油漆等后處理。