(1)整流電源
電鑄電源是電鑄工藝中最主要的設(shè)備之一,是為電鑄過程提供工作能量的能源設(shè)備。
選擇電鑄電源時,要注意以下幾點(diǎn)。
①電壓選擇。在電鑄過程中,電源的直流輸出額定電壓一般應(yīng)不小于電鑄槽最高工作電壓的1.1倍。如果電沉積過程中需要沖擊電流時,整流電源的電壓值應(yīng)該能滿足要求。可供選擇的直流電源的電壓值有以下系列:6V、9V、12V、15V、18V、24V、36V等。用戶還可以根據(jù)自己的需要來設(shè)定電源的最大電壓值。
②電流選擇。電鑄的直流額定電流應(yīng)該不小于根據(jù)所加工產(chǎn)品尺寸計算出來的電流值,并且要加上當(dāng)需要沖擊電流時的過載能力。
③電源波型。直流整流電源根據(jù)供電和整流方式的不同而有幾種電源波型:單相半波、單相全波、單相橋式、三相半波、三相全波、雙反星形帶平衡電抗器。還有周期換向電流、脈沖間歇電流等。
現(xiàn)在常用的電源為可控硅整流電源,其輸出電流根據(jù)不同的規(guī)格可以有5A、10A、50A、100A直至20000A等好多種選擇。對于對電流的波型有特別要求的電鑄過程,可以選用脈沖電源或周期換向電源,以獲得更為細(xì)致的金屬結(jié)晶和表面質(zhì)量。對于要求純正直流的電鑄過程,可以選用開關(guān)電源等更為高級的供電方式。在需要自動控制的場合,則可以加入電腦自動控制系統(tǒng),使電鑄過程獲得穩(wěn)定的電流供應(yīng)而不出現(xiàn)較大的波動。
電鑄過程中對電流的監(jiān)控實際上是對電流密度的監(jiān)控,因此選擇電源功率的依據(jù)是根據(jù)所需要加工的電鑄制品的表面積。通常以所能加工的最大表面積和最大的電流密度的積為選取電源功率的依據(jù),并且還要加上10%~l5%的裕度。
(2)電鑄槽
電鑄用的槽體因所加工的制品不同而有所不同。和電鍍槽一樣屬于非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。槽體所用的材料要能防止電鑄液的腐蝕和溫度等變化的影響。由于電鑄所用的鍍液有不少是高溫型,因此,電鑄用鍍槽宜于用鋼材襯軟PVC,也可以采用增強(qiáng)的硬PVC制作鍍槽。
電鑄槽的大小視所加工的電鑄制件的大小而定。如果是體積較小的電鑄制品,還要考慮單個電鑄槽的承載量?;蛘哒f根據(jù)所需要加工電鑄制品的產(chǎn)量,來確定所需要的設(shè)備。需要注意的是這種根據(jù)實際生產(chǎn)需要計算出的鍍槽的容量并不包括日后發(fā)展時對電鑄設(shè)備的需要,因此,一般都要對鍍槽的容量適當(dāng)放大,以留有產(chǎn)能的裕量。因此,電鑄槽的容量可以從幾十升至幾千升不等。同時,盡管傳統(tǒng)的電鑄槽的形狀與電鍍槽大同小異,現(xiàn)在電鑄槽的形狀有很多,已經(jīng)與電鍍用鍍槽的形狀有所不同。
因為對于不同的電鑄加工,要根據(jù)所加工的制品的形狀、大小和具體的要求專門設(shè)計鍍槽和輔助裝置。比如連續(xù)鍍所用的帶滾輪的鍍槽,光盤電鑄所需要的旋盤電極等。有些槽體也會因為鑄制品的形狀特殊而要采用特制的鍍槽。
對于電鑄液量不大而又可以另外設(shè)置循環(huán)過濾槽的電鑄槽,可以采用陶瓷槽體。對于不需要加溫的常溫型電鑄或加溫不超過60℃的鍍液,可以采用普通PVC鍍槽或玻璃鋼鍍槽。
有些產(chǎn)品生產(chǎn)型電鑄,例如鎳質(zhì)剃須刀網(wǎng)罩、波導(dǎo)管等大批量生產(chǎn)的制品,可以采用電鑄自動線生產(chǎn)。由自動或半自動控制系統(tǒng)按設(shè)定的流程程序進(jìn)行操作,可以提高生產(chǎn)效率和適應(yīng)大規(guī)模的生產(chǎn)。
對于近年出現(xiàn)的微電鑄加工,則可以在更為小型的鍍槽內(nèi)進(jìn)行,并且這種電鑄槽對所有工藝參數(shù)都盡可能采用自動控制系統(tǒng)加以控制,以保證過程的高度重現(xiàn)性。
(3)電鑄用陽極
電鑄的陽極通常都要求是可溶性陽極,并且對純度也有一定的要求。根據(jù)電鑄制品的精度和硬度等不同的要求,對陽極的要求也不一樣。普通電鑄可以采用99.9%的陽極,但是對于鍍層純度有較高要求的電鑄,則要采用99.99%的陽極,以保證鍍層的柔軟性和鍍液的純凈。對于電鑄而言,由于陰極的工作電流密度高,工作時間長,因此,要求陽極與陰極的面積比要比電鍍的大一些。陽極的面積至少要是陰極面積的2倍以上。同時,一定要配置陽極籃,這樣可以保證在可溶性陽極不足時,陽極仍然可以起導(dǎo)電作用,緩沖由于陽極消耗過大時,可溶性陽極面積減小引起的電流密度和槽電壓的變化過大。
無論是采用陽極籃或陽極都要加上陽極套,以防止陽極泥落入鍍液內(nèi)而使沉積層表面出現(xiàn)刺瘤等質(zhì)量問題。
對于陽極有較高要求的電鑄,可以在鍍槽中設(shè)置專門的陽極室,以隔膜與陰極區(qū)隔開,以免陽極泥等影響電鑄過程。
(4)化學(xué)原材料
這里所說的電鑄所需的原材料主要指的是化工原料,這些化工原料可以根據(jù)電鑄工藝的需要分為幾類。
①主鹽。主鹽是配制電鑄液的主要材料,需要進(jìn)行什么樣的金屬電鑄,就要用這種金屬的主鹽。比如銅電鑄要用到銅鹽,鎳電鑄要用到鎳鹽等。并且同一種金屬的電鑄,由于所采用工藝的不同要用到不同的主鹽。如硫酸鹽鍍銅所用的是硫酸銅做主鹽,而焦磷酸銅鍍銅用的是焦磷酸銅做主鹽。對于合金電鑄,則要有與合金成分一樣的主鹽。特別是沒有合金材料做陽極時,鍍層中的金屬成分完全是靠主鹽提供的。
電鑄所用主鹽的濃度一般比電鍍的要高一些。當(dāng)然有些電鍍液也可以直接用作電鑄液。另外,電鑄同樣對主鹽的質(zhì)量有要求。為了防止雜質(zhì)從主鹽電帶人鍍液,要求主鹽的純度要高一點(diǎn),最好是采用化學(xué)純級的主鹽。如果是使用工業(yè)級的材料,則在鍍液配好以后要加入活性炭進(jìn)行過濾,有些鍍種還要小電流電解。
②輔助鹽。除了極個別的鍍液是由單純的簡單鹽配制成的外,電鑄液還要用到各種輔助鹽,比如導(dǎo)電鹽、絡(luò)合劑、輔助絡(luò)合劑、pH調(diào)節(jié)劑等。對這些鹽類同樣有質(zhì)量的要求,一以防不純的材料將金屬雜質(zhì)或有機(jī)雜質(zhì)帶人到鍍槽中。如果用到工業(yè)級材料,一定要進(jìn)行過濾處理。
③添加劑。添加劑是現(xiàn)代電鍍技術(shù)中的重要化工原料,在電鑄中同樣有著重要的作用。有很多鍍種沒有添加劑就根本不能工作。比如酸性鍍銅,沒有光亮劑是不可能獲得合格鍍層的。
電鍍或電鑄中用的添加劑主要是有機(jī)物,并且現(xiàn)在有不少是人工合成的有預(yù)設(shè)功能的有機(jī)物中間體,最常用的是光亮劑(在電鑄中則主要是用作鍍層結(jié)晶的細(xì)化劑)、鍍層柔軟劑、走位劑(分散能力的通俗說法)等。
有些鍍種仍然可以采用天然有機(jī)物或其他有機(jī)物作添加劑。如明膠、糖精、尿素、醇類、醛類等化合物。
還有一些鍍種則要用到無機(jī)添加劑,比如增加硬度或調(diào)整鍍層結(jié)晶的非主鹽類的金屬鹽。作為添加劑用的金屬鹽的用量通常都非常低,只在lg/L以下。
④前、后處理劑。對于電鑄來說,前、后處理劑主要是常規(guī)酸、堿或鹽。其中前處理主要用到的是去油所要的堿類,如氫氧化鈉、碳酸鈉、磷酸鈉,還有表面活性劑。再就是去掉金屬表面氧化皮的酸,如硫酸、鹽酸、硝酸等。
對于電鑄的后處理,要用到酸、堿的場合主要是一次性金屬原型從電鑄完成后的型腔中脫出的場合。這時要用酸或堿將金屬原型溶解,以獲得電鑄成品。
其他前、后處理劑包括脫模劑、隔離劑等。