電鑄模具利用金屬的電解沉積原理來精確復(fù)制某些復(fù)雜或特殊形狀工件的特種加工方法。它是電鍍的特殊應(yīng)用。電鑄是俄國學(xué)者Б.С.雅可比于1837年發(fā)明的。電鑄英譯:electroforming
利用金屬的電解沉積原理來精確復(fù)制某些復(fù)雜或特殊形狀工件的特種加工方法。它是電鍍的特殊應(yīng)用。電鑄是俄國學(xué)者Б.С.雅可比于1837年發(fā)明的。最初主要用于復(fù)制金屬藝術(shù)品和印刷版,19世紀(jì)末開始用于制造唱片壓模,以后應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大。
電鑄模具廠
制作過程:把預(yù)先按所需形狀制成的原模作為陰極,用電鑄材料作為陽極,一同放入與陽極材料相同的金屬鹽溶液中,通以直流電。在電解作用下,原模表面逐漸沉積出金屬電鑄層,達(dá)到所需的厚度后從溶液中取出,將電鑄層與原模分離,便獲得與原模形狀相對應(yīng)的金屬復(fù)制件。
電鑄的金屬通常有銅、鎳和鐵3種,有時(shí)也用金、銀、鉑鎳-鈷、鈷-鎢等合金,但以鎳的電鑄應(yīng)用最廣。電鑄層厚度一般為0.02~6毫米,也有厚達(dá)25毫米的。電鑄件與原模的尺寸誤差僅幾微米。
電鑄的主要用途是精確復(fù)制微細(xì)、復(fù)雜和某些難于用其他方法加工的特殊形狀工件,例如制作紙幣和郵票的印刷版、唱片壓模、鉛字字模、金屬藝術(shù)品復(fù)制件、反射鏡、表面粗糙度樣塊、微孔濾網(wǎng)、表盤、電火花成型加工用電極、高精度金剛石磨輪基體等。
原模的材料有石膏、蠟、塑料、低熔點(diǎn)合金、不銹鋼和鋁等。原模一般采用澆注、切削或雕刻等方法制作,對于精密細(xì)小的網(wǎng)孔或復(fù)雜圖案,可采用照相制版技術(shù)。非金屬材料的原模須經(jīng)導(dǎo)電化處理,方法有涂敷導(dǎo)電粉、化學(xué)鍍膜和真空鍍膜等。
對于金屬材料的原模,先在表面上形成氧化膜或涂以石墨粉,以便于剝離電鑄層。
電鑄設(shè)備由電鑄槽、直流電源(一般是12伏,幾百至幾千安) 以及電鑄溶液的恒溫、攪拌、循環(huán)和過濾等裝置組成。電鑄溶液采用含有電鑄金屬離子的硫酸鹽、氨基磺酸鹽、氟硼酸鹽和氯化物等的水溶液。電鑄的主要缺點(diǎn)是效率低,一般每小時(shí)電鑄金屬層的厚度為0.02~0.05毫米。采用高濃度電鑄溶液,并適當(dāng)提高溶液溫度和加強(qiáng)攪拌等措施,可以提高電流密度,縮短電鑄時(shí)間,從而可以提高電鑄效率。這種方法在鎳的電鑄中已獲得應(yīng)用。
進(jìn)入21世紀(jì),社會結(jié)構(gòu)隨著信息化和高消費(fèi)化而導(dǎo)致工程塑料復(fù)制品泛濫成災(zāi)。電鑄技術(shù)作為復(fù)制技術(shù)在金屬薄膜制造、鑄造用模具制造中有著廣泛的應(yīng)用。同時(shí),作為工程塑料成型模具的制造技術(shù)已經(jīng)具有重要地位。
21世紀(jì)是講求與環(huán)境共生和可持續(xù)發(fā)展的世紀(jì),節(jié)約資源和能源是社會追求的目標(biāo)。電鑄技術(shù)是與資源再利用和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的有效技術(shù),它使通過復(fù)制單個(gè)制品而大量生產(chǎn)產(chǎn)品成為可能。本文稿對電鑄的原理、設(shè)備、和在產(chǎn)品中的應(yīng)用加以介紹。
電鑄最早是在1841年由俄國對石蠟或石膏進(jìn)行導(dǎo)電化處理后制作工藝品銅電鑄的模具而開始的。但在在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用是在1950~1960年左右。早期(19世紀(jì))的電鑄是以銅電鑄為主。限于在印刷胎版的復(fù)制和雕像和浮雕等工藝品的制作。中間階段(20世紀(jì)初)鐵的電鑄漸漸取代銅成為主流,應(yīng)用也擴(kuò)大到橡膠和塑料模具的制作。到后期(20世紀(jì)后半期)鎳取代鐵而成為電鑄的主流。應(yīng)用也擴(kuò)大到錄音原盤、波導(dǎo)管、鑄造和注塑模、 、金屬薄膜、 、印制線路板、工藝美術(shù)品等諸多方面。
現(xiàn)在,銅、鎳、金、鉑、銀等都可以做為電鑄加工的材料,在半導(dǎo)體、CD(MD)或DVD等的磁信息記錄、光電子、微電子、DNA增幅等超精細(xì)加工中,都已經(jīng)有了應(yīng)用?,F(xiàn)在電鑄已經(jīng)作為微電子技術(shù)時(shí)代的重要加工手段。
電鑄的原理,如同電鍍一樣是是利用電化學(xué)反應(yīng)的的電沉積技術(shù)。通過在含有同所要獲得的金屬的離子的電解液中的陽極的溶解,在作為陰極的母型上沉積出金屬從而形成可以復(fù)制原型的金屬模型,這就是電鑄的原理。電沉積技術(shù)的構(gòu)成。
電鑄加工的主要技術(shù)和經(jīng)濟(jì)特征如下:
①與制品的形狀大小無關(guān),只要有電鑄槽就可以制作;
②電沉積物的物理、化學(xué)性質(zhì)可以在較寬的范圍變化;
③可以復(fù)制50~100nm的精度的造型;
④可以制作中空制品和合金制品;
⑤對大量復(fù)制產(chǎn)品,與其它方法比在高精度和制作成本方面有優(yōu)勢;
⑥生產(chǎn)的效率提高,對環(huán)境保護(hù)有利。
由于電鑄需要穩(wěn)定的直流電流,現(xiàn)在已經(jīng)采用了交流因素極少的直流電源設(shè)備。同時(shí)在鍍液分析、掛具改進(jìn),計(jì)算技術(shù)的引進(jìn)等方面都有新的進(jìn)展。使電鑄金屬的性能有進(jìn)一步的改進(jìn)。隨著電鑄應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大,傳統(tǒng)上靠機(jī)械加工方法加工的齒輪、高爾夫球的模具、眼鏡等,都已經(jīng)采用電鑄法制造模具。并且電鑄的精密度也進(jìn)入了納米級的時(shí)代。例如光刻原盤或微電子制品和TEM用的微 等,都要用到微電鑄技術(shù)。這是因?yàn)殡婅T可以從原型上非常精密地復(fù)制出模型,可以制作粗糙度為40nm的鏡面模具。
電鑄技術(shù)雖然已經(jīng)進(jìn)入納米時(shí)代,但卻很少為人所知。其知名度很低。電鑄從宏觀復(fù)制到現(xiàn)在的納米級復(fù)制,所使用的還是以160年前開發(fā)的技術(shù)為基礎(chǔ)的技術(shù)。但是在工藝流程和設(shè)備方面已經(jīng)有了很大進(jìn)步。今后,需要進(jìn)一步發(fā)展無污染或少污染的技術(shù),同時(shí)要根據(jù)物理化學(xué)、材料學(xué)、電工學(xué)、光學(xué)、機(jī)械工程、經(jīng)濟(jì)學(xué)、環(huán)境科學(xué)等的進(jìn)步而對電鑄技術(shù)進(jìn)行新的開發(fā)和發(fā)展,包括開發(fā)出新的適合用于電鑄的合金電鑄技術(shù)。