電鑄技術(shù)的基礎(chǔ)和在產(chǎn)品上的應(yīng)用

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1、電鑄技術(shù)的基礎(chǔ)和在產(chǎn)品上的應(yīng)用TheFoundationandAppliedProductsElectroformingTechndogy[日]川崎實VictorCompanyofJapan日本維克多公司技術(shù)開發(fā)部劉仁志2005-10-26譯于西安省軍區(qū)招待所1、前言進(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，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現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的有效

2、技術(shù)，它使通過復(fù)制單個制品而大量生產(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。2、電鑄技術(shù)開發(fā)的背景電鑄最早是在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?，F(xiàn)在，

3、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)時代的重要加工手段。3、電鑄的原理電鑄的原理如圖1所示，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)成見圖2。金屬陽極材料原型電鑄層離子化的金屬離子向陰極區(qū)的電遷移圖1電鑄原理示意電沉積電鍍電鑄共同技術(shù)表面處理陽極材料掛具電解液的調(diào)整原型的制作（設(shè)計、材質(zhì)

4、）厚度電鑄裝置電鑄金屬的性質(zhì)物理機(jī)械性能的調(diào)整電沉積厚度電鍍裝置電鍍層的性質(zhì)光亮劑、添加劑、濕潤劑圖2電沉積技術(shù)的構(gòu)成電鑄與電鍍的最大不同是，電鍍的產(chǎn)品是被鍍件和產(chǎn)品的復(fù)合體。而電鑄則只是以電沉積層為所需要的制品。最終要將鍍層與母型脫離。電鑄與電鍍的不同見表1。表1電鑄與電鍍的不同點(diǎn)項目電鑄電鍍電沉積金屬的結(jié)合力要求可以從基體剝離要求與基體有強(qiáng)的結(jié)合力電沉積層的厚度0.0005~0.2mm以上0.001~0.05mm目的母型、樣品的復(fù)制以利精密成型制品的防蝕、制品的裝飾沉積層的種類鎳、銅、金、鉑、銀、鐵、鉛、鎳鈷合金等所有可以電鍍的金屬和合金、復(fù)合層電鑄的質(zhì)量與脫模方法和電鑄

5、金屬的金相特點(diǎn)有關(guān)。應(yīng)用方面有利用延展性好的鎳制光碟的母型，用導(dǎo)電性好的銅制作印刷線路，用硬度和耐熱性好的鐵制作沖壓模，用耐腐蝕性好和貴金屬制作金導(dǎo)線或裝飾品，利用銀的殺菌作用制作DNA的增幅器等。4、電鑄的特點(diǎn)利用電鑄技術(shù)可以制作其它方法達(dá)不到的復(fù)制高精度和細(xì)致的模具，可以復(fù)制高價值和高復(fù)雜程度的造型。另外，電鑄還可以制作其它方法不能做到的制品，特別是那些制作原型很困難的制品。如圖1所示的電鑄過程中，金屬沉積層從原型上剝離時，根據(jù)原型的材料的不同可以是一次性的也可以是重復(fù)使用的。而重復(fù)使用的原型可以多次使用，從而降低了電鑄加工的成本和提高了效率。但是，電鑄的技術(shù)還有進(jìn)一步發(fā)

6、展的空間，電鑄技術(shù)的水準(zhǔn)與材料學(xué)、物理化學(xué)、以及電化學(xué)的進(jìn)步和設(shè)備的改進(jìn)都有著密切關(guān)系。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。5、電鑄系統(tǒng)的構(gòu)成電鑄過程與原型的制作，與導(dǎo)電層的獲得方法（化學(xué)的物理的）、利用酸和堿的剝離方法、電沉積金屬的性質(zhì)、設(shè)備和裝置都有關(guān)系。主要的系統(tǒng)包括電沉積的金屬、電解液、模型、設(shè)備等。系統(tǒng)原型的制作

7、，與原型的所用的材料有關(guān)，非導(dǎo)體的電鑄、導(dǎo)體的電鑄有不同的電鑄液和工藝。5.1原型的制作原型的制作有金屬、石蠟、石膏、樹脂原型法，蠟加工有機(jī)械加工法、手工法、模壓、雕刻法等，金屬、樹脂、玻璃有化學(xué)加工法（、蝕刻法）等。原型的材料，現(xiàn)在主要是采用金屬、樹脂、玻璃等，電鑄制品的精度和細(xì)微化可以利用光學(xué)和化學(xué)的方法獲得。這種方法多用于非導(dǎo)體原型。經(jīng)過研磨的玻璃板涂覆感光涂料、經(jīng)感光后制作成樹脂圖形，可以經(jīng)蝕刻而制成原型。另外，也有在金屬或玻璃基材表面制作塑料圖形后再進(jìn)行化學(xué)蝕刻來制作原型。這種用光化學(xué)方法制作