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电铸技术研究与探讨

江苏理工学院机械工程学院

摘要：随着工业科技的进步，电铸技术也得到了很大的提高。本文简单地介绍了下电铸的原理、特点，以及电铸的几种主要材料，同时也介绍了下当今电铸技术在工业中的一些运用和实践。最后指出电铸技术存在的一些不足之处，但作为一门交叉学科，未来电铸技术会随着科技的发展而大放异彩。

关键字：电铸；原理；材料；运用

Abstract:Withthe development of science and technology,electroforming hasimprovedalot.Thispapersimplyintroducesthebasicprinciple,characteristicandsomematerialofelectroforming.Simultaneouslysomeapplicationsofelectroformingare illustrated by the paper. In the end, the shortcomings of our country’selectroformingtechnologiesatpresentstagearepointedout,butasacross-disciplinesubject,electroformingwillbewidelydevelopedandappliedinfuture.

Keyword:electroforming;principle;material;application

前言

随着工业的不断发展，各种精密异型、复杂微细的金属零部件以及相关模具产品的需求大幅增加，电铸作为一种精密制造技术受到高度重视。电铸工艺从发明至今已有上百年的历史。1838年，俄国的耶可夫教授发明了电铸铜；1842年德国的Bottger教授发明了电铸镍；1869年在俄国财政部印刷所里又诞生了电铸铁[1]。

电铸工艺的早期应用局限于复制艺术品和印刷制版。目前对电铸工业技术研究向着三个方向发展；一是研究电铸新型的材料和工艺装备：二是探索复制特殊形状零件的工艺方法，并不断取得新的成果；三是研究微细电铸进行精密和超精密加工[2-4]。

电铸工艺的原理和特点

电铸技术是化学、材料和机械工程等多门学科交叉的产物，具有极高的制造和复制精度，是特种加工的重要组成部分。电铸本质上是电镀的一种特殊形式，两者之间的主要区别在于[5]：一是工艺过程的目的不同，电铸的目的是获得金属制品零件，而电镀是零件表面改性；二是沉积层厚度不同，通常情况下电镀层的厚度在10~20μm，而电铸层的厚度一般在0.1mm以上；三是沉积层内应力有差异，电铸层内应力应小于100MPa，而电镀层比电铸层高些，可达到200MPa以上。

电铸技术原理

电铸装置主要包括阳极、电解液、待镀工件模具(阴极)和电源，以及一些辅助装置如温度仪和搅拌机等。电铸技术的原理很简单(如图1.1以电铸镍为例)。它是一种基于电沉积原理，使来自金属盐溶液的金属正离子在电场力的作用下，迁移到阴极获得电子还原成原子，并沉积于阴极母模表面，来进行产品制取的制造技术。沉积过程中离子与芯模表面不存在间隙且对其表面不造成损伤。

图1.1电铸原理图

图1.1注：阳极反应(氧化)：Ni→Ni2++2e- 4OH→2H2O+O2+4e-

阴极反应(还原)：Ni2++2e-→Ni 2H++2e-→H2

电铸工艺流程如下：1)设计制造芯模。芯模材料通常为不锈钢、环氧树脂、

有机玻璃、铝、钛等；2)导电层/分离层处理。对非导电芯模进行化学镀等处理使得芯模导电，导电芯模表面还需要进行分离层处理，使得电铸层与芯模结合力非常弱，以便脱模；3)电沉积；4)脱模和背衬处理。当电铸层达到需要的厚度后，采用机械、化学等方法使得具有弱结合力的沉积金属层与芯模分离，并根据具体情况决定是否需要在非加工表面采用背衬加固[6]。图1.2为电铸工艺技术流程图。

图1.2电铸工艺流程图

电铸技术的特点

近些年来，电铸技术已广泛地运用于工业生产中，得到了很好的效益。和其他的制造技术相比，电铸具有如下特点[7]：1)电铸制品精度高，且对芯模无任何损害；2)可加工零件尺寸范围大，适合于结构复杂、薄壁异型零件的加工；

3)可以通过改变电沉积参数，控制铸层的物理、机械性能，以满足实际工程中的需要；4)设备简单，投资少。

电铸材料

电铸主要以增材的方式制造各种难以用传统机械加工方法制得或加工成本很高的零件，显著提高材料的强度、硬度、致密度、耐磨损性和耐腐蚀性。其中材料的研究发展也是电铸技术发