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电铸工艺的流程

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-23  浏览次数:2756

电铸的流程可以分为四大部分,即原型的选定或制作、电铸前处理、电铸和电铸后处理。每一个部分又都包括完成这个部分的多个子流程或工序。

 

   (1)电铸原型的选定或制作

 

对于电铸过程来说,首先要确定的是原型。因为电铸是在原型上进行的。因此,如何选定原型和如何根据设计要求制作原型是电铸的关键。

 

原型根据其所用材料的不同而分为金属原型和非金属原型两大类。根据功能的不同又分为一次性原型和反复使用性原型两大类。采用什么样的原型要根据所加工产品的结构、造型、产品材料和适合的加工工艺来确定。当然,在需方有明确要求的情况下,完全可以按照需要来进行原型的设计和制作。对于选定了的原型形式,要采用相应的方法按设计意图加工成原型,以便用于电铸。

 

原型的制作有很多方法,包括手工制作原型、机械加工制作原型、利用快速成型技术制作原型和从成品上翻制原型等。

 

   (2)电铸前处理

 

电铸的前处理也被称为电铸原型的表面改性处理。我们知道,电铸的原型分为金属原型和非金属原型两大类。无论是金属原型还是非金属原型,在电铸前都要进行适当的前处理加工,使电铸层能可靠地在原型表面生长出来。

 

对于金属原型,其前处理包括表面整理和除油、除锈等类似于电镀前处理的流程,但是这种前处理不是为了获得良好的结合力,而是要获得均匀平整的表面镀层,以利在其上生长电铸层,还要方便以后的脱模处理。因此电铸的前处理中有时还要加入一个最重的工序,那就是脱模剂或隔离层的设置。

 

对于非金属原型,则是要首先使其表面金属化,以便使后续的电铸加工可以顺利进行。而表面金属化则要经过表面整理、敏化、活化、化学镀等一系列流程。有关非金属表面金属化的原理和工艺,可以参见本书第8章塑料电镀中的相关内容。

 

   (3)电铸

 

电铸过程是金属的电沉积过程,在电铸工作液中,以经过前处理的原型作为阴极,以所电铸的金属为阳极,在直流电的作用下,控制一定的电流密度,经过一定时间的电沉积,就可以在原型上获得金属电铸的制品。

 

根据所设计的电铸制品的要求,电铸所用的金属可以是铜、镍、铁、合金、稀贵金属等。电铸制品的厚度也可以从几十微米到十几毫米。

 

由于电铸过程所经历的时间比较长,对电铸过程中的工艺参数可以采用自动控制的方法加以监控。如工作液的温度、电流密度、pH值、浓度等,可以采用不同的控制系统加以控制。

 

电铸过程中所用的阳极通常都要求采用可溶性阳极。这是因为电铸过程中金属离子的消耗比电镀要大得多,并且电铸过程所采用的阴极电流密度也比较高,如果金属离子得不到比较及时的补充,电铸的效率和质量都会受到影响。

 

   (4)电铸后处理

 

电铸加工完成后,还要经过一些技术处理,才能得到合格的电铸制品。这些对电铸出来的制品进行的技术处理可以称为后处理。电铸的后处理与电镀的后处理有很大的不同。电镀的后处理是对表面质量的进一步保护,包括清洗、脱水、钝化、涂防护膜等。而电铸的后处理第一是脱模,就是将电铸完成的电铸制品从原型或芯模上取下来,然后是对电铸制品的清理。这种清理包括去除一次性原型特别是破坏性原型的残留物,尤其是内表面(如果是腔体类模具)的清理。

 

①脱模。由于电铸所用的原型有金属材料和非金属材料两大类,同时又分为反复使用性原型和一次性原型,因此,从原型上脱除的工艺是不同的。如果对电铸的外表面还有结构等方面的加工,最好在脱模前进行,这样可以防止电铸模的变形或损坏。对于不同的电铸原型,可以选择以下不同的脱模方法。

 

a.机械外力脱模法。对于反复使用性原型,多半要采用机械外力脱模法。简单的电铸模可以用锤子敲击脱模。如果是有较大接触面的电铸模,则需要采用水压机或千斤顶对原型施加静压力脱模。

 

b.热胀冷缩脱模法。当原型与电铸金属的热胀系数相差较大时,可以采用加热或冷却的方法进行脱模。通常可以采用烘箱、喷灯、热油等加热的方法,在铸型和原型因热胀程度不同的情况下松动后,可以比较方便地进行脱模。如果电铸原型是不适合加温的材料,则可以采用冷却法进行冷缩处理,这时可以采用干冰或酒精溶液进行冷却,同样可以利用冷缩率的差别而使铸模与原型脱离。

 

c.熔化脱模法。对于一次性原型,无论是低熔点合金还是蜡制品,都可以采用加热使其熔化的方法进行脱模。对于涂有低熔点材料做隔离层或脱模剂的原型,也是采用加热的方法脱模。对于热塑性原型的脱模,在加热后可以将大部分软化后的原型材料从模腔内脱出,剩余的部分可以再用溶剂加以清洗,直至模腔内没有残留物。

 

d·溶解脱模法。对于适合采用溶解法脱模的原型,也要根据不同的材料选用不同的溶解液。比如对于铝制原型,可以采用加温到80℃的氢氧化钠溶液溶解。这时氢氧化钠的含量为200~250g/L。如果所用的是含铜的铝合金,则可以在以下的溶解液里进行溶解:

 

氢氧化钠

50g/L

EDTA

0.4g/m

酒石酸钾钠

lg/L

葡萄糖

l.5g/L

   

   ②脱模剂。电铸完成后,要使原型与铸模容易分离,必须借助原型与电铸层之间存在的脱模剂的作用。当然,对于一般非金属原型来说;脱模并不困难。尤其是一次性原型,可以用破坏原型的方法将原型与电铸模分离,但是对于反复使用的原型,既要保证电铸模的完好,又要保证原型可以再次使用,脱模剂就十分重要了。以下介绍几种常用的脱模剂。

 

a.有机物脱模剂。有机物脱模剂是用得最多的一种脱模剂,例如涂料、橡胶、石墨粉等。可以用于各种金属原型。这类脱模剂成本低、操作方便,但是对于不导电的有机质,要进行导电性处理,因此最常用的还是石墨粉。

 

   b.无机物脱模剂。这主要是指在金属原型表面生成氧化物薄膜的方法,比如生成铬酸盐、硫化物等,因此,也可以叫做化学转化膜型脱模剂。其是金属原型用得比较多的方法。

 

由于不同金属的氧化或钝化性能不同,需要根据不同的金属选用不同的氧化方法或钝化方法。像铜、镍、铬等表面可以用电解法氧化,也可以用化学法氧化。有些金属有自钝化性能,比如铝,会生成天然氧化膜,在其上电铸,容易脱模,但是天然氧化膜往往是不致密或不完全的,这对于反复使用性原型存在脱模失败的风险。因此,正确的做法仍然是要进行人工生成隔离层。对于金属铝及其合金,要采用电化学氧化生成的脱模层。

 

c.低熔点合金脱模剂。在金属原型表面镀覆一层铅锡合金,即低熔点合金,然后再在其上电铸,电铸完成后,再高温熔掉隔离层而便于电铸模腔脱出。这种方法的缺点是脱模层比较厚,对尺寸要求较严的制品不宜采用。

 

③加固与最后修饰。对于有些电铸制件,特别是用来做模具用的制件为了能适用于各种使用模具的机械,需要配制模架等配制加工和加固加工。对于有些电铸制品,还存在装饰、抛光、喷油漆等后处理。

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