电铸加工的原理

电镀、涂镀、及复合镀加工

电铸、表面涂镀、和复合镀加工在原理和本质上都属于电镀工艺的范畴，都是和电解相反，利用电镀液中金属正离子在电厂的作用下，镀覆沉积到阴极上

1 电铸加工的原理、特点及应用

1.1 电铸加工的原理

电铸成型是利用电化学过程中的阴极沉积现象来进行成型加工的，即在原模上通过电化学方法沉积金属，然后分离以制造或复制金属制品。但电铸与电镀又有不同之处，电镀时要求得到与基体结合牢固的金属镀层，以达到防护、装饰等目的。而电铸则要电铸层与原模分离，其厚度也远大于电镀层。

电铸加工的原理如图4 -12所示，在直流电源的作用下，阳极上的金属原子交出电子成为正金属离子进入镀液：m-2e-+m2+，并进一步在阴极上获得电子成为金属原子而沉积镀覆在阴极原模表面：m2+ +2e--m，阳极金属源源不断成为金属离子补充溶解进入电铸镀液，保持电解液中金属离子的质量

分数基本不变，阴极原模上电铸层逐渐加厚，当达到预定厚度时即可取出，设法与原模分离，即可获得与原模型面凹凸相反的电铸件。

1.2 电铸加工的特点

1.21 复制精度高，可以做出机械加工不可能加工出的细微形状（如微细花纹、复杂形状等），表面粗糙度r可达0.1 μm，一般不需抛光即可使用；

1.22 母模材料不限于金属，有时还可用制品零件直接作为母模；

1.23 表面硬度可达35—50hrc，所以电铸型腔使用寿命长；

1.24 电铸可获得高纯度的金属制品，如电铸铜，它纯度高，具有良好的导电

能，十分有利于电加工；

1.25 电铸时，金属沉积速度缓慢，制造周期长，如电铸镍，一般需要一周左右：1.26 电铸层厚度不易均匀，且厚度较薄，仅为4~8 mm，电铸层一般都具有较大的应力，所以大型电铸件变形显著，且不易承受大的冲击载荷。这样，就使电铸成型的应用受到一定的限制。

1.3 电铸加工的应用

电铸具有极高的复制精度和良好的机械性能，已在航空、仪器仪表、精密机械、模具制造等方面发挥日益重要的作用。电铸也是制造各种筛网、滤网最有效的方法，因为它无需使用专用设备就可获得各种形状的孔眼，孔眼的尺寸大至数十毫米，小至5mm。其中典型的就是电铸电动剃须刀的网罩。

1.31 制造原模，在铜或铝板上涂布感光胶，再将照相底板与它紧贴，进行曝光、显影、定影后即获得带有规定图形绝缘层的原模。

1.32 对原模进行化学处理，以获得钝化层，使电铸后的网罩容易与原模分离。

1.33 弯曲成型，将原模弯成所需形状。

1.34 电铸，一般控制镍层的硬度为堆氏硬度500—550 hv之间，硬度过高，则容易发脆。

1.35 脱模分离

2 涂镀加工

2.1 涂镀加工原理

涂镀是在工件表面局部快速电化沉积金属的五槽电镀技术，所需设备较为简单轻便，主要包括一个专用电源设备，带有若干支石墨阳极的镀笔和辅具及涂镀熔液等。

涂镀时，接在直接电源正极上的镀笔与接在负极上的工件接触并作相对运动，通电时在电场的作用，吸附在镀笔阳极棉套上的镀液产生电化学反应，溶液中的范围而定，镀层的厚度则是随着时间的延长和电量的消耗而逐渐增厚，直至索要求的厚度，其精确度可控制在，0.01~0.02mm之内，甚至还可以涂镀只需要几微米厚的镀层。此涂镀技术国外在五十年代就发展起来，并迅速得到广泛应用。在国内经过近三年额研究和应用，也取得较好的效果。为了满足涂镀技术的需要，国内已经研制成功了四种涂镀专用电源和20 多种涂镀液。我所在综合这些电源的基础上，新设计了一种负载可调节、结构紧凑、使用灵活、价格便宜的涂镀专用电源，同时也成功的试制了10多种常用涂镀液，供省内各单位参考。3、金属涂镀技术的特点：

2.2 涂镀加工特点特点：

2.21 金属涂镀技术的设备简单，投资少、上马快。只需要一台专用电源，若干支镀笔，若干种需要的涂镀液即可。就国内目前情况讲，在投资方面多则5~6千元、少则1千元就能搞起来。有电源的地方可以涂镀，无电源的地方也可以涂镀，在无电源的地方利用电瓶也可以涂镀，因此涂镀技术大厂搞的起来，小厂也搞的起。如果和其他修理手段比较，投资就节省很多，一套精镀铬货铁设备至少要1.5万元以上，而且安装麻烦，厂房占地面积大，一套振动电焊设备投资得1万元左右。⑵、金属涂镀技术工艺灵活，操作简单容易掌握。因为取消了镀槽，不仅可以在车间涂镀，还可以到现场进行不解体涂镀。并且一套涂镀设备，可以涂镀各种各样的品种，根据工况不同的要求换一换镀液就可以了，不像镀槽那样，一个品种要一套设备，一个没有涂镀只是的工人，通过短时间的培训即可以掌握。

2.22 金属涂镀的沉积速度比槽镀高。因为在槽时，阴阳两极无相对运动，而在涂镀时候，镀笔和工件之间有相对接触运动，镀液不断补充流动，可以大大减少浓差化极，电流密度可以比槽镀大几倍到几十倍，尽管涂镀时镀液中的金属离子浓度很高，比槽镀大10 ~20倍。而仍能得到均匀致密结合良好的镀层。

2.23 金属涂镀技术维修质量高，设备容积小，功率小，耗电省。涂镀使用了安倍小时计，能准确的控制镀层厚度，精确度达到±0.01mm，在要求不太高的场合下，可以不必机械加工，不管电焊、热喷涂（焊），槽镀均达不到这样的要求，涂镀设备容量一般为0.4~1.2千瓦，而一般电焊机容量为6~26千瓦，一般槽镀要6千瓦，振动焊接设备容量也不少于5千瓦。所以涂镀耗电功率极小，是一般电镀接耗电量的几十分之一。加之省去机械加工，用电就更节省。例如，一台汽车的半轴套管恢复尺寸用电，若槽镀则耗电4.5度，若采用对焊耗电则需要6度，还需要机械加工，而涂镀则只要耗电0.2度。2.24 金属涂镀时，工件输入热量小，在涂镀过程中工件的热温度小于70℃，对基体金属不会产生变形和金相组织的变化，这是焊接和热喷涂（焊）等工艺无法与之竞争的。2.25 金属涂镀时，可只用一小杯镀液进行施镀，镀液中不含氰化物和剧毒药品，溶液消耗很少，不会造成大量废液排放污染，故对环境污染较小。

2.26 用金属涂镀工艺所获得的某些金属镀层，具备良好的机械性能，如硬度高、耐磨性好，通过测试：在室温时高速镍硬度HV为578，相当于洛氏硬度HRC52左右，铁镀层HV为662，相当于洛氏硬度HRC56，钛合金镀层硬度HV693，相当于HRC57，经不同温度回火，三种镀层硬度都有提高，产生二次硬化效应镍镀层100℃回火时HRC54，铁镀层400℃回火时，HRC59，钛合金在300℃回火时，HRC64,通过试验，上述三种镀层的耐磨性均优于45号淬火钢（HRC55）和20Cr渗碳淬火（HRC60），因此用涂镀工艺修复机械零件货修复加工超差的新件，其使用寿命均比原工件有所提高，具有显著的技术经济效果

2.27 在镀液方面，采用不溶性阳极，金属离子全靠镀液提供。平时不需要对镀液化验调整，有些工厂虽有镀槽车间，但是一般只有几个镀种，每个镀种又需要一套设备，而涂镀技术目前已经发展到一套设备可镀积金、银、铜、铁、锡、镍、铬、锌、镉、铟、铑、镓、钯、铼等30 多种单一金属或者其合金。同一种金属又可以获得不同特点的镀层，以镍为例就有10种溶液，有的可获得较高的沉积速度，有的可获得较高的致密度；有的可获得较好的电效率；有的镀层光亮美观；有的镀层乌黑吸光性好；有的镀层内应力低；有的镀层耐磨性好等等，另外根据镀液说明书可将单一金属溶液按一定比例配制成多种的合金镀液。