電鑄工藝(Electroforming)是一種利用電解沉積原理,通過(guò)金屬離子在陰極(模具)上還原并沉積成型,最終獲得與模具表面形狀相反的金屬制品的特種加工技術(shù)。其核心原理與電鍍類似,但更注重金屬的厚度和獨(dú)立結(jié)構(gòu)的成型。
電鑄工藝原理
1. 電解沉積:
將導(dǎo)電的芯模(陰極)浸入含有目標(biāo)金屬離子(如鎳、銅、金等)的電解液中,通直流電后,金屬離子在陰極表面得到電子,還原為金屬原子并逐層沉積。
2. 模具分離:
沉積達(dá)到所需厚度后,通過(guò)物理或化學(xué)方法將金屬沉積層與芯模分離,得到與模具表面形狀互補(bǔ)的金屬制品。
3. 芯模處理:
芯模需預(yù)先進(jìn)行表面處理(如拋光、導(dǎo)電化或脫模劑涂覆),以確保沉積金屬能順利剝離。
電鑄工藝特點(diǎn)
1. 高精度復(fù)制性:
能精確復(fù)制芯模的微觀形貌(如納米級(jí)紋理),適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)(如微細(xì)孔、浮雕、精密齒輪等)。
2. 材料多樣性:
常用金屬包括鎳、銅、金、銀及其合金,鎳及其合金(如鎳鈷)因高強(qiáng)度、耐腐蝕應(yīng)用最廣。
3. 工藝優(yōu)勢(shì):
無(wú)切削應(yīng)力:適合脆性材料或超薄件(如厚度可低至幾微米)。
均勻性可控:通過(guò)調(diào)整電流密度、電解液成分等參數(shù)控制沉積速率和均勻性。
結(jié)合力強(qiáng):金屬層與基底結(jié)合緊密,可用于復(fù)合材料制備。
4. 局限性:
生產(chǎn)周期長(zhǎng):厚層沉積需數(shù)小時(shí)至數(shù)天。
成本較高:精密芯模制備和電解液維護(hù)成本高。
孔隙率問(wèn)題:沉積層可能含微孔,需后續(xù)處理(如熱處理、拋光)。
典型應(yīng)用
精密器件:微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、光纖連接器、電火花加工電極。
航空航天:輕量化蜂窩結(jié)構(gòu)、渦輪葉片冷卻通道。
電子行業(yè):PCB微細(xì)線路、金屬網(wǎng)柵。
文創(chuàng)領(lǐng)域:金屬藝術(shù)品復(fù)制、珠寶鑄造(如金飾電鑄)。
與其他工藝對(duì)比
vs 電鍍:電鑄更注重獨(dú)立結(jié)構(gòu)的成型,沉積層更厚且需剝離。
vs 3D打?。弘婅T精度更高,但依賴模具,適合大批量微細(xì)件。
電鑄工藝在微納制造和特殊功能件領(lǐng)域具有不可替代性,但需權(quán)衡效率與成本。