电铸工艺(Electroforming)是一种利用电解沉积原理,通过金属离子在阴极(模具)上还原并沉积成型,最终获得与模具表面形状相反的金属制品的特种加工技术。其核心原理与电镀类似,但更注重金属的厚度和独立结构的成型。
电铸工艺原理
1. 电解沉积:
将导电的芯模(阴极)浸入含有目标金属离子(如镍、铜、金等)的电解液中,通直流电后,金属离子在阴极表面得到电子,还原为金属原子并逐层沉积。
2. 模具分离:
沉积达到所需厚度后,通过物理或化学方法将金属沉积层与芯模分离,得到与模具表面形状互补的金属制品。
3. 芯模处理:
芯模需预先进行表面处理(如抛光、导电化或脱模剂涂覆),以确保沉积金属能顺利剥离。
电铸工艺特点
1. 高精度复制性:
能精确复制芯模的微观形貌(如纳米级纹理),适用于复杂结构(如微细孔、浮雕、精密齿轮等)。
2. 材料多样性:
常用金属包括镍、铜、金、银及其合金,镍及其合金(如镍钴)因高强度、耐腐蚀应用最广。
3. 工艺优势:
无切削应力:适合脆性材料或超薄件(如厚度可低至几微米)。
均匀性可控:通过调整电流密度、电解液成分等参数控制沉积速率和均匀性。
结合力强:金属层与基底结合紧密,可用于复合材料制备。
4. 局限性:
生产周期长:厚层沉积需数小时至数天。
成本较高:精密芯模制备和电解液维护成本高。
孔隙率问题:沉积层可能含微孔,需后续处理(如热处理、抛光)。
典型应用
精密器件:微机电系统(MEMS)、光纤连接器、电火花加工电极。
航空航天:轻量化蜂窝结构、涡轮叶片冷却通道。
电子行业:PCB微细线路、金属网栅。
文创领域:金属艺术品复制、珠宝铸造(如金饰电铸)。
与其他工艺对比
vs 电镀:电铸更注重独立结构的成型,沉积层更厚且需剥离。
vs 3D打印:电铸精度更高,但依赖模具,适合大批量微细件。
电铸工艺在微纳制造和特殊功能件领域具有不可替代性,但需权衡效率与成本。