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电铸加工需要的设备

(1)整流电源


 


电铸电源是电铸工艺中最主要的设备之一,是为电铸过程提供工作能量的能源设备。


选择电铸电源时,要注意以下几点。


 


①电压选择。在电铸过程中,电源的直流输出额定电压一般应不小于电铸槽最高工作电压的1.1倍。如果电沉积过程中需要冲击电流时,整流电源的电压值应该能满足要求。可供选择的直流电源的电压值有以下系列:6V、9V、12V、15V、18V、24V、36V等。用户还可以根据自己的需要来设定电源的最大电压值。


 


②电流选择。电铸的直流额定电流应该不小于根据所加工产品尺寸计算出来的电流值,并且要加上当需要冲击电流时的过载能力。


 


③电源波型。直流整流电源根据供电和整流方式的不同而有几种电源波型:单相半波、单相全波、单相桥式、三相半波、三相全波、双反星形带平衡电抗器。还有周期换向电流、脉冲间歇电流等。


 


现在常用的电源为可控硅整流电源,其输出电流根据不同的规格可以有5A、10A、50A、100A直至20000A等好多种选择。对于对电流的波型有特别要求的电铸过程,可以选用脉冲电源或周期换向电源,以获得更为细致的金属结晶和表面质量。对于要求纯正直流的电铸过程,可以选用开关电源等更为高级的供电方式。在需要自动控制的场合,则可以加入电脑自动控制系统,使电铸过程获得稳定的电流供应而不出现较大的波动。


 


电铸过程中对电流的监控实际上是对电流密度的监控,因此选择电源功率的依据是根据所需要加工的电铸制品的表面积。通常以所能加工的最大表面积和最大的电流密度的积为选取电源功率的依据,并且还要加上10%~l5%的裕度。


 


(2)电铸槽   


 


电铸用的槽体因所加工的制品不同而有所不同。和电镀槽一样属于非标准设备。槽体所用的材料要能防止电铸液的腐蚀和温度等变化的影响。由于电铸所用的镀液有不少是高温型,因此,电铸用镀槽宜于用钢材衬软PVC,也可以采用增强的硬PVC制作镀槽。


 


电铸槽的大小视所加工的电铸制件的大小而定。如果是体积较小的电铸制品,还要考虑单个电铸槽的承载量。或者说根据所需要加工电铸制品的产量,来确定所需要的设备。需要注意的是这种根据实际生产需要计算出的镀槽的容量并不包括日后发展时对电铸设备的需要,因此,一般都要对镀槽的容量适当放大,以留有产能的裕量。因此,电铸槽的容量可以从几十升至几千升不等。同时,尽管传统的电铸槽的形状与电镀槽大同小异,现在电铸槽的形状有很多,已经与电镀用镀槽的形状有所不同。


 


因为对于不同的电铸加工,要根据所加工的制品的形状、大小和具体的要求专门设计镀槽和辅助装置。比如连续镀所用的带滚轮的镀槽,光盘电铸所需要的旋盘电极等。有些槽体也会因为铸制品的形状特殊而要采用特制的镀槽。


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对于电铸液量不大而又可以另外设置循环过滤槽的电铸槽,可以采用陶瓷槽体。对于不需要加温的常温型电铸或加温不超过60℃的镀液,可以采用普通PVC镀槽或玻璃钢镀槽。


 


有些产品生产型电铸,例如镍质剃须刀网罩、波导管等大批量生产的制品,可以采用电铸自动线生产。由自动或半自动控制系统按设定的流程程序进行操作,可以提高生产效率和适应大规模的生产。


 


对于近年出现的微电铸加工,则可以在更为小型的镀槽内进行,并且这种电铸槽对所有工艺参数都尽可能采用自动控制系统加以控制,以保证过程的高度重现性。


 


(3)电铸用阳极


 


电铸的阳极通常都要求是可溶性阳极,并且对纯度也有一定的要求。根据电铸制品的精度和硬度等不同的要求,对阳极的要求也不一样。普通电铸可以采用99.9%的阳极,但是对于镀层纯度有较高要求的电铸,则要采用99.99%的阳极,以保证镀层的柔软性和镀液的纯净。对于电铸而言,由于阴极的工作电流密度高,工作时间长,因此,要求阳极与阴极的面积比要比电镀的大一些。阳极的面积至少要是阴极面积的2倍以上。同时,一定要配置阳极篮,这样可以保证在可溶性阳极不足时,阳极仍然可以起导电作用,缓冲由于阳极消耗过大时,可溶性阳极面积减小引起的电流密度和槽电压的变化过大。


 


无论是采用阳极篮或阳极都要加上阳极套,以防止阳极泥落入镀液内而使沉积层表面出现刺瘤等质量问题。


 


对于阳极有较高要求的电铸,可以在镀槽中设置专门的阳极室,以隔膜与阴极区隔开,以免阳极泥等影响电铸过程。


 


(4)化学原材料


 


这里所说的电铸所需的原材料主要指的是化工原料,这些化工原料可以根据电铸工艺的需要分为几类。


 


①主盐。主盐是配制电铸液的主要材料,需要进行什么样的金属电铸,就要用这种金属的主盐。比如铜电铸要用到铜盐,镍电铸要用到镍盐等。并且同一种金属的电铸,由于所采用工艺的不同要用到不同的主盐。如硫酸盐镀铜所用的是硫酸铜做主盐,而焦磷酸铜镀铜用的是焦磷酸铜做主盐。对于合金电铸,则要有与合金成分一样的主盐。特别是没有合金材料做阳极时,镀层中的金属成分完全是靠主盐提供的。


 


电铸所用主盐的浓度一般比电镀的要高一些。当然有些电镀液也可以直接用作电铸液。另外,电铸同样对主盐的质量有要求。为了防止杂质从主盐电带人镀液,要求主盐的纯度要高一点,最好是采用化学纯级的主盐。如果是使用工业级的材料,则在镀液配好以后要加入活性炭进行过滤,有些镀种还要小电流电解。


 


②辅助盐。除了极个别的镀液是由单纯的简单盐配制成的外,电铸液还要用到各种辅助盐,比如导电盐、络合剂、辅助络合剂、pH调节剂等。对这些盐类同样有质量的要求,一以防不纯的材料将金属杂质或有机杂质带人到镀槽中。如果用到工业级材料,一定要进行过滤处理。


 


③添加剂。添加剂是现代电镀技术中的重要化工原料,在电铸中同样有着重要的作用。有很多镀种没有添加剂就根本不能工作。比如酸性镀铜,没有光亮剂是不可能获得合格镀层的。


 


电镀或电铸中用的添加剂主要是有机物,并且现在有不少是人工合成的有预设功能的有机物中间体,最常用的是光亮剂(在电铸中则主要是用作镀层结晶的细化剂)、镀层柔软剂、走位剂(分散能力的通俗说法)等。


 


有些镀种仍然可以采用天然有机物或其他有机物作添加剂。如明胶、糖精、尿素、醇类、醛类等化合物。


 


还有一些镀种则要用到无机添加剂,比如增加硬度或调整镀层结晶的非主盐类的金属盐。作为添加剂用的金属盐的用量通常都非常低,只在lg/L以下。


 


④前、后处理剂。对于电铸来说,前、后处理剂主要是常规酸、碱或盐。其中前处理主要用到的是去油所要的碱类,如氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠,还有表面活性剂。再就是去掉金属表面氧化皮的酸,如硫酸、盐酸、硝酸等。


 


对于电铸的后处理,要用到酸、碱的场合主要是一次性金属原型从电铸完成后的型腔中脱出的场合。这时要用酸或碱将金属原型溶解,以获得电铸成品。


 


其他前、后处理剂包括脱模剂、隔离剂等。


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