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電鑄工藝的原理和特點

電鑄工藝(Electroforming)是一種利用電解沉積原理,通過金屬離子在陰極(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。其核心原理與電鍍類似,但更注重金屬的厚度和獨立結構的成型。

電鑄工藝原理
1. 電解沉積:
將導電的芯模(陰極)浸入含有目標金屬離子(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:
沉積達到所需厚度后,通過物理或化學方法將金屬沉積層與芯模分離,得到與模具表面形狀互補的金屬制品。

3. 芯模處理:
芯模需預先進行表面處理(如拋光、導電化或脫模劑涂覆),以確保沉積金屬能順利剝離。

電鑄工藝特點
1. 高精度復制性:
能精確復制芯模的微觀形貌(如納米級紋理),適用于復雜結構(如微細孔、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)因高強度、耐腐蝕應用最廣。

3. 工藝優勢:
無切削應力:適合脆性材料或超薄件(如厚度可低至幾微米)。
均勻性可控:通過調整電流密度、電解液成分等參數控制沉積速率和均勻性。
結合力強:金屬層與基底結合緊密,可用于復合材料制備。

4. 局限性:
生產周期長:厚層沉積需數小時至數天。
成本較高:精密芯模制備和電解液維護成本高。
孔隙率問題:沉積層可能含微孔,需后續處理(如熱處理、拋光)。

典型應用
精密器件:微機電系統(MEMS)、光纖連接器、電火花加工電極。
航空航天:輕量化蜂窩結構、渦輪葉片冷卻通道。
電子行業:PCB微細線路、金屬網柵。
文創領域:金屬藝術品復制、珠寶鑄造(如金飾電鑄)。

與其他工藝對比
vs 電鍍:電鑄更注重獨立結構的成型,沉積層更厚且需剝離。
vs 3D打印:電鑄精度更高,但依賴模具,適合大批量微細件。

電鑄工藝在微納制造和特殊功能件領域具有不可替代性,但需權衡效率與成本。

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