一種電鑄方法

2023-09-21 07:41:05

專利名稱：一種電鑄方法
技術領域：
本發明是關於一種電鑄方法。
背景技術：
電鑄是在電鑄芯模上電鍍一層厚度為數十微米至數百微米的金屬沉積層，以複製出電鑄芯模的形狀，經過脫模和修整得到與電鑄芯模對稱的圖形零件。電鑄可應用於製造金屬複製品、注塑模具和標牌，具有很高的複製精度。現有的電鑄工藝使用各種材料，例如碳鋼、銅合金、鋁合金、不鏽鋼、低熔點合金、塑料、有機玻璃、蠟製劑和石膏，粗製一個模型，經手工或機械慢慢修整得到電鑄芯模，然後在電鑄芯模上電鑄，再經脫模和修整得到電鑄產品。這樣得到的電鑄芯模的精度得不到保證，每個電鑄芯模之間都會有一些差別，因此得到的電鑄產品的一致性不好，而且使用現有的電鑄方法時電鑄芯模的形成速度慢，不適合大批量生產。

發明內容
本發明的目的是克服現有的電鑄方法得到的電鑄產品一致性不好且不適於大批量生產的缺點，提供一種能得到一致性好的電鑄產品且適於大批量生產的電鑄方法。
本發明提供的電鑄方法包括製備電鑄芯模，在電鑄芯模上進行電鑄以在電鑄芯模表面形成電鑄金屬層，然後脫模，其中，製備電鑄芯模的過程包括將塑料注塑得到電鑄芯模前體，然後在電鑄芯模前體的表面形成導電層。
按照本發明提供的電鑄方法，通過將塑料注塑得到電鑄芯模前體，然後在電鑄芯模前體的表面形成導電層而製得電鑄芯模，這樣製得的電鑄芯模的精度高而且電鑄芯模的製作速度快，因此本發明提供的電鑄方法能夠得到一致性好的電鑄產品且適於大批量生產。


圖1為實施例1得到的電鑄產品；圖2為實施例1所用的電鑄芯模的正面示意圖；圖3為實施例1所用的電鑄芯模的背面示意圖。
具體實施例方式
本發明提供的電鑄方法包括製備電鑄芯模，在電鑄芯模上進行電鑄以在電鑄芯模表面形成電鑄金屬層，然後脫模，其中，製備電鑄芯模的過程包括將塑料注塑得到電鑄芯模前體，然後在電鑄芯模前體的表面形成導電層。
根據本發明提供的電鑄方法，將塑料注塑得到電鑄芯模前體的方法可以採用常規的注塑成型方法，例如將塑料加熱熔融，將熔融態的塑料注入到模具中，然後冷卻即可得到電鑄芯模前體。其中，加熱的溫度為塑料的熔點，冷卻的溫度為25-100℃。
塑料可以為各種適於注塑成型且可進行電鍍或化學鍍的塑料，例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚碳酸酯(PC)、尼龍和聚丙烯(PP)。優選為ABS。
得到的電鑄芯模前體不能直接用於進行電鑄，需要在表面形成導電層。可以利用化學鍍和/或電鍍的方法在電鑄芯模前體的表面形成金屬導電層。優選情況下，可以先利用化學鍍方法在電鑄芯模前體的表面形成化學鍍層，然後利用電鍍方法在化學鍍層上再形成電鍍層，在這種情況下，既可以在電鑄芯模前體的表面形成完好的導電層，又可以保證電鑄芯模的表面狀況達到最終電鑄產品表面要求的狀況。電鍍層的厚度為3-15微米，優選為5-10微米。
化學鍍層的金屬和電鍍層的金屬可以相同，也可以不同。化學鍍層的金屬可以為現有的各種適於由化學鍍形成的金屬，優選為鎳或銅。電鍍層的金屬可以為現有的各種適於由電鍍形成的金屬，優選為鎳和/或銅。
按照本發明提供的電鑄方法，所述化學鍍或電鍍的方法可以在常規的用於化學鍍或電鍍的條件下進行。
例如，化學鍍的方法包括將電鑄芯模前體與含有金屬鹽和還原劑的化學鍍液接觸。金屬鹽選自金屬的水溶性鹽酸鹽和硫酸鹽中的一種或幾種，優選為氯化鎳、硫酸鎳、氯化銅和硫酸銅中的一種或幾種。還原劑選自次磷酸鹽、甲醛和硼氫化物中的一種或幾種，所述次磷酸鹽優選為次磷酸鈉和/或次磷酸鉀。化學鍍的反應條件包括化學鍍溫度為40℃-90℃，優選為40-80℃；化學鍍液pH值為4-12；化學鍍時間為0.05-0.5小時，優選為0.1-0.2小時；化學鍍液中所述還原劑的濃度為0.2-1.0摩爾/升，金屬鹽的濃度為0.1-0.25摩爾/升。
其中，在進行化學鍍之前可以對電鑄芯模前體需要化學鍍的表面進行活化，活化的方法可以為現有的各種活化方法，例如可以使用膠體鈀活化法，在35-45℃下將電鑄芯模前體在LH8305A活化液(廣州國際化工公司出品)中處理4分鐘，然後用濃度為40-60克/升的硫酸溶液在35-45℃下處理100秒。
電鍍的方法包括將表面形成有化學鍍層的電鑄芯模前體浸在電鍍溶液中作為陰極，鍍層金屬的金屬板作為陽極，接通直流電源後，在化學鍍層上就會沉積出電鍍層。電鍍的條件包括電鍍的溫度為5-70℃，優選為5-50℃；直流電的電流密度為0.5-10安/平方分米，優選為1-6安/平方分米；電鍍的時間為0.05-0.3小時，優選為0.1-0.2小時。
電鍍溶液可以為含有鍍層金屬水溶性鹽的水溶液，如金屬鹽酸鹽的水溶液、金屬硫酸鹽的水溶液和金屬有機酸鹽的水溶液中的一種或幾種。鍍層金屬水溶性鹽優選為氯化鎳、硫酸鎳、氯化銅、硫酸銅、有機酸鎳鹽和有機酸銅鹽。所述有機酸鹽優選為氨基磺酸鹽。所述電鍍溶液中金屬鹽的濃度為20-400克/升，優選為30-300克/升。
所述電鍍的過程可以進行一次或多次，可以根據不同的需要來確定。例如，電鍍的過程包括焦銅電鍍、酸銅電鍍、半光鎳電鍍和光亮鎳電鍍。
可以在電鑄芯模前體的不需要形成導電層的表面塗抹絕緣油。絕緣油可以選用各種可以商購得到的塑料電鍍絕緣油，如深圳市龍崗區世勤化工經營部、公牛科技有限公司、愛華思(中國)發展有限公司提供的塑料電鍍絕緣油。絕緣油的塗抹量沒有特別的限定，只要能夠達到在塗抹的表面不形成導電層的目的即可。
在電鑄芯模前體的表面形成導電層之後，還可以對導電層進行鈍化，以方便電鑄後的脫模過程，即容易將電鑄產品從電鑄芯模上脫離。鈍化的方法為將電鑄芯模在10-40℃下浸漬在含六價鉻離子的水溶液如鉻酸酐或重鉻酸鹽水溶液中。其中，鉻酸酐或重鉻酸鹽水溶液中的鉻酸酐或重鉻酸鹽的濃度為2-60克/升，優選為5-50克/升。浸漬的時間1-120秒鐘，優選為5-100秒。
鈍化之後，還可以在室溫下將電鑄芯模在1-5％硫酸水溶液中浸漬3-30秒，以消除工件表面可能形成的氧化物膜。
按照本發明提供的電鑄方法，在電鑄芯模上進行電鑄，然後脫模得到電鑄產品的過程可以與常規的電鑄方法相同。
例如，在電鑄芯模上進行電鑄的過程包括將電鑄芯模放入電鑄溶液中作為陰極，電鑄金屬的金屬板放入電鑄溶液中作為陽極，接通直流電源即可。陰極和陽極的面積比為1∶(0.5-5)，優選為1∶(1-2)。
電鑄溶液為含有電鑄金屬的水溶性鹽的水溶液，電鑄金屬的水溶性鹽可以選自金屬鹽酸鹽、金屬硫酸鹽和金屬有機酸鹽中的一種或幾種。所述電鑄金屬的水溶性鹽優選為氯化鎳、硫酸鎳、有機酸鎳鹽、氯化銅、硫酸銅、有機酸銅鹽、氯化鐵、硫酸鐵、有機酸鐵鹽、氯化鉻、硫酸鉻、有機酸鉻鹽、氯化錫、硫酸錫、有機酸錫鹽、氯化鋅、硫酸鋅、有機酸鋅鹽、亞硫酸金、氰化金鉀、氰化銀和氰化銀鉀中的一種或幾種。所述有機酸鹽優選為氨基磺酸鹽。在電鑄溶液中，電鑄金屬的水溶性鹽的濃度為100-800克/升，優選為200-650克/升。
電鑄溶液中還可以含有其它助劑，例如酸和/或潤溼劑。酸可以選自硼酸、氨基磺酸、硫酸和鹽酸中的一種或幾種。潤溼劑可以為現有的各種鍍鎳潤溼劑，如潤溼劑WT(吉和昌化工公司出品)或十二烷基硫酸鈉。所述酸優選為硼酸，硼酸的濃度為10-50克/升，優選為20-40克/升；其它酸的用量使電鑄溶液的pH值達到所需的範圍內即可。潤溼劑的濃度為0.5-10毫升/升，優選為1-5毫升/升。
電鑄的條件包括電鑄溶液的pH值為3-5，優選為3.5-4.5；電鑄溫度為30-80℃，優選為40-70℃；電流密度為1-75安/平方分米，優選為3-50安/平方分米；電鑄時間為0.5-12小時，優選為1-8小時。
在電鑄芯模的表面形成電鑄金屬層之後，還可以對電鑄金屬層進行鈍化，以免電鑄金屬表面形成水漬或變色。鈍化的方法為將表面形成有電鑄金屬層的電鑄芯模在10-40℃下浸漬在鉻酸酐或重鉻酸鹽水溶液中。其中，鉻酸酐或重鉻酸鹽水溶液中的鉻酸酐或重鉻酸鹽的濃度為2-60克/升，優選為5-50克/升。浸漬的時間1-50秒鐘，優選為3-30秒。
脫模的過程可以利用熱脹冷縮的原理，例如，表面形成有電鑄金屬層的電鑄芯模在70-110℃下加熱2-50秒，然後在0-30℃下冷卻2-50秒，電鑄金屬層從電鑄芯模上鬆動。優選情況下，表面形成有電鑄金屬層的電鑄芯模在80-100℃的熱水中浸泡5-30秒，然後在5-30℃的涼水中浸泡冷卻5-30秒，即可完成脫模過程。
脫模之後，可以對電鑄金屬層進行修整，以使電鑄產品的外觀更好。修整的方法可以採用本領域公知的方法，例如修剪、剪切模具衝剪或修磨。
在上述步驟中，化學鍍、電鍍、鈍化和電鑄完成後，可以用水進行清洗，對水的用量沒有特別的限定，只要清洗掉表面的汙物即可。用水清洗後，還可以進行乾燥，可以採用常規的乾燥方法，例如鼓風乾燥、自然風乾或在40-100℃下烘乾。
下面通過實施例來更詳細地描述本發明。
實施例1該實施例用於說明本發明提供的電鑄方法。
(1)製備電鑄芯模在注塑機上將ABS加熱熔化，將熔融態的ABS注入到模具中，然後冷卻至室溫，即可得到如圖2所示的電鑄芯模前體1(為了方便電鍍時裝掛，電鑄芯模前體1帶有邊框11和連線12)。將電鑄芯模前體1從模具中取出，如圖3所示，在邊框11、連線12以及電鑄芯模前體1的背面13塗抹絕緣油。
在40℃下，電鑄芯模前體在LH8305A(廣州國際化工公司出品)中活化4分鐘，然後用50克/升的硫酸溶液解膠100秒鐘。
電鑄芯模前體在化學鍍液中(0.5摩爾/升次磷酸鈉，0.2摩爾/升氯化鎳，pH值為8.5)在40℃下進行10分鐘化學鍍。用水將化學鍍層的表面清洗乾淨。
將電鑄芯模前體作為陰極浸入到焦銅電鍍溶液(70克/升Cu2P2O7，250克/升K4P2O7，pH為8.8)，以銅金屬板作為陽極。接通直流電源，電流密度3安/平方分米，在40℃下電鍍3分鐘。然後在90克/升的硫酸溶液中浸泡5秒鐘。
將電鑄芯模前體作為陰極浸入到酸銅電鍍溶液(200克/升CuSO4，60克/升H2SO4)，以銅金屬板作為陽極。接通直流電源，電流密度5安/平方分米，在25℃下電鍍6分鐘。然後在90克/升的硫酸溶液中浸泡5秒鐘。
將電鑄芯模前體作為陰極浸入到半光鎳電鍍溶液(300克/升NiSO4，60克/升NiCl2，50克/升H3BO3，pH為4.5)，以鎳金屬板作為陽極。接通直流電源，電流密度5安/平方分米，在50℃下電鍍5分鐘。
用水將電鍍層的表面清洗乾淨並在80℃下烘乾。
在25℃下，將表面形成有化學鍍層和電鍍層的電鑄芯模前體在10克/升的鉻酸酐水溶液中浸漬10秒鐘，然後用水清洗乾淨並在80℃下烘乾，得到電鑄芯模。
(2)電鑄將步驟(1)製得的電鑄芯模在2％硫酸水溶液中浸漬10秒鐘，然後用水清洗乾淨。
將電鑄芯模放入電鑄溶液(氨基磺酸鎳500克/升，氯化鎳5克/升，硼酸40克/升，溼潤劑WT(深圳吉和昌公司)1.5毫升/升，pH值為4)中作為陰極，以鎳金屬板作為陽極，陰極與陽極的面積比為1.5。接通直流電源，電流密度20安/平方分米，在50℃下電鑄2小時。用水將電鑄層的表面清洗乾淨並在80℃下烘乾。
在25℃下，將表面形成有化學鍍層和電鍍層的電鑄芯模前體在20克/升的鉻酸酐水溶液中浸漬15秒鐘，然後用水清洗乾淨並在80℃下烘乾，得到表面形成有電鑄層的電鑄芯模。
(3)脫模將表面形成有電鑄層的電鑄芯模在95℃的水中浸泡15秒，然後再在20℃的水中浸泡10秒，使電鑄層從電鑄芯模上鬆動，並用修剪的方式修整，得到圖1的電鑄產品2。
如圖2所示，電鑄芯模前體1的「W」為凸起，即電鑄芯模的「W」為凸起，則得到的電鑄產品2的「W」為凹陷。
權利要求
1.一種電鑄方法，該方法包括製備電鑄芯模，在電鑄芯模上進行電鑄以在電鑄芯模表面形成電鑄金屬層，然後脫模，其特徵在於，製備電鑄芯模的過程包括將塑料注塑得到電鑄芯模前體，然後在電鑄芯模前體的表面形成導電層。
2.根據權利要求1所述的電鑄方法，其中，所述塑料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。
3.根據權利要求1所述的電鑄方法，其中，利用化學鍍的方法在電鑄芯模前體的表面形成導電層。
4.根據權利要求1所述的電鑄方法，其中，在電鑄芯模前體的表面形成導電層的過程包括先利用化學鍍方法在電鑄芯模前體的表面形成化學鍍層，然後利用電鍍方法在化學鍍層上再形成電鍍層。
5.根據權利要求3或4所述的電鑄方法，其中，化學鍍的方法包括將電鑄芯模前體與含有金屬鹽和還原劑的化學鍍液接觸；接觸的條件包括接觸溫度為40℃-90℃，化學鍍液pH值為4-12，接觸時間為0.05-0.5小時。
6.根據權利要求5所述的電鑄方法，其中，金屬鹽選自金屬的水溶性鹽酸鹽和硫酸鹽中的一種或幾種，還原劑選自次磷酸鹽、甲醛和硼氫化物中的一種或幾種，化學鍍液中所述還原劑的濃度為0.2-1.0摩爾/升，金屬鹽的濃度為0.1-0.25摩爾/升。
7.根據權利要求6所述的電鑄方法，其中，所述金屬鹽為氯化鎳、硫酸鎳、氯化銅和硫酸銅中的一種或幾種。
8.根據權利要求4所述的電鑄方法，其中，電鍍的方法包括將表面形成有化學鍍層的電鑄芯模前體浸在電鍍溶液中作為陰極，鍍層金屬的金屬板浸在電鍍溶液中作為陽極，接通直流電源；電鍍的條件包括電鍍的溫度為5-70℃，直流電的電流密度為0.5-10安/平方分米，電鍍的時間為0.05-0.3小時。
9.根據權利要求8所述的電鑄方法，其中，電鍍溶液為含有鍍層金屬水溶性鹽的水溶液，鍍層金屬水溶性鹽選自金屬鹽酸鹽、金屬硫酸鹽和金屬有機酸鹽中的一種或幾種，電鍍溶液中鍍層金屬水溶性鹽的濃度為20-400克/升。
10.根據權利要求9所述的電鑄方法，其中，所述鍍層金屬水溶性鹽為氯化鎳、硫酸鎳、氯化銅、硫酸銅、有機酸鎳鹽和有機酸銅鹽中的一種或幾種。
11.根據權利要求1所述的電鑄方法，其中，在電鑄芯模前體的表面形成導電層之後，該方法還包括將電鑄芯模在10-40℃下在濃度為2-60克/升的鉻酸酐或重鉻酸鹽水溶液中浸漬1-120秒鐘。
12.根據權利要求1所述的電鑄方法，其中，在電鑄芯模上進行電鑄的過程包括將電鑄芯模放入電鑄溶液中作為陰極，電鑄金屬的金屬板放入電鑄溶液中作為陽極，接通直流電源；電鑄的條件包括電鑄溶液的pH值為3-5，電鑄溫度為30-80℃，電流密度為1-75安/平方分米，電鑄時間為0.5-12小時，陰極和陽極的面積比為1∶(0.5-5)。
13.根據權利要求12所述的電鑄方法，其中，電鑄溶液含有電鑄金屬的水溶性鹽、酸和潤溼劑。
14.根據權利要求13所述的電鑄方法，其中，電鑄金屬的水溶性鹽選自金屬鹽酸鹽、金屬硫酸鹽和金屬有機酸鹽中的一種或幾種，在電鑄溶液中，電鑄金屬的水溶性鹽的濃度為100-800克/升；酸選自硼酸、氨基磺酸、硫酸和鹽酸中的一種或幾種，酸的濃度為10-50克/升；潤溼劑為潤溼劑WT和/或十二烷基硫酸鈉，潤溼劑的濃度為0.5-10毫升/升。
15.根據權利要求13或14所述的電鑄方法，其中，所述電鑄金屬的水溶性鹽為氯化鎳、硫酸鎳、有機酸鎳鹽、氯化銅、硫酸銅、有機酸銅鹽、氯化鐵、硫酸鐵、有機酸鐵鹽、氯化鉻、硫酸鉻、有機酸鉻鹽、氯化錫、硫酸錫、有機酸錫鹽、氯化鋅、硫酸鋅、有機酸鋅鹽、亞硫酸金、氰化金鉀、氰化銀和氰化銀鉀中的一種或幾種。
16.根據權利要求1所述的電鑄方法，其中，在電鑄芯模表面形成電鑄金屬層之後，該方法還包括將表面形成有電鑄金屬層的電鑄芯模在10-40℃下在濃度為2-60克/升的鉻酸酐或重鉻酸鹽水溶液中浸漬1-50秒鐘。
17.根據權利要求1所述的電鑄方法，其中，脫模的過程包括將表面形成有電鑄金屬層的電鑄芯模在70-110℃下加熱2-50秒，然後在0-30℃下冷卻2-50秒。
全文摘要
一種電鑄方法包括製備電鑄芯模，在電鑄芯模上進行電鑄以在電鑄芯模表面形成電鑄金屬層，然後脫模，其中，製備電鑄芯模的過程包括將塑料注塑得到電鑄芯模前體，然後在電鑄芯模前體的表面形成導電層。按照本發明提供的電鑄方法，通過將塑料注塑得到電鑄芯模前體，然後在電鑄芯模前體的表面形成導電層而製得電鑄芯模，這樣製得的電鑄芯模的精度高而且電鑄芯模的製作速度快，因此本發明提供的電鑄方法能夠得到一致性好的電鑄產品且適於大批量生產。
文檔編號C23C18/20GK101092720SQ20061008676
公開日2007年12月26日 申請日期2006年6月20日 優先權日2006年6月20日
發明者宮清, 陳梁, 李愛華, 劉龍華, 彭波 申請人:比亞迪股份有限公司