实用电铸技术(第2版)

前言随着智能化时代的到来，现代制造的产业链呈现欣欣向荣的发展态势，电铸技术在现代制造中的作用也越来越明显，特别是以芯片为代表的微电子产品制造，电沉积技术在其中发挥了独特的作用，且是不可替代的。电铸技术在微机电制造中同样发挥了重要作用，其独特性也清晰地显现出来，从而进一步推动了电铸技术的创新发展，也适应了市场的需要。现在，电沉积技术作为以原子为单位“积小为大”（bottomup)的增量制造技术，已经在现代高端制造中成为不可或缺的技术，并且在应用中取得了许多重要成就。预期今后还会有更多令人惊奇的应用展现出来，其中也包括微电铸技术的各种新应用。作为早期从实用角度全面介绍电铸技术的《实用电铸技术》出版至今已经有十多年的时间。十多年来，电化学理论和电沉积技术都有了长足的进步，而微机电制造更是很好地发挥了微电铸技术的作用。第一版虽然也介绍了微制造技术中电铸的应用，但在科技高速发展的今天，十多年的时间各项科学技术取得的进展十分惊人，一些科学预言得到印证，新预期不断涌现。其中就包括微制造技术往更细微的空间发展，且仍有很大的拓展空间。新版也重点增补了电铸技术在微机电制造中的应用，以适应时代进步和市场需求，使专业读者和学习本专业的师生能从中获得新的信息和启发。当然，书本知识往往是落后于现实进步的，在科技高速发展的当代更是如此。但是，基础和基本的东西仍然在最坚实的根基上发挥着重要的普及作用，就如牛顿力学定律仍然在指导现实社会中各种运动器件的制造和运动一样。历史是过去的积累，科技则是历史的积累。囿于作者能力，不足之处在所难免，深望读者批评指正。刘仁志2023年8月第一版前言电铸作为一种现代加工技术，尽管有着非常重要的用途，但是对许多人来说，却是一种很陌生的技术，不像机械加工技术和电子技术那样家喻户晓。不要说寻常百姓，就是一些非电铸专业的工程技术人员，对电铸也知之甚少。这固然有电铸的应用面相对较窄的原因，但更重要的原因是我国对电铸技术的应用相对落后于世界先进水平，以至于想要找一本电铸方面的专著都很困难，只能从有些电镀或模具制造专业的专著中的相关章节得到有关电铸技术的信息。但是，随着我国国际加工中心地位的确立，我国利用电铸技术的步伐正在加快。无论是民用还是军工，也无论是平常的装饰品还是高科技的电子产品，都少不了电铸加工技术的应用。可以说从儿童玩具到航天器都离不开电铸技术。因此，很多从事电铸技术工作的人员，包括工程技术人员和现场操作人员以及管理者，都希望有一本综合性的可供参考的电铸专业专著。正是基于这种考虑，本人才冒昧承担了这本专著的编写工作，以期作为引玉之砖，推动更多的同行关注电铸技术的普及与进步。考虑到读者不一定都是电铸专业人员，本书除了重点介绍电铸工艺以外，还以专门的篇幅对电极过程和电化学工艺、电子计算机辅助设计（CAD/CAM）做了介绍，对一些基本的电化学工艺参数做了比较详细的说明，以方便读者在读到电铸工艺的相关内容时有一个明确的概念。为加深对电铸技术的了解，书中还举了一些电铸技术的应用实例，力求比较全面地向专业和非专业人员介绍电铸技术，使读者能开卷有益。需要说明的是，由于是国内第一本电铸专业的书籍，难免有不当和疏漏之处，敬请读者不吝赐教。刘仁志2006年6月

电铸技术在现代制造业中具有举足轻重的地位。这项技术不仅是各种模具制造的重要方法，也是直接用于复杂精细构件生产的重要工艺技术。在现代交通、通信、电子电器和国防军工等领域都有广泛的应用，特别是在微机电系统（MEMS）制造领域，显示出重要的应用价值。本书在保留上一版全面、系统、专业、实用特色的基础上，增补了微系统制造中的电铸技术等相应内容，是学习和应用现代电铸技术的广大科技工作者和相关专业师生值得拥有的专业参考书。在系统学习和了解电铸技术的同时，可从中获得新的信息和启发，从而强化专业知识和技能。

刘仁志，教授级高工，武汉风帆电化科技股份有限公司首席技术顾问，中国计量大学材料与化学学院兼职教授。中国电子学会电镀专家委员会委员，《电镀与精饰》《材料保护》《中国电镀》期刊编委。在国内外专业期刊发表论文100多篇。参加和主持过多项电镀工艺的开发和应用推广工作，包括非金属电镀、尼龙电镀、激光电镀、钢丝线锯金刚石复合镀、微波陶瓷电镀等。申请专利多项，出版20多部电镀技术著作。

第1章电沉积技术与电铸 0011.1电沉积技术概论 0011.1.1电沉积技术的原理 0011.1.2阴极电极过程 0051.1.3阳极电极过程 0201.1.4研究电沉积过程的方法 0221.1.5电沉积过程的直接观测 0291.2影响电沉积过程的因素 0321.2.1搅拌的影响 0321.2.2电源因素的影响 0361.2.3温度的影响 0391.2.4几何因素的影响 0421.2.5添加剂的影响 0471.2.6阳极过程的影响 0491.2.7超声波和其他物理场的影响 0531.3电沉积技术的应用 0551.3.1电镀技术与电冶金技术 0551.3.2电铸技术 056第2章电铸技术总论 0582.1电铸技术概要 0582.2电铸技术的特点与流程 0592.2.1电铸技术的特点 0592.2.2电铸工艺的流程 0612.2.3电铸加工需要的资源 0672.3电铸技术的应用 0742.3.1模具制造 0742.3.2特殊产品加工 0742.3.3专用型材制造 0752.3.4纳米材料的制造 0752.3.5其他领域的应用 0762.4电铸技术的现状与展望 0772.4.1电铸技术现状 0772.4.2电铸技术展望 078第3章CAD CAM与快速成型技术 0813.1CAD CAM技术概要 0813.1.1CAD CAM的发展历史 0813.1.2常用CAD CAM软件的功能 0813.2快速原型成型技术概要 0833.2.1快速成型技术的历史与发展 0843.2.2快速成型技术的原理 0853.2.3快速成型系统的分类 0863.2.4快速成型技术的应用 0913.3快速成型与加工技术 0933.3.1如何用三维CAD设计建立快速加工产品的数据模型 0933.3.2三维模型数据的处理及输出 0943.4快速成型与快速模具技术 0983.4.1真空注型及低压灌注 0983.4.2快速非金属注塑模具 0983.4.3电铸模 099第4章电铸原型 1004.1电铸原型的作用与分类 1004.1.1电铸原型及材料选择 1004.1.2金属原型 1024.1.3非金属原型 1034.1.4一次性原型 1034.1.5反复使用性原型 1044.2原型材料选用原则与设计要求 1064.2.1原型材料选用原则 1064.2.2原型设计要求 1074.3原型的制造 1094.3.1人工加工原型 1094.3.2由成品复制原型 1114.3.3机械加工制作原型 115第5章电铸原型的表面处理 1195.1金属原型的表面处理 1195.1.1前处理流程 1195.1.2除油 1205.1.3弱浸蚀 1245.1.4脱模剂处理 1255.2非金属原型的表面处理 1265.2.1非金属原型的表面金属化 1265.2.2物理方法 1265.3表面金属化的化学方法 1305.3.1表面金属化流程 1315.3.2预处理和除油 1315.3.3敏化 1325.3.4活化 1355.3.5化学镀和化学镀铜 1375.3.6化学镀镍 1425.3.7其他化学镀工艺 146第6章铜电铸 1496.1铜电铸简介 1496.1.1铜的物理和化学性质 1496.1.2铜的电沉积液及其分类 1506.1.3铜电铸的特点 1506.2铜电铸工艺 1516.2.1铜电铸液的性能 1516.2.2铜电铸工艺流程 1526.2.3各种铜电铸液及操作要点 1536.3铜电铸的阳极 1596.3.1硫酸盐镀铜的阳极 1596.3.2氨基磺酸盐镀铜的阳极 1606.3.3焦磷酸盐镀铜的阳极 1606.4铜电铸模腔化学镀镍 1616.4.1化学镀镍在模具制造中的应用 1616.4.2铜电铸模腔化学镀镍 162第7章镍电铸 1667.1镍电铸综述 1667.1.1镍的物理和化学性质 1667.1.2镍电解液及其分类 1677.1.3镍电铸特点 1687.2镍电铸工艺 1697.2.1镍电铸液的物理化学性能 1697.2.2镍电铸的工艺流程 1727.2.3各种镍电铸液及操作要点 1727.3镍电铸的阳极 1767.3.1阳极的选择与使用 1767.3.2阳极篮的功能 1777.4影响镍电铸内应力的因素 1787.4.1有机添加剂的影响 1797.4.2pH值的影响 1797.4.3电流密度和温度的影响 1807.4.4镀液成分的影响 1807.4.5杂质对内应力的影响 1807.5模腔内镀铬 1827.5.1关于镀铬 1827.5.2镀铬工艺 1837.5.3电铸模腔的镀铬 185第8章铁电铸 1878.1铁电铸简介 1878.1.1铁的物理化学性质 1878.1.2铁电铸的历史 1888.1.3铁的电沉积及其分类 1888.2铁电铸工艺 1898.2.1硫酸盐镀液 1898.2.2氯化物镀液 1898.2.3氟硼酸盐镀铁 1928.2.4氨基磺酸盐镀铁 1928.3铁电铸的阳极 1958.3.1铁电铸阳极的特性 1958.3.2适合作铁阳极的材料 1978.3.3铁电铸阳极的管理 197第9章合金与稀贵金属电铸 1999.1合金与稀贵金属电铸简介 1999.1.1合金电铸概况 1999.1.2稀贵金属电铸简介 2009.2合金电铸工艺 2019.2.1合金电铸的原理 2019.2.2铜系合金 2059.2.3镍系合金 2109.2.4钴系合金 2169.2.5其他合金 2189.3稀贵金属电铸工艺 2239.3.1钴电铸 2239.3.2银电铸 2259.3.3金电铸 2309.3.4其他稀贵金属电镀 233第10章微系统制造中的电铸技术 24110.1微系统制造 24110.1.1微系统简介 24110.1.2微型电铸技术 24210.2微型电铸工艺 24510.2.1适合微型电铸的合金 24510.2.2镍钴合金电镀工艺 24610.3微型电铸的应用领域 24610.3.1传感器领域 24710.3.2生物医学领域 24710.3.3微执行器领域 248第11章电铸应用举例 24911.1ABS塑料制品模具的电铸 24911.1.1ABS塑料及其制品 24911.1.2ABS塑料制品电铸模加工工艺 25011.1.3ABS塑料模电铸的后处理 25511.2软聚氯乙烯玩具模电铸 25511.2.1玩具模原型的制作 25611.2.2玩具模原型的表面金属化 25611.3滚塑成型模具的电铸 25811.3.1关于滚塑成型 25811.3.2电铸滚塑模的优点 25911.3.3滚塑模的电铸 260第12章电铸液的维护、分析和电铸件的质量检测 26812.1表面金属化溶液的维护和分析 26812.1.1表面金属化前处理液 26812.1.2化学镀液 27012.2电铸液的维护和分析 27512.2.1铜电铸液 27512.2.2镍电铸液 27912.2.3铁电铸液 28312.2.4其他电铸液 28512.3电铸质量检测 29312.3.1电铸原型的检测 29312.3.2电铸制品的检测 295第13章电铸技术与环境 29813.1电铸工艺对环境的影响及治理 29813.1.1电铸工艺对环境的影响 29813.1.2电铸废弃物的治理 29913.1.3电铸用水的零排放系统 30213.2电铸资源的可再利用 30213.2.1反复使用性原型的再利用 30213.2.2一次性原型的再利用 30313.2.3清洗水中金属的回收利用 30413.2.4水的再利用 30513.3安全生产 30713.3.1电铸生产中的安全技术知识 30713.3.2防护用品的正确使用及保管 309参考文献 310

电铸技术在现代制造业中具有举足轻重的地位。这项技术不仅是各种模具制造的重要方法，也是直接用于复杂精细构件生产的重要工艺技术。在现代交通、通信、电子电器和国防军工等领域都有广泛的应用，特别是在微机电系统（MEMS）制造领域，显示出重要的应用价值。本书在保留上一版全面、系统、专业、实用特色的基础上，增补了微系统制造中的电铸技术等相应内容，是学习和应用现代电铸技术的广大科技工作者和相关专业师生值得拥有的专业参考书。在系统学习和了解电铸技术的同时，可从中获得新的信息和启发，从而强化专业知识和技能。

刘仁志，教授级高工，武汉风帆电化科技股份有限公司首席技术顾问，中国计量大学材料与化学学院兼职教授。中国电子学会电镀专家委员会委员，《电镀与精饰》《材料保护》《中国电镀》期刊编委。在国内外专业期刊发表论文100多篇。参加和主持过多项电镀工艺的开发和应用推广工作，包括非金属电镀、尼龙电镀、激光电镀、钢丝线锯金刚石复合镀、微波陶瓷电镀等。申请专利多项，出版20多部电镀技术著作。