实用电铸技术（第二版）

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。

该书内容基础全面，深入浅出。有大量的实际配方和案例，还有作者50多年来的一线经验总结。是一本从事微机电系统技术、微电铸技术、表面处理技术人员值得拥有的好书。

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

第1章电沉积技术与电铸 001
1.1电沉积技术概论 001
1.1.1电沉积技术的原理 001
1.1.2阴极电极过程 005
1.1.3阳极电极过程 020
1.1.4研究电沉积过程的方法 022
1.1.5电沉积过程的直接观测 029
1.2影响电沉积过程的因素 032
1.2.1搅拌的影响 032
1.2.2电源因素的影响 036
1.2.3温度的影响 039
1.2.4几何因素的影响 042
1.2.5添加剂的影响 047
1.2.6阳极过程的影响 049
1.2.7超声波和其他物理场的影响 053
1.3电沉积技术的应用 055
1.3.1电镀技术与电冶金技术 055
1.3.2电铸技术 056

第2章电铸技术总论 058
2.1电铸技术概要 058
2.2电铸技术的特点与流程 059
2.2.1电铸技术的特点 059
2.2.2电铸工艺的流程 061
2.2.3电铸加工需要的资源 067
2.3电铸技术的应用 074
2.3.1模具制造 074
2.3.2特殊产品加工 074
2.3.3专用型材制造 075
2.3.4纳米材料的制造 075
2.3.5其他领域的应用 076
2.4电铸技术的现状与展望 077
2.4.1电铸技术现状 077
2.4.2电铸技术展望 078

第3章CAD CAM与快速成型技术 081
3.1CAD CAM技术概要 081
3.1.1CAD CAM的发展历史 081
3.1.2常用CAD CAM软件的功能 081
3.2快速原型成型技术概要 083
3.2.1快速成型技术的历史与发展 084
3.2.2快速成型技术的原理 085
3.2.3快速成型系统的分类 086
3.2.4快速成型技术的应用 091
3.3快速成型与加工技术 093
3.3.1如何用三维CAD设计建立快速加工产品的数据模型 093
3.3.2三维模型数据的处理及输出 094
3.4快速成型与快速模具技术 098
3.4.1真空注型及低压灌注 098
3.4.2快速非金属注塑模具 098
3.4.3电铸模 099

第4章电铸原型 100
4.1电铸原型的作用与分类 100
4.1.1电铸原型及材料选择 100
4.1.2金属原型 102
4.1.3非金属原型 103
4.1.4一次性原型 103
4.1.5反复使用性原型 104
4.2原型材料选用原则与设计要求 106
4.2.1原型材料选用原则 106
4.2.2原型设计要求 107
4.3原型的制造 109
4.3.1人工加工原型 109
4.3.2由成品复制原型 111
4.3.3机械加工制作原型 115

第5章电铸原型的表面处理 119
5.1金属原型的表面处理 119
5.1.1前处理流程 119
5.1.2除油 120
5.1.3弱浸蚀 124
5.1.4脱模剂处理 125
5.2非金属原型的表面处理 126
5.2.1非金属原型的表面金属化 126
5.2.2物理方法 126
5.3表面金属化的化学方法 130
5.3.1表面金属化流程 131
5.3.2预处理和除油 131
5.3.3敏化 132
5.3.4活化 135
5.3.5化学镀和化学镀铜 137
5.3.6化学镀镍 142
5.3.7其他化学镀工艺 146

第6章铜电铸 149
6.1铜电铸简介 149
6.1.1铜的物理和化学性质 149
6.1.2铜的电沉积液及其分类 150
6.1.3铜电铸的特点 150
6.2铜电铸工艺 151
6.2.1铜电铸液的性能 151
6.2.2铜电铸工艺流程 152
6.2.3各种铜电铸液及操作要点 153
6.3铜电铸的阳极 159
6.3.1硫酸盐镀铜的阳极 159
6.3.2氨基磺酸盐镀铜的阳极 160
6.3.3焦磷酸盐镀铜的阳极 160
6.4铜电铸模腔化学镀镍 161
6.4.1化学镀镍在模具制造中的应用 161
6.4.2铜电铸模腔化学镀镍 162

第7章镍电铸 166
7.1镍电铸综述 166
7.1.1镍的物理和化学性质 166
7.1.2镍电解液及其分类 167
7.1.3镍电铸特点 168
7.2镍电铸工艺 169
7.2.1镍电铸液的物理化学性能 169
7.2.2镍电铸的工艺流程 172
7.2.3各种镍电铸液及操作要点 172
7.3镍电铸的阳极 176
7.3.1阳极的选择与使用 176
7.3.2阳极篮的功能 177
7.4影响镍电铸内应力的因素 178
7.4.1有机添加剂的影响 179
7.4.2pH值的影响 179
7.4.3电流密度和温度的影响 180
7.4.4镀液成分的影响 180
7.4.5杂质对内应力的影响 180
7.5模腔内镀铬 182
7.5.1关于镀铬 182
7.5.2镀铬工艺 183
7.5.3电铸模腔的镀铬 185

第8章铁电铸 187
8.1铁电铸简介 187
8.1.1铁的物理化学性质 187
8.1.2铁电铸的历史 188
8.1.3铁的电沉积及其分类 188
8.2铁电铸工艺 189
8.2.1硫酸盐镀液 189
8.2.2氯化物镀液 189
8.2.3氟硼酸盐镀铁 192
8.2.4氨基磺酸盐镀铁 192
8.3铁电铸的阳极 195
8.3.1铁电铸阳极的特性 195
8.3.2适合作铁阳极的材料 197
8.3.3铁电铸阳极的管理 197

第9章合金与稀贵金属电铸 199
9.1合金与稀贵金属电铸简介 199
9.1.1合金电铸概况 199
9.1.2稀贵金属电铸简介 200
9.2合金电铸工艺 201
9.2.1合金电铸的原理 201
9.2.2铜系合金 205
9.2.3镍系合金 210
9.2.4钴系合金 216
9.2.5其他合金 218
9.3稀贵金属电铸工艺 223
9.3.1钴电铸 223
9.3.2银电铸 225
9.3.3金电铸 230
9.3.4其他稀贵金属电镀 233

第10章微系统制造中的电铸技术 241
10.1微系统制造 241
10.1.1微系统简介 241
10.1.2微型电铸技术 242
10.2微型电铸工艺 245
10.2.1适合微型电铸的合金 245
10.2.2镍钴合金电镀工艺 246
10.3微型电铸的应用领域 246
10.3.1传感器领域 247
10.3.2生物医学领域 247
10.3.3微执行器领域 248

第11章电铸应用举例 249
11.1ABS塑料制品模具的电铸 249
11.1.1ABS塑料及其制品 249
11.1.2ABS塑料制品电铸模加工工艺 250
11.1.3ABS塑料模电铸的后处理 255
11.2软聚氯乙烯玩具模电铸 255
11.2.1玩具模原型的制作 256
11.2.2玩具模原型的表面金属化 256
11.3滚塑成型模具的电铸 258
11.3.1关于滚塑成型 258
11.3.2电铸滚塑模的优点 259
11.3.3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 268
12.1表面金属化溶液的维护和分析 268
12.1.1表面金属化前处理液 268
12.1.2化学镀液 270
12.2电铸液的维护和分析 275
12.2.1铜电铸液 275
12.2.2镍电铸液 279
12.2.3铁电铸液 283
12.2.4其他电铸液 285
12.3电铸质量检测 293
12.3.1电铸原型的检测 293
12.3.2电铸制品的检测 295

第13章电铸技术与环境 298
13.1电铸工艺对环境的影响及治理 298
13.1.1电铸工艺对环境的影响 298
13.1.2电铸废弃物的治理 299
13.1.3电铸用水的零排放系统 302
13.2电铸资源的可再利用 302
13.2.1反复使用性原型的再利用 302
13.2.2一次性原型的再利用 303
13.2.3清洗水中金属的回收利用 304
13.2.4水的再利用 305
13.3安全生产 307
13.3.1电铸生产中的安全技术知识 307
13.3.2防护用品的正确使用及保管 309

参考文献 310