CN1084804C - 一种金属工艺品的成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种金属工艺品的成型方法，其特点是用高分子硅橡胶制得阴模，然后通过敏化、活化以及化学镀过程，使阴模表面金属化，形成导电层，最后采用电镀技术即可得到所需的金属工艺品。本发明的工艺品操作简单，可以制作出厚度均匀、纹理清晰的薄层制品，成品率较高，硅橡胶阴模还可重复使用，可用于金属工艺品，金属首饰、金属日用品的装饰，而且还可用于改进景泰蓝的制作工艺。

Description

一种金属工艺品的成型方法
本发明属于电铸技术领域，更确切地说是用电铸方法制造金属工艺品。
将金属制成所要求的形状的成型方法有铸造法、锻造法、冲压法等，这些传统方法主要依靠人工处理，工艺过程复杂，操作繁锁，成品率低，而且浪费原材料。也有人提出过电铸工艺，如CN1031575A专利申请中提出采用石膏作母型，在母型上涂蜡，再用石膏糊涂抹在蜡层上烘干，在蜡层上浇注低熔点合金，然后熔掉石膏放入电解液，电解后将金属壳外部的石膏溶解掉，再将低熔点金属壳熔掉或敲掉，该方法的缺点：每制作一件产品都要制作一个石膏母型、一个低熔点金属壳，而且还要经过两次溶解石膏，两次熔解低熔点合金，工艺过程复杂；另外；在浇铸低熔点的金属壳时，容易出现浇铸缺陷，表面效果差，成品率低。
本发明的目的是克服已有技术的缺点，提出一种工艺简单、成品率高、节约能耗，阴膜可以反复使用的金属工艺品的成型方法。
实现本发明的主要技术方案：用高分子硅橡胶乳液和偶联剂混合后，浇注在原模上制得硅橡胶阴模，然后采用化学镀(也称无电解镀)的方法使其表面沉积一层金属，形成导电层，最后通过电镀技术即得到所需的金属工艺品。
本发明的制备方法，具体步骤包括：
1.采用包括石膏、木材、金属在内的材质制成原模(也称原型)，将硅橡胶乳液和偶联剂按比例混合均匀后浇注在清理干净的原模上，待其固化后剥离下来即得到所需的硅橡胶阴模；
2.用普通金刚砂细粉磨擦(1)步的硅橡胶阴模表面，使其具有一定的微观粗糙度，然后用水冲洗干净；
3.对(2)步得到的具有微观粗糙的阴模表面用敏化液擦拭，小的制品可放在敏化液中浸泡1-3分钟，再用水漂洗干净；
4.由(3)步敏化后的阴模进行活化处理，即用活化液擦拭浸蘸，直至阴模表面出现浅褐色，再用水漂洗干净；
5.对(4)步活化处理后的阴模通过化学镀即浸入化学镀液中，使其表面金属化，形成导电层；
6.对(5)步得到的表面金属化的阴模进行电镀金属或合金，可得到半成品，而硅橡胶阴模取出后可以重复使用；
7.(6)步得到金属工艺制品半成品进行包括修整、着色在内的后处理工序即得到所需的成品。
本发明(1)步所述的硅橡胶乳液和偶联剂(市场也称模具胶)均为市售产品，一般是配套购买，通常配比为1∶0.097(重)。
本发明(2)步所述的微观粗糙“是指肉眼看不见的粗糙”(李鸿年等编著，《实用电镀工艺》，国防工业出版社，1990.6第一版，P465)，目的是使表面容易亲水。
本发明(3)步所述的敏化液的配方及其使用条件见表1，属已知技术，详见“钱维平等编著，《表面镀覆新技术工艺指南》，青岛出版社，1993.10，P303”，其目的是为了在非导体的硅橡胶阴模表面上建立起催化中心，以便在(4)步所述的活化液中的金属离子能借此还原成金属。
本发明(4)步所述的活化液的配方及其使用条件见表2，属已知技术，详见敏化液所引的资料304页，其目的是使硅橡胶阴模表面建立起化学镀时所需要的金属催化中心，这些催化中心是由于活化液中如Ag+、pd+等金属离子被敏化时吸附的还原剂所还原，成为金属微粒。
本发明(5)步所述的化学镀，若需要化学镀铜可用浓度10％的甲醛水溶液，在室温下浸渍0.5-1分钟；若需要化学镀镍，可再用浓度3％的次亚磷酸钠在室温浸渍1-2min。化学镀铜层一般很薄，外观呈粉红色，质柔软，延展性好，导热导电性能也好，所述的化学镀液见表3，属已知技术。
本发明(6)步所述的电镀金属，如果制作铜制品可采用已知的电解铜技术(钟竹前等编著，《湿法冶金过程》，中南工业大学出版社，1988.6，P252)，其电解液的配比及工艺条件：电解液含铜40-60克/升、硫酸160-220克/升，另外电解液中还应保持小于15毫克/升的氯离子，并添加少量的添加剂，以保证得到平整光滑的阴极沉积，电解液的温度50-60℃，槽电压0.2-0.3伏，电流密度2.16安/分米2，电能消耗约为0.2～0.3度电/公斤铜，每小时可沉积0.04mm铜，达到所需的厚度即停止电解，所述的添加剂为光亮剂，本发明可使用在“实用电镀工艺”(1990.6，第一版，P137)所提出的M、N、Sp光亮剂(均为浙江黄岩荧光光学厂生产)，可以单独使用，也可以混合使用，它们的加入量：M为0.0003～0.001克/升，N为0.002～0.0007克/升，Sp0.01-0.02克/升。
本发明的主要优点：
本发明的方法工艺过程简单，不需要用加热装置熔化金属，采用常用的电化学成型方法，操作作简便，安全，而且节约能耗；采用本发明的方法制作的金属制品表面效果非常好，纹理很清晰，如目前铜浮雕的制作多采用锻造技术，细微结构、特殊的纹理很难表现出来，而采用本发明的方法可制作全新视觉效果好的铜浮雕制品，细微结构和纹理都很清晰；传统的浇铸，锻造方法很难制作很薄的制品，而且很易出现各种缺陷，而本发明的方法，金属的沉积厚度能够较好控制，可根据需要制作出厚度均匀的薄层制品，而且节约金属，成品率较高；此外高分子硅橡胶作为阴模，材料很易脱模，而且阴模可以重复使用，适于批量生产。由于以上的优点，本发明适合制作金属工艺品，金属首饰、金属日用品的装饰，如灯具的装饰、服装上的金属饰件、金属器皿的装饰等，另外本发明的方法还可以用于景泰蓝工艺品的制作，可使其制造过程十分简便，改变现有的手工操作方式。
下面通过实例进一步描述本发明的特点。
                     实例
本实例是制作铜浮雕，具体制作过程：
首先制作浮雕石膏原模，将其表面清理干净后，将配好的硅橡胶乳液和偶联剂混合物浇注在石膏原模表面，待硅橡胶固化后，将硅橡胶剥离下来，即得硅橡胶阴模；
第二，将阴模清洗干净，用普通市售金刚砂细粉磨擦阴模表面，使其具有微观的粗糙度后，用水清洗干净，再用表1中配方1的敏化液擦拭阴模表面3分钟，经用水漂洗干净后，用棉球瞧取表2中配方2的活化液擦拭敏化后的阴模表面2分钟，直至表面出现一层浅褐色，用水洗净阴模表面残留的活化液，再用10％的甲醛溶液冲洗活化后阴模表面；
第三.将活化后的阴模浸入到表3中配方2的化学镀液中，经过1小时后，阴模表面就镀上一层很薄的铜即导电层；
第四，将化学镀的阴模从化学镀液取出，用水冲洗干净后，放入电解池中，把电源负极与阴模表面的金属化层相连，使用前述的电解液，电解液含Cu50克/升，硫酸200克/升，加入M光亮剂，电解液温度50℃，电源正极与放入电解池的铜片相连，两者保持平行并维持间距8cm，开启电源，调整电压和电流，使槽电压和电流密度分别维持在0.3伏和2.16安/分米2，这样阳极上的铜就会不断地溶解，阴模表面也就连续地沉积铜，经过25小时，阴模表面即可沉积1mm厚的铜，此时可停止电解；
第五，从电解池中取出与阴模连在一起的制品，用水冲洗干净，将硅橡胶阴模从铜层上轻轻地剥离下来，得到铜浮雕半成品，最后对其边缘进行修整、着色处理，即得到铜浮雕成品，硅橡胶阴模可重复使用。
表1
    配方     1     2     3     4
SnCl3·2H20，克/升 10-80     20
 HCl，克/升 40-50     40     50
 TiCl3，克/升     50
 Sn(BF4)2,克/升     20
 HBF4，克/升     10
温度，℃ 15-25     15-25    15-25     15-25
时间，min 1-3     1-3     1-3     1-3
表2
     配方     1     2      3     4
AgNO3，克/升     2-5     10   0.25-1.5
NH4OH，克/升     20-25     40-50
HCl，克/升     10   0.25-1.0
H3BO3，克/升     20
PdCl2，克/升     0.5   0.25-1.5
温度，℃     15-25     15-25     15-25   15-25
时间，min     1-5     1-6     0.5-5   0.5-5
表3
     配方*       1        2        3     4
CUSO4·5H2O，克/升     30.0       7.0       7.5     29.0
KNaC4H4O6·4H2O，克/升     100.0       34.0     142
EDTA二钠(C10H14O8N2Na2)，克/升     12.0
三乙醇胺，克/升     5.0
NaOH，克/升     50.0       7.0       9.0     42.0
Na2CO3，克/升     30.0       30.0     9.0
甲醛(37％水溶液)，克/升     30.0       13.0       10.0     167
乙二胺四乙酸四钠盐(CH2)2(NH2)2(CH2COONa)4，克/升 17.0
若丹宁，克/升       0.05
  PH     11.5    11.0-12.0    12.0-13.0     11.5
温度，℃     20-30      25-30      20-50     20-30
注：配方1-3见“李鸿年等编著，《实用电镀工艺》，国防工业出版社，1994.6，P431”；配方4见钱维平等编著，《表面镀覆新技术工艺指南》，青岛出版社，1993.10，P304。

Claims (3)

1.一种金属工艺品的成型方法，其特征在于具体步骤包括：
(1)采用包括石膏、木材、金属在内的材质制成原模型，将硅橡胶乳液和固化剂按比例混合均匀后浇注在清理干净的原模上，待其固化后剥离下来即得到硅橡胶阴模，
(2)用普通金刚砂细粉磨擦(1)步的阴模表面，使其具有微观粗糙度，然后用水冲净，
(3)由(2)步得到的具有微观粗糙度的阴模，其表面用敏化液擦拭，小的制品可放在敏化液中浸泡1-3分钟，再用水冲净，所述的敏化液选自SnCl2·2H2O和HCl混合物、HCl和TiCl2混合物或Sn(BF4)2和HBF4混合物中任一种，
(4)敏化后的阴模用活化液擦拭浸蘸，直至阴模表面出现浅褐色，再用水冲净，所述的活化液选自AgNO3、AgNO3和NH4OH混合物、HCl、HCl和H3BO3混合物或pbCl2中任一种，
(5)对(4)步活化处理的阴模通过化学镀即浸入化学镀液中，使其表面金属化，形成导电层，所述的化学镀液选自CuSO4·5H2O、C10H14O8N2Na2、三乙醇胺、NaOH和含37％甲醛水溶液的混合物、NaOH+Na2CO3+含37％甲醛水溶液的混合物、CuSO4·5H2O和KNaC4H4O6·4H2O的混合物、乙二胺四乙酸四钠盐或若丹宁中任一种，
(6)由(5)步得到的表面金属化阴模进行电镀金属或合金，得到半成品，剥离出的硅橡胶阴模重复使用。
(7)对(6)步的半成品通过包括修整、着色的后处理工序即得到所需的成品。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于(5)步所述的化学镀，需要化学镀铜时，用浓度10％的甲醛水溶液，在室温下浸渍0.5-1分钟。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于(5)步所述的化学镀，需要化学镀镍时，用浓度3％的次亚磷酸钠在室温下浸渍1-2分钟。
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