电镀 101：金属电镀的工作原理

电镀工艺可将特定金属的强度、导电性、耐磨性、耐腐蚀性以及外观与其他具有自身优势的材料（例如价格合理且/或轻质的金属或塑料）相结合。

在本指南中，您将了解在从原型制造到大规模生产的整个制造过程中，许众多工程师、研究人员以及艺术家都使用电镀和电镀金属的原因所在。

电镀是利用电解沉积原理为物体镀上一层金属的过程。工程师会使用控制电位电解法，将所需的金属镀层从阳极（镀层金属）迁移到阴极（待镀部件）。

阳极和阴极置于化学电镀槽中，并持续通电。电流导致带负电荷的离子（阴离子）移动到阳极，带正电荷的离子（阳离子）转移到阴极，从而在目标部件表面覆盖或镀上一层均匀的金属镀层。电镀可使基体材料（通常为轻质和/或成本较低的材料）表面形成金属（如镍或铜）薄壳。

因为电镀的基本要求是基体材料（基材）具有导电性，所以最常用于其他金属。研究人员还开发出了一种自催化预镀层（尚未普遍应用），该工艺可以产生超薄的导电界面，从而在塑料部件上电镀各种金属，尤其是铜和镍合金。 

电镀和电铸均采用电解沉积原理。不同之处在于，电铸需要使用模具，并且在部件成型后去除模具。电铸用于制造实心金属件，而电镀用于为现有的部件（与镀层不同的材料）添加金属镀层。

镀层材料可以是一种金属，也可以选择多种金属。很多制造商会选择镀上一层铜或镍等金属，从而最大限度提高强度和导电性。常用的镀层材料包括：

• 黄铜
• 镉
• 铬
• 铜
• 金
• 铁
• 镍
• 银
• 钛
• 锌

从不锈钢、其他金属到塑料，几乎任何材料都可以用作基材。工匠们甚至对有机材料进行电镀，如花朵以及柔软的织物缎带等。 

需要注意的是，非导电性基材（如塑料、木材或玻璃）必须先具备导电性，然后才能进行电镀。这可以通过在非导电性基材上涂覆一层导电涂料或喷雾来实现。

得益于材料和塑料制造方面的科学进步，在从汽车到管路系统管道等各种行业的广泛应用中，轻质、低成本的塑料部件已经逐渐取代了昂贵的金属部件。

虽然塑料在某些方面比金属更有优势，但在很多应用领域中，金属仍然占主导地位。无论如何尝试，塑料无法拥有像铜一样的光亮表面。此外，尽管塑料的弹性优于大多数金属，但其强度却远不及金属。而金属电镀工艺就有了用武之地。

3D 打印与电镀碰撞出独特的火花。由于增材制造具备足够的设计自由度，工程师通常会选择 3D 打印基材。相对于铸造、机加工或其他制造方法，对 3D 打印部件进行电镀通常成本更低廉，尤其是在原型制造方面。

立体光固化 (SLA) 3D 打印是电镀的理想之选，因为该工艺可以制造出具有光滑或精细纹理表面的 3D 打印部件，在塑料和金属两种材料之间实现顺畅过渡。SLA 3D 打印部件还具有出色的防水性，在电镀过程中，浸入化学电镀槽中也不会受损。

从工程角度来看，3D 打印和电镀的结合为成品部件设计提供了独特的拉伸强度。如上图所示，两种制造工艺相结合填补了两种材料组别之间拉伸强度的空白部分。

金属电镀会对（3D 打印）塑料部件的机械性能产生极大影响。将结构性金属镀层与轻质塑料基材相结合，可以生产出具有极高弯曲强度的部件。

除了改善机械性能外，电镀还可保护塑料部件免受环境退化影响。在一些应用中，塑料部件需要承受化学侵蚀或接受紫外线照射，在这种情况下，金属镀层能够提供永久性屏障，将部件的使用寿命从数月延长为数年。

用于艺术处理时，电镀可以轻松打造外观和触感与金属极为相似的原型。电镀塑料可能十分轻薄，也可能明显增加部件重量，具体取决于镀层的厚度。较厚的电镀镀层甚至可以进行纹理处理或抛光，实现铸铝或镜面铬等各种金属表面效果。更复杂的纹理可以通过 3D 打印纹理树脂基材来实现。

考虑到 3D 打印材料、各种电镀金属和镀层厚度比的多种可能组合，显而易见，电镀能够为工程师提供众多全新的设计选择。

电镀工艺拥有众多优势，可提升部件的强度、使用寿命和导电性。工程师、制造商和艺术家可以通过多种方式利用这些优势。

工程师经常使用电镀来提高各种设计的强度和耐用性。铜和镍等金属镀层可提高多种部件的拉伸强度。为部件添加金属镀层可以提高部件对环境因素的抵抗力，如室外或腐蚀性应用中的化学侵蚀和紫外线照射。

艺术家经常使用电镀工艺来保存树叶等容易腐烂的自然元素，将其转变为可以长久保存的艺术品。在医学界，电镀常用于制造经过有效灭菌的耐腐蚀医用植入物。

电镀是为客户产品、雕塑、雕像和艺术品添加金属饰面的有效方法。很多制造商还会选择对基材进行电镀来制造更轻、更易于移动和运输的部件。

电镀的另一个优点是能够提高导电性。由于金属本身具有导电性，因此电镀是提高部件导电性的理想方案。天线、电气部件和其他部件可以通过电镀提升性能。

虽然电镀能够提供诸多优势，但工艺本身的复杂性和危险性也造成了一些局限性。如果不采取适当的预防措施，电镀时使用的六价铬可能危及操作人员的安全。务必在通风良好的工作环境中操作。美国劳工部职业安全与健康管理局发布了大量文件，概述了电镀过程中的风险。

虽然可以自行电镀树脂部件，但业余用户在操作过程可能会遇到困难。主要问题在于镀层质量和性能。自行电镀时的镀层附着强度通常无法达到专业电镀服务的水平。结构性电镀需要使用多个电镀槽、耗时较长并要求金属之间互相兼容，难以可靠操作。简单小巧的内部电镀应用容易成功，例如珠宝原型制造和薄（单层）射频铜镀层。

由于电镀工艺要求操作人员具备专业知识并且涉及一定的风险，许多工程师和设计师都会选择聘请精通该工艺的第三方电镀制造商。幸运的是，有一些公司专门提供定制电镀项目服务，如 RePliForm 和 Sharretts Plating。请下载我们的白皮书，查看按地区和作业规模分类的电镀服务列表。

以上视频展示了如何使用随手可得的工具进行电镀，例如手机充电器和闲置铜管。我们建议在电镀时佩戴面罩、手套和护目镜，并确保在通风良好的环境中进行操作。

从婚戒到天线，电镀工艺广泛应用于各行各业。一些常见示例如下：

很多飞机部件都会利用电镀工艺添加“牺牲保护层”，通过减缓腐蚀来延长部件的使用寿命。飞机部件容易受到极端温度变化和环境因素的影响，因此可以为金属基材额外添加一层金属，以确保部件的功能不会因正常磨损而受到影响。

许多专用于航空航天工业的钢制螺栓和紧固件表面均镀铬（由于近期规定的变化，也可能镀锌镍合金）。

在 Etsy 网站搜索“电镀”一词，可以看到大量采用电镀工艺的家居装饰和独一无二的纪念品。工匠们经常通过这种工艺将可生物降解的物品（包括花朵、树枝甚至昆虫）转变为经久耐用的艺术品。电镀工艺可以展现并保留物品的细节，避免物品迅速分解。

电镀常用于创造艺术品，例如图中镀铜的甲虫和蜂巢。（图片来源）

数字化设计师有时会使用电镀来制作雕塑。设计师可以使用桌面级 3D 打印机打印基材，然后用铜、银、金或任何所需的金属对部件进行电镀，以达到所需的表面处理效果。以这种方式将 3D 打印与电镀相结合，可以更轻松（也更便宜）地生产出与实心铸造金属雕塑具有相同外观和表面光洁度的部件。

电镀在汽车工业中十分常见。许多大型汽车公司使用电镀工艺制造铬保险杠和其他金属部件。

电镀也可用于为概念车制造定制部件。例如，大众与 Autodesk 合作，为其“Type 20”概念车制作轮毂盖。这些轮毂盖原型均为 3D 打印而成，然后进行电镀处理。 

修复公司和车辆定制企业也会使用电镀工艺将镍、铬和其他饰面应用于各种汽车和摩托车部件。

珠宝和贵金属可能是与电镀工艺最为密切相关的行业。珠宝设计师和制造商依靠这一工艺来改善戒指、手镯、吊坠和其他多种饰品的颜色、耐用性和美感。

所谓“镀金”或“镀银”的珠宝均可能采用电镀工艺制成。混合搭配多种金属可实现独特的表面颜色。例如，设计师通常将金与铜和银结合，得到玫瑰金颜色。

电镀工艺可为各种医疗和牙科元件添加弹性外层。镀金通常用于制作牙齿嵌体和各种牙科手术辅助器械。置换关节、骨钉和板材等植入部件也经常采用电镀处理，使部件更耐腐蚀并满足植入灭菌要求。医疗和手术工具，包括镊子和放射性部件，也通常采用电镀工艺。

许多电气和太阳能组件都会通过电镀来增强导电性。太阳能电池触点和各类天线通常采用电镀工艺制造。电线可能镀银、镍或各种其他类型的金属。镀金工艺往往可用于提高耐用性（与其他金属相结合）。金也经常用来延长部件的使用寿命，因为该金属不仅导电、延展性佳，而且不会与氧气发生反应。

使用传统制造工艺时，金属原型部件的定制或小批量生产可能非常昂贵且耗时。因此，工程师往往将电镀与 3D 打印相结合，打造低成本、省时的解决方案。

例如，瑞士洛桑联邦理工学院 (EPFL) 的 Andreas Osterwalder 使用 Formlabs SLA 3D 打印机打印新设计，并与 Galvotec 合作对这些部件进行电镀，从而有效地加快了原型制造过程并降低了先进实验装置的成本。

天线需要具有导电性才能传播无线电波。而塑料 3D 打印部件不导电，但具有几乎无限的设计自由度和良好的机械和热性能。使用电镀工艺，可以在保持这些优点的同时达到所需的导电性，为汽车、国防、医学和教育领域的研发提供出色的定制天线解决方案。

电镀复合部件可用于多种应用。由于用途广泛，电镀为不同行业带来了无限可能性。想了解有关电镀 3D 打印部件的详细信息吗？

请下载我们的白皮书，了解工程师如何将金属添加到树脂 3D 打印件，以及为何混合金属部件具备令人惊叹的应用特性，包括（但不限于）出色的最终使用强度和耐用性。在本白皮书文末，您将了解电镀工艺应用的新方法，以及使用金属电镀来增强 SLA 部件性能时的设计注意事项和实用提示。