金属蚀刻工艺流程

    蚀刻不同的金属要采用不同的溶液配方及工艺条件，常用金属材料的蚀刻溶液配方及工艺条件见表6―4～表6-6。
    表6-4金属化学蚀刻溶液的配方及工艺条件

溶液成分及工艺条件
1
2
3
4
5


氯化铁(FeCl3)／(g／L)
盐酸(HCl)／(g／L)
氢氟酸(HF)／(mL／L)
磷酸(H3P04)／(g／L)
硫酸铜(CuS04)／(g／L)
硫酸(HzS04)／(g／L)
硝酸(HN03)／(g／L)
蚀刻加速剂／(g／L)
煤油／(g／L)
溶液温度／℃
处理时间／min
适用材料 800～900
100～120mL／L
80～120
5～8(平整剂)
20～50
15～25
钢铁
450～560
5～10mL／L
少量
20～50
模具钢
600～800
80～120
20～30
80～100
10～45
15～20不锈钢
600～650
90～100
8～12
15～50
10～15
铜合金
450～550
200～300
10～20
20～40
10～20
铸铝

    表6-5金属铜化学蚀刻溶液配方及工艺条件

溶液成分及工艺条件
1
2
3
4


硝酸(HN03)／(mL／L)
硫酸(HzS04)／(mL／L)
铬酐(Cr03)／(g／L)
氯化钠(NaCl)／(g／L)
溶液温度／℃
蚀刻时问／min
1000
20
―
45
20～30
15～20
1000
40～50
60～80
10～15
―
―
50
400
20～30
15～20
50
900～1000
10～20
60～80
10～15

    表6-6锌铸件化学蚀刻溶液配方及工艺条件

溶液成分及工艺条件
1
2
3


硝酸(HN03,65％)／(mL／L)
盐酸(HCl，37％)／(9／L)
溶液温度／C
处理时间

  (三)工艺操作条件的影响    蚀刻是金属板模图纹装饰过程中的关键，要想得到条纹清晰、装饰性很强的图纹制品，必须注意控制好蚀刻工艺的条件。主要是蚀刻溶液的温度和蚀刻时间。溶液温度稍高，可以提高金属溶解的速度，也就是蚀刻的速度，缩短蚀刻所需要的时间，但是蚀刻溶液一般都是强酸液，强酸液在温度高的情况下腐蚀性强，容易使防护的涂层或耐蚀油墨软化甚至溶解，使金属非蚀刻部位的耐蚀层附着力下降，导致在蚀刻和非蚀刻交界处的耐蚀涂层脱落或溶化，使蚀刻图纹模糊走样，影响图纹的美观真实和装饰效果，因此温度不宜超过45℃。同样，如果蚀刻的时间太长，特别是蚀刻液温度较高的情况下，耐蚀油墨或防护涂层浸渍时间过长，也同样起到上述的副作用和不良后果，因此时间控制上也要适当，不能浸得太久，一般不宜超过20～25min。
    (四)化学蚀刻图纹装饰实例
    1．装饰用的材料
    装饰用的金属板材：普通钢材、不锈钢、铜及铜合金、铝及铝合金等，以不锈钢板为例说明，板厚l～3mm。
    化工原料：丝印感光胶(例如浙江昆山市化工涂料厂生产的DH重氮型)，耐酸油墨有99-956型和99-200K型等一(广东顺德大良油墨厂产品)，其他为常用化学化工药品。
    2．工艺流程
    不锈钢板→除油→水洗→干燥→丝网印刷→干燥→水浸→蚀刻图纹叶(片)水洗→除墨→水洗→抛光→水洗→着色→水洗叶(片)硬化处理→封闭处理→清洗叶(片)干燥→检验→产品。
    3．具体操作及注意事项
    (1)除油除油是为了使丝印油墨与板材有良好的附着力，所以金属板在印前必须彻底把油除干净。除油的方法很多，可以根据情况及需要选择，例如采用常规的化学除油、表面活性剂除油，甚至电解除油、超声除油等，也可以选用商品的专用除油剂。彻底清洗干净后，经干燥再转入丝网印刷。
    (2)丝网印刷选用l50目不锈钢、聚酯或尼龙单丝维网，用绷网机固定在网框上，再用上浆器刮涂DH重氮型感光胶，涂覆2～3次，涂膜干燥后，将拍摄好的图纹黑白胶片附着在涂膜丝网上，经曝光、显影后，即制得丝印模板，然后再将不锈钢板、图纹模板固定在丝网印刷机对应位置上，采用碱溶性的耐酸油墨，印上所需要的图纹，自然干燥(或烘干)。如果烘烤，则温度不宜过高及时间不宜过长，否则油墨的碱溶性降低，到除油墨时，不易清除干净。一般情况下，自然干燥1h。烘干为55～60℃，4～5min。
    (3)图纹蚀刻工艺图纹化学蚀刻溶液的配方及工艺条件如下：

氯化铁(FeCl₃)
650～800g／L
蚀刻加速剂
85～lO0g／L


盐酸(HCl，38％)
85～120g／L
蚀刻液温度
10～45℃


磷酸(H₃P0₄)
20～30g／L
浸渍时间
l5～25min

    在操作过程中要严格控制溶液的温度和时间。温度过高、时间过长，油墨与板面的附着力下降，在蚀刻与非蚀刻处可能出现油墨的脱落，导致图纹模糊走样，影响蚀刻的精度和装饰效果。
    (4)蚀刻后除墨蚀刻后必须除去保护的碱溶性耐酸油墨。方法是浸入40～60g／LNaOH碱液中，温度控制在60～70℃，浸泡3～5min，以除干净油墨为准。然后用水冲表面的碱液至中性。(5)蚀刻后处理经蚀刻后的图纹不锈钢板经过除油墨及清洗干净后，可以根据用户的不同需要作如下附加装饰处理。
    ①对要求保留不锈钢原色及光泽的，经除油墨及清洗干净后，放进50％HN03(体积分数)和50％H20的溶液中浸泡l0～20min，作钝化处理，使不锈钢蚀刻图纹板获得新的保护膜，即可得装饰制品。
    ②对要求保留不锈钢原色，但光亮度要求更高、更光亮的，经除油墨及洗净后，先进行电解抛光，然后再表面钝化。
    电解抛光的溶液配方及工艺条件如下：

柠檬酸
50％～70％
溶液温度
40～60℃


硫酸
20％～l5％
电流密度
15～30A／dm²


水
10％～25％
抛光时间
5～lOmin


阴极材料
铅板

    ③为了提高制品的装饰性，有些用户要求改变原有不锈钢的颜色。对此，不锈钢经蚀刻图纹及清除干净表面的油墨后，先进行电解抛光，然后化学着色或电解着色，着色后必须对着色膜进行硬化处理及封闭处理，最后得到所需的装饰制品。化学着色溶液的配方及工艺条件如下：

硫酸(H₂S0₄)
270～300g／L
溶液温度
65～80℃


铬酐(Cr0₃)
450～500g／L
处理时间
由蓝色→橙色→金黄


(NH₄)₆Mo₇0₂₄?4H₂0
40～50g／L
色一绿色，颜色随时间变化

    化学着色后要进行硬化处理(或固膜)以便稳定着色膜，改善着色膜的质量及耐磨性。硬化处理的溶液配方及工艺条件如下：

重铬酸钾(K₂Cr₂0₇)
10～20g／L
溶液温度
65～80℃


氢氧化钠(NaOH)
3～5g／L
处理时间
2～3min


溶液pH
6.5～7.5

    着色膜经上述硬化(固膜)处理后，硬度、耐磨、耐蚀性都已提高，但膜层有孔隙，需要进一步进行封孔处理。如果着色膜本身质量好、硬度高，可以不必进行硬化处理，但必须进行封孔处理。封孔处理液的成分及工艺条件如下：

硅酸钠(Na₂Si0₃)
10g／L
溶液温度
l00℃


沸腾十二烷基苯磺酸钠
2～5g／L
处理时间
4～6m

   除了化学着色外，也可以用电解法着色，电解着色溶液的配方及工艺条件如下：

铬酐(Cr0₃) 80～260g／L 电流密度 0.05～0.10A／dm²


硫酸(H₂S0₄) 25％(体积分数) 着色时间 l0～30min


溶液温度 70～90℃

    本着色溶液在着色过程中，工艺条件对颜色有较大影响。首先是硫酸对铬酐的浓度比例对颜色的影响，铬酐浓度高时，为金黄色，浓度再高，则变成紫红色。温度对着色的影响为：温度升高，色泽逐渐加深。着色时间的影响为：5min便开始着色，随着时间的增加，颜色加深，20min后色泽基本稳定。电流密度对着色的影响为：0.03A／dm2时，为玫瑰色，0.05A／din2时，则为l8K金色。
    电解着色后同样需要进行硬化处理，硬化处理可以用化学法(上述举例)，也可以用电解法。电解法硬化处理的溶液配方及工艺条件如下：

铬酐(Cr0₃)
240～280g／L
阴极电流密度
0.2～1.0A／dm²


硫酸(H₂S0₄)
2～3g／L
阳极材料
铅或铅锑合金


溶液温度
50～55℃
处理时间
10～15min

    硬化处理后，同样要进行封闭，在沸腾的硅酸钠溶液中煮5min，取出清洗、干燥，便可得到各种色泽的图纹装饰板。