金属蚀刻工艺流程详解

(一)金属蚀刻工艺流程

    金属的种类不同，其蚀刻的工艺流程也不同，但大致的工序如下：金属蚀刻板→除油→水洗→浸蚀→水洗→干燥→丝网印刷→千燥→水浸2～3min→蚀刻图案文字→水洗→除墨→水洗→酸洗→水洗→电解抛光→水洗→染色或电镀→水洗→热水洗→干燥→软布抛(擦光)光→喷涂透明漆→干燥→检验→成品包装。

    1．蚀刻前处理

    在金属蚀刻之前的工序都是前处理，它是保证丝印油墨与金属面具有良好附着力的关键工序，因此必须要彻底清除金属蚀刻表面的油污及氧化膜。除油应根据工件的油污情况定出方案，最好在丝印前进行电解除油，保证除油的效果。除氧化膜也要根据金属的种类及膜厚的情况选用最好的浸蚀液，保证表面清洗干净。在丝网印刷前要干燥，如果有水分，也会影响油墨的附着力，而且影响后续图纹蚀刻的效果甚至走样，影响装饰效果。

    2．丝网印刷

    丝网印刷要根据印刷的需要制作标准图纹丝印网版。图纹装饰工序中，丝印主要起保护作用，涂感光胶时次数要多些，以便制得较厚的丝网模版，这样才使得遮盖性能好，蚀刻出的图纹清晰度高。丝网版的胶膜在光的作用下，产生光化学反应，使得光照部分交联成不溶于水的胶膜，而未被光照部分被水溶解而露出丝网空格，从而在涂有胶膜丝网版上光刻出符合黑白正阳片图案的漏网图纹。

    把带有图纹的丝印网版固定在丝网印刷机上，采用碱溶性耐酸油墨，在金属板上印制出所需要的图纹，经干燥后即可进行蚀刻。

  3．蚀刻后处理

  蚀刻后必须除去丝印油墨。一般的耐酸油墨易溶于碱中。将蚀刻板浸入40～60g／L的氢氧化钠溶液中，温度50～80℃，浸渍数分钟即可退去油墨。退除后，如果要求光亮度高，可进行抛光，然后进行染色，染色后为了防止变色及增加耐磨、耐蚀性，可以喷涂透明光漆。对于一些金属本身是耐蚀性能好而且不染色的，也可以不涂透明漆，要根据实际需要而定。

    (二)化学蚀刻溶液配方及工艺条件

    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(H_zS0₄)／(g／L)

硝酸(HN0₃)／(g／L)

蚀刻加速剂／(g／L)

煤油／(g／L)

溶液温度／℃#p#分页标题#e#

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#p#分页标题#e#

    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

    800～1000

    20～30

根据蚀刻深度而定

    210～240

    20～30

根据蚀刻深度而定

    150～300

    25～50

根据蚀刻深度而定

    (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。#p#分页标题#e#

(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／L NaOH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：#p#分页标题#e#

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℃#p#分页标题#e#

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。