金属蚀刻工艺流程详解

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(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。

3 y M& R) O. j% O3 p' k

    2．丝网印刷

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    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。

- E) P/ a1 T# p. ?1 A2 \

    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

- Z( J3 w6 k8 M2 z# h

    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

* T1 j; E: d: w( [+ q! N+ D' H2 V: B0 x8 [, y1 K3 @9 j$ ?# h% w3 w2 a$ W/ \7 K, [) e% H) y( }2 S* v% A M8 Q" I; l$ i, ~7 H7 a. W D4 j0 H. U4 _% `' y+ g% V/ V( d. M4 W

溶液成分及工艺条件	1	2	3	: v5 J7 [3 d; d: S- T7 ^2 |) b8 y     4	0 E( Q$ c. M2 u; z ~     5
氯化铁(FeCl3)／(g／L) 盐酸(HCl)／(g／L) 2 ` j2 F7 ~4 w7 W5 h2 e+ t" h/ ~+ V 氢氟酸(HF)／(mL／L) 3 p P7 ]) a( Q# b 磷酸(H3P04)／(g／L) 1 @0 D5 ^2 x/ {# ~ 硫酸铜(CuS04)／(g／L) + R5 s( b3 W" l/ W. a& l 硫酸(HzS04)／(g／L) 7 D3 g* G- e2 U. Z' L* {9 A0 `0 z 硝酸(HN03)／(g／L) 蚀刻加速剂／(g／L) . O* }' M0 U/ }5 o6 m 煤油／(g／L) 溶液温度／℃ 处理时间／min 适用材料	1 w. `0 ^+ \* x b9 }   800～900 100～120mL／L     80～120   ! [8 Z P! I4 ?3 o: v. ~! v+ O0 h2 x        5～8(平整剂)       20～50 # t" A' Z! e. D# s     15～25     钢铁	+ z r; c. p8 d7 K( T4 } 450～560 9 t5 |' i' D) ^- U  5～10mL／L $ r; ~ v( F9 `( B4 k" @         0 r! V1 }0 K# ]- j5 q) p0 r' D   * }( |- C7 @6 ~; E# s   X5 r1 e+ i! y/ o2 b& Z: |$ w   少量   20～50 $ d7 O/ @5 \% l7 o( `. S   / O# R% Z* b% e% U! A! q# B3 m" q   模具钢	4 h9 b9 @, c8 b+ n1 f! A% L5 ^ 600～800 3 U" r' I8 B2 Q0 R4 H+ g- R2 w2 m  80～120 7 M& M% `/ @4 w' C" |3 t7 G    20～30 , C7 T' e* ^7 R8 D& l+ y   3 H7 A2 N3 o# ~' e% A4 d3 K     ; [5 e6 k* n: f- v  80～100    10～45  15～20 0 [3 Q7 V9 \5 J/ m! e! }) P% y( P 不锈钢	600～650   - Y; s4 w0 I' a5 X- g4 |        90～100   8～12 9 i, J' Y1 w" u* {. W3 @   ' q) e, b2 E' \. G. b' d6 m$ B     15～50   10～15 : Y) k$ T6 [6 P" ^' }   铜合金	' e: ^4 k4 s/ L2 _. i% p }5 U, [ 450～550        200～300 + D6 i( d8 v& [" \   10～20         20～40 + g$ Z3 ]/ @9 z/ @3 B) l' y   10～20   铸铝

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表6-5金属铜化学蚀刻溶液配方及工艺条件

$ f1 b- L0 s9 T! y) Y" O/ n0 H5 i2 g) {6 f& G0 }) \. u$ |" M! G5 x4 i/ m# P1 d% g4 V9 t7 K/ T9 H7 e+ {8 Y [5 j! M. M: w7 G, Y" y0 T. G

3 Q4 t; g. Z7 w& q' |9 V1 J   溶液成分及工艺条件	1	1 w, B) A: w) e/ v9 e     2	. K/ c0 o4 t" j! h8 U6 q+ Q     3	$ V3 L; U! w0 b$ T- @     4
& I0 v; A8 Y5 j 硝酸(HN03)／(mL／L) 2 p) A. M- D3 T7 f. r1 h 硫酸(HzS04)／(mL／L) 铬酐(Cr03)／(g／L) ( a! I8 t. b0 _9 U 氯化钠(NaCl)／(g／L) 溶液温度／℃ 6 Q7 @6 c2 ~. o4 R% H4 R 蚀刻时问／min	1000 5 k; ^8 x* R" I4 P4 v" {$ g- A* m, Y     20 % G* ?2 o" B: d, B% i. d     —     45 2 _9 D8 E9 e" a E. i8 W* h     20～30     15～20	1000 ! ]& T& V- A, C) z: y ?8 \   : e& x F6 m" o9 P& {4 j1 G   ! t- Q* Z0 _! Q4 n2 Q     40～50 3 b$ m/ r* c% ]! N3 j' {) y! ?     60～80     10～15	7 k' s! @4 n8 A% W5 x     — 0 o' O. B- K2 w6 M0 ~/ s* B     — : z" `: T9 ]: ~* e# [3 v     50     400 , u7 O4 v8 |+ j/ J+ P4 T7 b' W( Z     20～30 $ `% ^6 k" h7 m( r* r     15～20	50   900～1000       10～20     60～80     10～15

1 l" o2 B7 R: [! P& W0 g

表6-6锌铸件化学蚀刻溶液配方及工艺条件

1 o. A( Z. p/ m4 w0 b4 i% k A4 s7 D- s$ Q& ]5 j% L2 x% Z8 V5 K" `% z4 Y* O+ r: P9 ?- O, S2 {/ n8 ^# k

溶液成分及工艺条件	1	2	4 b# T/ h* Y. y0 X9 X3 r, e/ [; }     3
5 |: X5 K+ u7 B( O 硝酸(HN03,65％)／(mL／L) 盐酸(HCl，37％)／(9／L) 3 u- q- V- M8 I# I8 x 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 ! N* v7 i: ]6 ^% w 根据蚀刻深度而定	' l* m, X% J( j   0 y( R) K. U( u* B. P6 X     150～300     25～50 根据蚀刻深度而定

) ?1 z0 A, Q5 k

    (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

/ n3 ^) y: T0 P& q

    (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：

/ U- U% u- a. }/ W! Z+ A8 Y% t

+ `' p( | W! m& ~% e; _, H% Y& S( E$ F$ I: M6 N H! y4 ^" {( e5 X' y0 {7 k( g* v+ X, a7 A. B. q- z! T T l" k4 R7 v7 B$ W7 j; N8 a/ n; T+ R X# e" L7 d- H& B& i- \" |& j9 v3 r4 \+ ^# n# Q; D! d/ z1 s8 f# v2 ]& h3 e" W$ O& f4 Z4 O: r+ C6 S0 G1 c6 W

氯化铁(FeCl3)	: z' B1 m$ b/ ]5 ]* w* n6 c 650～800g／L	蚀刻加速剂	3 `4 A" _3 D b+ w, e6 M 85～lO0g／L
' Y0 h+ |* p* a3 H: I. s- e9 D 盐酸(HCl，38％)	- L9 g" v) g7 C ] 85～120g／L	* y9 [ M+ x, o, d$ G* F* B 蚀刻液温度	4 ]7 J6 L- i2 I! D( b W 10～45℃
* }' E# k$ l% Z1 s. F 磷酸(H3P04)	8 ?( ]' I/ l" y 20～30g／L	& B0 a2 M% g' b1 ^+ V6 _: W# l 浸渍时间	l5～25min

! j4 x( ?0 i% r; L5 t

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。

) h+ ?- L0 f1 g7 |" f

    (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：   

. l$ Z$ l+ C+ H" w; K

$ @5 n6 t0 Z: r) O5 l% d6 k3 S+ R0 |5 F- P. k) t* f" D, P9 ?6 i6 G8 J6 `- G6 F/ i/ Z+ T8 E: B$ `. e+ F5 B" v, H. @. Q9 k, G l4 i: ]: I3 X. K; \7 ^) t# Z0 e9 Z9 M: P F4 `& P$ A5 _. U" j

柠檬酸	& O2 [ {) I$ f ~( ?9 K 50％～70％	溶液温度	: T0 q+ n# C2 z" Y& @. `; O 40～60℃
硫酸	20％～l5％	电流密度	15～30A／dm2
水	6 ?" `% V, D* p- J 10％～25％	. e( u8 g. w! ]* \6 B. l 抛光时间	: n& ^2 s( E3 z! E/ S 5～lOmin
阴极材料	) p5 @& [) {* ~- ?$ M5 G% | 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：

j& C4 U5 D/ [7 I7 h) t/ p5 e1 H C' `; j: u: d" _: O; u& ]/ o5 @9 d9 e5 K5 `. r/ L4 o$ O9 q/ N# d" ^5 Y r$ Q* z- v! H/ `; q9 |9 n/ W* G# A, x- \1 Q) N& m& i: p# ]! k9 L; U' n8 y( Y, @& i1 S$ U$ b2 {! d: a$ N8 U' v! b6 J# ?# b: Z/ E- s* i1 P

硫酸(H2S04)	, H r1 Q6 `9 v7 ? 270～300g／L	+ m3 t2 S' ], B3 G5 i. Q& S$ j 溶液温度	" p1 U# `$ f7 D 65～80℃
3 e$ y+ r4 S# r 铬酐(Cr03)	450～500g／L	处理时间	由蓝色→橙色→金黄
(NH4)6Mo7024·4H20	/ b) L, [+ S4 P& H$ E7 K& z* o 40～50g／L	8 {5 u, G/ `9 s4 y# E6 x/ u6 M 色一绿色，颜色随时间变化

& d5 v& e H) f

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：

( t$ ]1 a5 k% ]4 T9 t4 h3 k( w& X1 ?, \5 O$ ^9 C6 ?. q5 [; L5 }( p& S9 p% P4 x2 w* z$ K- W L6 F k. d6 C$ ]4 v7 k! x5 B, F( ^- i0 e" g3 q I F S) f0 T- R U! E( n" l3 T, e0 t2 m( L; h; Y* i3 Z6 a" e0 d( a- F+ b& N& K

' c3 [6 ?( g" N9 I 重铬酸钾(K2Cr207)	10～20g／L	: r f$ Y' q7 ?) y6 b 溶液温度	6 }8 X+ ~. e0 Y5 j 65～80℃
4 P8 \) E( q; ^! s( S& P& x 氢氧化钠(NaOH)	( W9 \, f6 [4 g1 Z8 C# b' ` 3～5g／L	处理时间	% t- `* e2 f- j+ M, v, a 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：

- }+ D# [2 v& g" c* l$ L2 z9 Q& R* s- n& j3 A7 t9 @3 k! e* D8 N6 Y1 u) w2 x7 G9 P

9 i0 x4 Y; z4 y9 g 硅酸钠(Na2Si03)	10g／L	溶液温度	l00℃
沸腾十二烷基苯磺酸钠	2～5g／L	! ~4 Q( ^4 h" U 处理时间	. B6 L9 ~/ Q f( R8 W9 X 4～6m

/ T h+ ^8 w0 g) j0 H

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：

% X+ [7 Z' ~# `- A* \

1 L$ M- r0 L, J2 o2 H- R 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℃

% M, O7 V5 m2 u) t

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：

: O/ f; m, q+ r: \* w' r' Y5 H0 z/ u( x. A$ A8 M/ m0 ?; ~/ o% N: T. ^6 }0 j/ [0 t5 N: @! @3 [8 ^$ Z. D' ^9 U2 x' @. S. k' ]' S0 M0 H; `# @. e3 I. p2 w, z$ v/ x7 q2 \9 B: _4 c" b8 ]8 z) E C. O! p/ Z1 g( S* [" n* A. ]* y% C

铬酐(Cr03)	. }4 t0 s' u3 n; ^% n6 g 240～280g／L	阴极电流密度	0.2～1.0A／dm2
硫酸(H2S04)	k8 C$ _- H3 T 2～3g／L	阳极材料	铅或铅锑合金
) y% G3 q! L+ `3 S6 j 溶液温度	5 Y* P4 F; S( M6 r& m6 Y6 u 50～55℃	处理时间	8 Q! y9 ~1 G) U 10～15min

: y0 j9 p# A p9 x3 \

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。