金属蚀刻工艺流程详解

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(一)-金属蚀刻工艺流程

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    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。

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    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。

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    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。

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    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。

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  3．蚀刻后处理

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  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

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    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。

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表6-4金属化学蚀刻溶液的配方及工艺条件

* m8 P% B2 S7 _( v" b' @8 k% i8 m8 Z% p2 M6 e9 p( r$ r3 f$ ?, O" N. Z4 I6 n% _# j" w, `9 ]6 Q Z# k" w0 A6 j0 G# M$ n5 G/ c' P% e7 n$ y$ N0 A! F2 U, n1 Y# A; i' p/ R% Q! n ?# J3 K) y$ Q- Z" @$ O v4 X6 [! S5 ~3 z

3 Z( \4 t7 d- O H9 F H, ^7 A; Y 溶液成分及工艺条件	1	8 e2 q( m1 `- d8 m9 L: z+ `1 s3 V     2	, U$ j! I6 l/ O     3	7 U0 P% H8 s3 d. Z9 _9 ?     4	) c) `; M6 Y9 @( {4 o     5
- X0 a; s0 r% D) j, H7 M7 P 氯化铁(FeCl3)／(g／L) & \* r6 f& c 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) 7 ^, [2 k1 }" K6 H# F7 @ 溶液温度／℃ ) e1 L% Z( s& M# \0 [ 处理时间／min 适用材料	800～900 100～120mL／L , C$ i( x/ r, M     80～120 . d7 a% J0 g B5 Y ?* Z% j: T- _" v% @     % Q# O; Z& a3 ? d0 |+ E   " X+ y( N% V7 S1 l1 j: k$ O' t    5～8(平整剂)   " \$ k0 u' K( `% w; ?. a2 @" c     20～50     15～25 * z9 _5 T$ K6 b     钢铁	450～560 2 l% B0 F. Q }4 R) f+ H' I  5～10mL／L ]. n' N4 c+ g$ u' @" u9 o       " ^! M7 e( o# F; R: J: c. ]     7 d: t( U6 }9 }, h: `# d     少量 c$ e) H# w- q4 S, Z9 n. @5 ]   20～50 / Z2 P- ^6 u7 q$ _   & T, N1 ]( F# b4 b   模具钢	$ z, @: h3 s) G* r4 S' B 600～800  80～120 7 j' Z8 z6 l# e6 i   6 n$ [( T( v( \! E6 v6 a# V' R  20～30 & \$ r% l0 K. `: O8 ^9 X, o, h4 O     # [4 O) V* \$ P( u# t   ! `9 B3 e- ~9 V0 B, Q  80～100    10～45  15～20 不锈钢	600～650 8 V, n0 W4 u: v          90～100 ) d3 Y; s8 L% U) O3 y \   8～12 8 n {! e/ T; w   / X4 Q4 D3 }5 @+ Y4 M     15～50 % o$ d" Y3 D1 P* ]   10～15   铜合金	450～550 4 ]: q% w% s* S       4 j% w& e; X/ s0 n" C  200～300   10～20 6 `6 U1 ]% {. a1 ]1 Z- a" ]8 l   ; G( f! I, k9 x; Q; C' S       20～40 1 k- `* H6 c) m& q   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

" C: ~' V) t, Y8 w9 y( d: {2 o( B p( E( T5 f7 S- n) ]* Y# g9 ~' m$ s n1 J, b$ a# c5 {9 t5 `4 n8 S/ q3 x, b" b" U1 a% K: c2 D4 x9 o. J9 R. {. Y+ x& X; J8 p- J+ k, ?# C4 i9 ^7 R- W6 r5 ]. X. f! u7 a; ]; M6 @- ]' T7 k6 R0 V# x; P* m7 G

& D/ J. P& E' Y- P3 c3 w& a3 k! e   溶液成分及工艺条件	! Q6 t% k' X0 l% b     1	2	3	. e' N) X# ^: |# {5 i) J/ M# {     4
* ~. M: k2 J3 ?/ g& S3 C5 h 硝酸(HN03)／(mL／L) 硫酸(HzS04)／(mL／L) 铬酐(Cr03)／(g／L) 8 J' C% H* E- @8 _$ [. U4 a 氯化钠(NaCl)／(g／L) ) y1 K. |8 ~& y5 ~ 溶液温度／℃ $ ^: I( E' i: l) d; x3 X 蚀刻时问／min	1000     20     — 4 ?% B& f6 u, q0 w0 R1 d7 m     45     20～30 ; F+ M+ m `; \ L6 m# H$ `     15～20	, M2 R& {: ~5 q" K1 q: R4 f N6 U- f9 G     1000   2 V0 V4 v" w8 G4 s# g   9 C% f, c" L# V5 C& V/ g     40～50     60～80 " K' ?, R3 b; Y' O- U     10～15	- `0 z5 W& {3 i     — 0 N; q0 U _) L     —     50 ' c7 p' T5 S3 j: W& P5 _* o) u& t' |     400     20～30     15～20	50 2 G/ Y; m9 z% x6 _   900～1000 + G& C$ N% ]9 k4 S) N3 S. v. u8 D       10～20 8 B7 a6 ^/ ]( ]; _$ \5 }7 ^4 T; K     60～80 6 [# g. G! K; m     10～15

表6-6锌铸件化学蚀刻溶液配方及工艺条件

$ ^* g9 [7 E1 m0 |, b# A$ e2 k! ~0 S9 Q/ z# U) F2 b& f! A; y: w; U7 H5 l- y0 j8 l" P3 b1 {2 q& y2 b/ M; R7 S1 W% X/ F" h" E9 A" A7 W) b: s$ G. ^6 {! H

溶液成分及工艺条件	1	2 w' T+ p% ^' [( f: f     2	3
& ^/ n1 f7 |( e 硝酸(HN03,65％)／(mL／L) 盐酸(HCl，37％)／(9／L) 溶液温度／C ( V3 K. S0 s$ C; Q* r0 k0 a+ G 处理时间	& G/ P$ Q- r2 W     800～1000   $ s9 e" R2 b# e" E3 B3 C     20～30 根据蚀刻深度而定	; Y. c5 ]' F2 A0 Y! r: t* G       210～240 8 [* x0 h: b0 r+ l+ i+ C$ }& L3 {     20～30 / u/ w- M6 f# A! v+ w6 _ 根据蚀刻深度而定	- B# q) j/ e1 ~- l2 B4 A# d x   8 j2 |: s* o3 S% Z" N% j     150～300     25～50 根据蚀刻深度而定

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    (三)工艺操作条件的影响

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    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。

* N' ~4 {3 w7 M, p5 C

(四)化学蚀刻图纹装饰实例

1．装饰用的材料

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    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。

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    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。

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    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。

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3．具体操作及注意事项

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    (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：

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; U. C6 H0 C! q V2 u, E. i L3 v% \# _2 }- D; L4 C3 w6 O+ l: Q1 O2 M0 y( s+ B3 |1 b, k G# u$ C5 U( t! u4 P& T8 S+ ?2 s3 E" ]9 c) g1 o1 r0 x2 `0 m2 g' W/ e* y4 e9 P1 \; D/ A2 B; a6 M; c0 B8 Q; o

氯化铁(FeCl3)	2 ]2 p5 T* O' }) y# M, a1 d 650～800g／L	& I7 G) a" F* {* @9 C 蚀刻加速剂	85～lO0g／L
- b- z' l4 e' N) m1 c0 f 盐酸(HCl，38％)	. c1 K7 u- o. H, F( G- Y7 e8 J; x 85～120g／L	- }4 E" P& m5 ]' _0 W& g" { 蚀刻液温度	10～45℃
5 |1 t7 [2 C6 c2 P' R 磷酸(H3P04)	& w+ K" [ V( Y* s0 K6 Z 20～30g／L	+ @$ R1 N! }& b$ B3 a& E; c$ ^ 浸渍时间	1 |# B) d1 k$ |+ v6 S0 a 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。

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电解抛光的溶液配方及工艺条件如下：   

; L7 r2 m+ o: X' f# s

. ]+ y. W4 _# g4 a$ f' {# r6 W( t- c: ^6 p+ M; Q4 R' [3 K9 y( n( p! ] ~# T+ |/ G5 K0 A2 J h2 G6 n. a; b7 v1 y; Q, m; q4 q8 e( g% S) I3 c9 u: p( c; o( | @. O; N1 F3 p- B) [2 o5 v1 ]1 F# r6 |$ ~' `6 k+ }! y4 M: t5 E) L+ @5 k. _ ]8 h+ ~6 j; z. C- h

% w! p E7 Q" j4 \ 柠檬酸	0 Y$ N4 \9 d5 ^$ Y2 m5 B 50％～70％	溶液温度	5 x- _0 ~* Y! E3 z. F 40～60℃
硫酸	0 r% X$ p3 u7 }) Y6 N" E: y 20％～l5％	- {! n* h- H6 [ 电流密度	15～30A／dm2
e! v2 C( C/ u) R! O' N" s% ] 水	* v3 t! A8 z& A# q5 v4 I 10％～25％	抛光时间	& C, t! q" X' a/ i1 h$ Y* j3 w 5～lOmin
! D0 I- R$ g$ P* f% k5 ~ 阴极材料	铅板	- D/ u* v1 m0 i' V; g3 j* O4 C

8 J- P0 R7 w8 m; ]; S0 U

    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：

8 _' e, R" i0 E' B& E! z7 }; M$ G1 m& O* @8 n3 u5 _( Q* B, k/ p: [7 g( {4 \0 v- W5 a; ]# w! l2 L& @) G1 ~, e2 P, b; l8 q, \7 O# D" g9 n3 V- @- e+ p/ V& ~8 F# K8 B8 u5 `) ^) @& {6 n7 }) J

硫酸(H2S04)	270～300g／L	溶液温度	7 l( {5 Z( x+ I* ?2 ?2 _5 \ 65～80℃
' Y0 r- u7 A+ D9 o 铬酐(Cr03)	( L3 J" I8 g4 w6 D& x 450～500g／L	0 Z3 u$ A+ p' d1 _9 ]8 z( X 处理时间	由蓝色→橙色→金黄
(NH4)6Mo7024·4H20	5 P' d+ F; t9 M E, i2 Y& ] 40～50g／L	4 _6 ~ p6 Y0 Z" E" B! w. N 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：

2 P( [9 t* X9 r& r/ V( Q, A+ \( _9 L& ]% N" i) x2 W9 [) S/ X3 Y& n4 v' O, c' B' Y) r' A& W8 {# H p# k# E+ S" L' [3 z+ X0 p) F) t; }" J3 w) Y" X/ P) t

重铬酸钾(K2Cr207)	; n( ~( R' O. }/ _4 t6 Y: t2 w 10～20g／L	! Q7 @+ }6 V1 M 溶液温度	% W. f; _9 E- A$ P- J4 ^ 65～80℃
! k) Z6 c. e1 L! Q; `0 P 氢氧化钠(NaOH)	( R- b- N3 D6 {1 z( g1 c5 {2 N8 I 3～5g／L	2 ]2 L. i3 j0 q9 @0 j" T 处理时间	9 R% K+ j' x# g( ]' I 2～3min
1 \; j4 P+ |% \& r- c! Y8 Z- V: g 溶液pH	6.5～7.5	^6 I2 X, g0 Y2 D6 y	9 ~, `2 w, p- ]2 ^+ e# m

    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：

0 b' J2 h1 X' ^/ G7 m, T" y& e( ?% S8 S7 C. v, U! e& z' |$ K+ o8 K# Z: Z a" ?/ A) Z: C7 [8 V: ]$ S/ o W

( Q. p+ S) E3 Q! Y2 Y6 O! k 硅酸钠(Na2Si03)	: p! h2 Z% y( K5 J, r) w) z, g 10g／L	2 q1 F) @0 Q) y8 ? 溶液温度	l00℃
/ L* K$ b; q- Y. n7 \/ d 沸腾十二烷基苯磺酸钠	5 O" X- b5 b1 ?, u; n z- c, ] 2～5g／L	处理时间	# w, _8 h# q* r- x, j 4～6m

# u3 A( l1 P5 b4 Q4 }4 c

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：

: k4 L" [1 e" A }3 w* B" @ ` {/ r& H% ?2 L0 p( }+ f# } P8 t) j9 w( h5 m5 |# ~3 ?( `7 J+ `4 x) A) Y/ [5 E% M; |

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

8 s# W. h6 P6 P. C 硫酸(H2S04)         25％(体积分数)          着色时间            l0～30min

溶液温度              70～90℃

6 w: g( G- {0 v% U. `4 R0 b+ s: m

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。   

, S. `1 a* V# `

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：

' t" J$ C; o2 ^- n, h, Q' J1 ^8 m+ _2 a* @8 H* o$ w% ^0 r/ _' c: c: l5 Y A( \; H9 g4 S1 j. w y+ L* R7 I: Y3 {- k: `' Y( _7 c4 ^4 O% b( K# R* u: ~: h' \* Q0 f8 \: D8 F+ S6 }( C) P* S. U$ T. j

+ B# l5 r( |$ j- k( L" m1 _& j+ M 铬酐(Cr03)	+ J7 A2 W( L% j3 a* E' i. X" z" B 240～280g／L	阴极电流密度	, i7 Q: y8 t* a! @- m 0.2～1.0A／dm2
硫酸(H2S04)	2～3g／L	阳极材料	" {6 v9 M2 V& c% X 铅或铅锑合金
溶液温度	; d2 M* i, C# H- h 50～55℃	处理时间	10～15min

+ N$ U' d5 D+ G

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。