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

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    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

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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

# i8 a% q+ A5 C% x: Q9 D0 e5 f8 u! Y# d. n, p" @( ^- n, {3 W$ G8 h' E0 m, [* S3 k5 A7 m) e" Q: k: s0 j& r$ z: F1 \! r, H" P# @5 u, |% w) Q4 l" R+ D3 @5 {. W( e1 I: ~8 Z3 N c/ w: L `' H

溶液成分及工艺条件	1	2	3	4	! ?8 x) [1 M( O9 f& J- [! ^ y     5
0 z* j4 B0 X2 B8 B: J! v" O7 t 氯化铁(FeCl3)／(g／L) 2 A# L) S s- r c8 ~, O 盐酸(HCl)／(g／L) 氢氟酸(HF)／(mL／L) 磷酸(H3P04)／(g／L) 硫酸铜(CuS04)／(g／L) 0 H# Z8 f& `& f0 x& W M+ D6 Z 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	1 X5 ^4 f+ E* R& P: n   800～900 8 u! T6 s4 t3 c* Q: D4 [: \( o 100～120mL／L     80～120 . ?1 z; O9 i, [- j; ^( G7 y, W   ) w% U3 |$ v# z/ }, g' L     1 b1 V9 R9 d- H    5～8(平整剂) * q7 x( O, u& R   - W! h9 ]4 T1 `" C$ N, N6 ~     20～50 3 L& N" U% k5 F3 E0 G, K     15～25 6 r; n. M% `; \* Z& m1 \     钢铁	- Z8 K* ~3 Y0 J, M 450～560  5～10mL／L       6 L! T5 x# Z; d     % P! p) W z3 e c- r   / R5 ?3 r! j. i& J$ g   少量 ; d% L' J& Y6 Z/ g1 ?   20～50     模具钢	& X+ J" R& C2 p. [! Z0 a2 O" e3 i 600～800 / z, `# D4 T6 A8 |6 [  80～120 ) P* I( F& R: T   9 T+ B, K: q# ~9 @8 E2 u3 r  20～30 1 L, H; _4 }4 t( H     : p) @" \( J, x5 ?* c* j, o! [, p   3 V$ W- _6 \( E( s5 p6 s( }  80～100    10～45  15～20 8 ^7 t! _$ x K( h 不锈钢	P n' x+ h( T- l* D* ] 600～650       8 Q- U+ m' e+ `* I: R    90～100 1 K# M' i; f) w! ~. {4 M: z( S; U   8～12   " S) e; b" T& ^     15～50   10～15   铜合金	450～550 8 m$ `; r0 U8 Z2 j; H6 P/ U   $ K0 k* S; K' Y( _* j" R   ) c$ ?) Z( D# ~2 V    200～300 ( l5 @! A: i+ q# O% l. Q) p5 c   10～20 7 F' b0 R" }2 W* e     * p/ r: _/ l$ _- i8 ]6 {     20～40   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

/ g7 V( X; w3 g2 J/ m5 Y1 O* I* b1 z8 P9 \+ d5 v/ u3 R* {$ }* L# m2 y# r) F8 r( @# I7 Z4 J2 R) H3 J: d/ r8 Y2 c9 L( G+ |( o( b9 U8 L2 y7 [9 R

* \3 Y4 L/ p; B [1 O G   溶液成分及工艺条件	- t$ {% Y P+ ~     1	0 p' j( C- r% x, q) P7 r2 A$ m     2	4 l# T. r! u3 u/ N/ _     3	4
' G/ p9 m. c$ k3 ]3 d3 G 硝酸(HN03)／(mL／L) 硫酸(HzS04)／(mL／L) 4 S) I( _- |/ b' f9 o3 Q% h: h 铬酐(Cr03)／(g／L) : a. J+ z0 g$ N 氯化钠(NaCl)／(g／L) ; M9 B: Z' {# m9 ]5 z. E; v+ V 溶液温度／℃ 9 s. b8 r8 C0 O4 S$ D' l$ H 蚀刻时问／min	4 g& I' O5 U% _     1000 $ |- l0 J! M }# } x2 X' y     20     — , U. r7 q# z4 f$ _     45     20～30     15～20	1 k. X9 V3 Q9 ~; @1 S! Y     1000         40～50     60～80     10～15	— 4 O& a) t4 i* V/ h8 D( y2 y     — 4 y2 ?# z. G2 B% Z9 z# b4 \1 y     50     400     20～30 # R( @9 H0 k; s5 M2 I8 D     15～20	50   900～1000       10～20     60～80 ; [9 q; @6 s% ]$ b& e) f/ q" _     10～15

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表6-6锌铸件化学蚀刻溶液配方及工艺条件

$ W4 z2 t$ x7 a2 t8 S5 R, p d4 C5 U; J+ G5 ^1 L0 P& z& S5 `1 |% L% w2 F3 x- R/ w- _( e+ [0 C/ {$ L+ F( C$ c( [% }

溶液成分及工艺条件	1	2	3
8 B. w/ F0 q2 i- e/ Y 硝酸(HN03,65％)／(mL／L) 盐酸(HCl，37％)／(9／L) $ g1 I7 E9 U2 Z3 g: \4 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 , ]8 S2 p% }3 H2 P" N* {4 _+ G 根据蚀刻深度而定	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

    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。

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(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。

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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

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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。

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(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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B. u: J S2 o; O+ m( x: l6 e& D3 G9 l# S S: C' |. P+ V4 c# |- ` D- H. m' l5 l! i& K3 D2 g/ ]6 ]8 p+ |/ N: \4 L3 ?2 v/ R0 @. j$ _* Z+ [) u: P1 U; U- o% F) v' r* j. ^% \& V1 {) s7 B5 p& q, G5 {( a4 F! @3 ^7 f9 k1 ?3 o8 P

氯化铁(FeCl3)	+ `2 c0 t) o2 f 650～800g／L	蚀刻加速剂	85～lO0g／L
盐酸(HCl，38％)	85～120g／L	蚀刻液温度	$ d: n3 h7 S: O$ e5 X 10～45℃
" ]1 G0 g% G" F& z: |! `: }& x6 k! ? 磷酸(H3P04)	' | u: U" x0 n 20～30g／L	, Z. K( Q8 @; }" ~4 V6 n# M 浸渍时间	# R8 Q* L# N; y2 i l5～25min

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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。

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    (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。

1 |" s. F3 m% u5 C2 S' {

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：   

& @! q) _5 W5 e1 L, Q% Q5 F/ }' H* k7 Y5 r. K. n: O1 g$ t G- ]7 m+ o) a: y) k7 d, b' `; W/ `7 g5 H- m4 N9 t9 l; K7 z0 I) [: R+ n4 f$ d4 \9 v1 e) h# x9 f0 g9 Q! U' c: d4 y+ Z1 {; F9 d5 U: s! l) _4 [3 ~. D8 E8 J0 V) \1 h5 @5 R. d* K$ Y7 Z8 _4 |

柠檬酸	/ |1 j+ e% b& `" X/ X+ O2 D+ d 50％～70％	% f: W. a! \# ~" _ 溶液温度	40～60℃
硫酸	1 u3 V: ~! j& n/ f6 }3 ]; O* b) C, G% h7 W 20％～l5％	电流密度	% [& o5 X* v. n 15～30A／dm2
水	10％～25％	% g* F4 K" ^# h* F" ~& T% o& ? 抛光时间	5～lOmin
2 {- i: z' i3 P2 T" H) }) X 阴极材料	8 A* F% o# J7 P: r' s% W 铅板	% c6 H, [# m2 u. e: ?0 V6 X9 @	* j$ x% W( ]+ B; R0 B4 @

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    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：

6 r: x% m9 _* B1 r; F# f1 s$ }: }5 T' V( L1 \: [7 L% s+ ~4 ~! I0 G, Q" D5 S/ ]# _7 ]0 A! ]2 c1 w/ H1 I7 K9 Q2 ]; _+ V" s7 j8 R+ ]- U8 {7 Z) W+ Q& s0 z' {0 A7 L/ p% H+ L6 J/ h+ O+ r2 \- J! C/ M, `( A

硫酸(H2S04)	& z% D( q3 l+ n% ]( z. Y; e2 D1 Y 270～300g／L	9 c$ H$ }5 t$ c" ?' \5 m) D 溶液温度	65～80℃
/ g4 C6 o2 e! s4 Z0 V! g 铬酐(Cr03)	' D1 }$ ]- D a5 Y! _* p0 ~: c) P 450～500g／L	' e! }* G- d* q2 E 处理时间	0 o: I1 g) }% j d" ?5 G 由蓝色→橙色→金黄
(NH4)6Mo7024·4H20	40～50g／L	0 V( w: x/ ? q 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：

8 j" }4 n! ]2 u0 {: y/ J+ R& n. p( B% W# T/ y$ F$ u; y2 C9 t5 l8 ]$ @6 q4 _1 m1 A+ K. ~5 F6 g/ ?+ T3 w6 X0 U5 P& U0 B4 W. c7 l1 o- I3 f: D; G; h# a e$ n5 H( g M& y5 y* L, C/ U8 f( C9 M: Z" [9 c, g. t$ b; B5 o0 a2 Y- O+ ?5 Q, C0 [3 S& l( f0 a8 O& O" ?" M- z) A" a+ Q. n

& Y7 W' s. m9 z1 } 重铬酸钾(K2Cr207)	10～20g／L	- B1 g5 Z3 r. I# r5 F1 B2 Z3 Z 溶液温度	65～80℃
8 l a! d8 g" U1 {/ m2 U2 ` 氢氧化钠(NaOH)	3～5g／L	处理时间	! D2 \ I1 m) f8 l& Y 2～3min
溶液pH	! i" {1 I+ Q% k# t% X9 s8 E8 z 6.5～7.5		" d C( m' D& U) d- n1 Y" ~( W* U

    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：

7 @( o/ F6 \: a- t* ~/ \' k* Q1 B: j1 g) Y! b4 A0 K) }( \0 Q6 `0 ~" R: P" z- E! n2 n5 R' R' n7 W1 U' i9 ?: b1 h& [2 \2 q+ C; \6 X3 g) J9 }+ Q% _6 P' o% @; n" O' ]8 v! D! B; o" i& N. p2 t5 m( t7 I# \8 F4 c% s$ Z' U& d% G' ?( h* ^ |

: F6 p2 O @$ H7 O4 h7 k 硅酸钠(Na2Si03)	10g／L	8 {# u0 d6 X+ V5 Q* q 溶液温度	l00℃
. h9 U" H; E o 沸腾十二烷基苯磺酸钠	9 U8 Q( C. J1 D* Q; W' ?: I- {+ j 2～5g／L	2 Y! W2 P& L& B% y- q( D 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：

7 r E$ }- e1 d, i) _6 o/ s" V1 C' H7 f. x' b" \6 I, q5 B) O1 j) q A. N b9 R0 e$ w3 y2 i

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

9 L' E/ t- s8 v/ K8 N" U8 v% w 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：

, P; {& M" Y( i: H. T, I4 C: O/ G; A# w2 q/ F, F$ Q0 O2 x3 d; A' t0 R7 v0 |' K9 t) g. |: O% q, @; T+ E2 E# u3 H& G6 j4 h0 i t" f4 `1 O; P5 \0 x* c/ I3 }, ~/ J$ y- [9 S- ?$ G' m X+ \: Y! H: c! K$ D" X2 Q6 e2 _6 |/ f9 D. b. ?. a+ v/ w% g- w

* o' @1 L! @3 L' f3 M1 O 铬酐(Cr03)	240～280g／L	" l7 M# B$ N" V: ?" l- e4 K 阴极电流密度	~5 c; A8 T5 L- i5 l3 G* e) v 0.2～1.0A／dm2
硫酸(H2S04)	2～3g／L	. T# c5 q: y( l* x3 J& _$ F 阳极材料	铅或铅锑合金
溶液温度	50～55℃	: C/ U: e& b7 t6 b9 S 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。