不锈钢模具板化学蚀刻、抛光和电镀铬研究（一）

93338585 · 发表于 2011-6-20 22:44:56

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　　引言
　　人造木材由于具有色彩鲜艳、图案清晰和价格低廉等优点，而广泛应用于建筑装饰和家具等行业，制约人造木材生产的关键是模具板。利用蚀刻方法能够在不锈钢模具上雕刻出各种花纹图案，提高所加工制件的装饰和美观性能。在蚀刻的基础上进行抛光和电镀铬，不仅可以降低模具的粗糙度，而且可以提高其耐磨性能等。
　　不锈钢蚀刻技术分为机械、化学和电化学方法等，其中化学蚀刻具有工艺简单、操作方便、精度高和生产成本低等优点，适合于批量生产，蚀刻深度为20～200μm。化学蚀刻涉及材料科学、照相制版技术和金属腐蚀与防护等。图纹膜的致密性、耐蚀性和耐热性尤为重要。不锈钢抛光技术分为机械、化学和电化学抛光，其中化学抛光具有工艺简单、操作方便、投资少、生产成本低和适应性强等特点，化学抛光实际是不锈钢溶解和钝化两种过程相互竞争的结果，抛光质量不仅与不锈钢材质、加工方法、制品大小和结构以及表面状态等有关，而且还与溶液配方和抛光工艺参数有关。化学抛光溶液分为王水型、硫酸型、磷酸型和醋酸-双氧水型等，为了改善和提高抛光质量而加入一定量添加剂，添加剂的作用包括缓蚀、整平、增稠、增光、消泡和抑雾等。不锈钢化学抛光分为浸泡、喷淋和涂膏等，浸泡又分为高温、中温和室温抛光。
　　目前，我国人造木材行业应用的模具板主要是从欧洲进口，不仅价格昂贵，而且修复困难，因此不锈钢模具板的国产化势在必行。本文针对国产不锈钢板材，研究了化学蚀刻、化学抛光和电镀铬工艺参数。
　　1实验
　　工艺流程和工艺规范
　　不锈钢工件→前处理(手工清理，去除毛刺和焊瘤等)→除油(70～80℃，除尽为止)→清洗→干燥→覆盖带有图纹的膜(应具有无孔、耐蚀和耐热)→化学蚀刻(45～50℃，蚀刻速度10～20μm/h)→清洗→脱膜→清洗→化学抛光(25～40℃，1～5h)→清洗→中和(25～40℃，1min)→清洗→电镀铬(阴极电流密度50～60A/dm2，55～60℃)→产品→保护处理→入库。
　　2实验结果与讨论
　　2.1影响蚀刻的因素
　　(1)FeCl3的质量浓度
　　在蚀刻温度为50℃和盐酸为12mL/L条件下实验:a.FeCl3质量浓度不仅影响蚀刻速度，而且影响蚀刻质量。当FeCl3小于600g/L时，蚀刻速度慢，很难达到蚀刻效果；b.当FeCl3在600～900g/L范围内，蚀刻速度随FeCl3质量浓度的增加而增大；c.当FeCl3质量浓度大于900g/L时，不仅蚀刻速度随着FeCl3质量浓度的增加而减小，而且蚀刻面出现不均匀现象，蚀刻面大时尤为明显，这是由于蚀刻产物在蚀刻面上结晶析出所致。综合考虑，对于奥氏体不锈钢，FeCl3质量浓度应控制为660～850g/L。另外，搅拌有利于蚀刻产物的溶解，但是搅拌速度太快会引起图纹膜脱落。
　　(2)盐酸的质量浓度
　　不锈钢的蚀刻速度随溶液酸度增加而增大，因此在蚀刻溶液中加入一定量盐酸、磷酸或硫酸等有利于提高蚀刻速度，同时可以避免Fe3+水解。实验结果显示，采用8～20mL/L的盐酸效果较好。
　　(3)蚀刻温度
　　蚀刻温度不仅影响蚀刻速度，而且影响蚀刻面的光泽度、平整性和图纹膜的稳定性。从动力学角度考虑，蚀刻速度随着温度升高而增大，但是温度太高，蚀刻面粗糙度增大和咬边现象明显。综合考虑蚀刻速度、蚀刻效果和图纹膜的热稳定性等，控制蚀刻温度在45～50℃范围内为宜。
　　(4)蚀刻溶液维护
　　随着蚀刻反应的进行，蚀刻速度逐渐减小。在蚀刻过程中，及时补加盐酸和双氧水使蚀刻溶液再生，保证FeCl3的氧
　　2.2影响抛光的因素
　　(1)硝酸的质量浓度
　　在盐酸为125mL/L、磷酸为25mL/L、温度为35℃和时间为2h条件下，发现:a.当硝酸小于10mL/L时，开始表面上形成一层浅黄色粘膜，后期表面呈浅灰色，亮度很差；b.当硝酸为15～50mL/L时，开始表面上形成较厚的青色粘膜，后期表面有一层浮灰，擦去后光亮如镜；c.当硝酸大于50mL/L时，表面首先有一层极厚的青绿色粘膜，后期表面有大量浮灰，亮度很差且有大量黄烟生成。这是因为硝酸是强氧化性酸，对不锈钢具有酸性溶解和钝化双重作用。当硝酸浓度过低时，主要表现为酸性腐蚀溶解，不光亮；当硝酸浓度过高时，不锈钢溶解过快，形成大量黄烟，不易控制，没有亮度。综合考虑，硝酸应为15～40mL/L。
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