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。

    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

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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。

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    (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

2 t* |+ g6 N. E, W, @$ F$ w! u k, f3 N" v, [; a2 I, D* I, c/ w, x, D" T7 o" |" p; S% I( p% w& \, z( g3 ?$ l, }5 G! {" K" q& O$ v( v2 W" H/ {! x* J8 j# x# d4 F% s: B8 j

溶液成分及工艺条件	' b/ Z9 s+ _3 I     1	, C: A9 ~3 y2 \9 z6 U2 ^' Y' U     2	; q1 ? Z/ a' m     3	% s, K' f7 P, Y! m     4	5
; N' \" e. ~* }; ~" _5 L2 e7 P 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(HzS04)／(g／L) # q1 z1 N) m8 ` 硝酸(HN03)／(g／L) 蚀刻加速剂／(g／L) ! u- t7 l! ^7 d3 z0 _% x 煤油／(g／L) ' v& k) }: E6 {* Y+ x* ^& z 溶液温度／℃ 处理时间／min * d( ]' W! o3 U 适用材料	) |# k$ p# _9 V5 T# O- K& w   800～900 100～120mL／L     80～120   ' g/ N0 ~+ X$ X: I; H# s2 H     ! i/ V% D2 Y1 ]% `/ d6 q7 z9 E5 n+ U   5 F# A( s4 D- `2 ?6 [- H: @# c2 x  5～8(平整剂) ; f8 R4 i# R. f9 P2 T   1 I4 E8 w o8 Y, x( E     20～50     15～25 1 W& V5 Q: i) f; w/ ~" v, D/ c     钢铁	450～560  5～10mL／L ) O I! ~7 ]9 i3 l! P: i   ) }" ?9 R' u) y8 M% z   * W" {5 Y6 u }1 X! u     3 F* j T2 H ^# I* a# ]       少量   20～50 : m$ `4 q9 k [7 R   1 M2 p+ u, X2 }, ^; J* {   模具钢	8 W, m' S- A( k6 k. O: v- ~: ^ 600～800 0 B/ Y1 \% @& x" b& L5 e  80～120   * b* N$ v; ?. F! t/ F3 z  20～30        80～100 ) A: C; U$ y( @& d) N& x   & V$ d/ n, G" y% c( o7 a4 X2 M) c  10～45 ; H% Y! n' ]9 I& T  15～20 不锈钢	600～650 8 t8 t0 E4 u2 k, |1 O8 ~   : f% r) ]5 [$ j; ?4 M% X        90～100 . Q9 t) q) W: i8 p   8～12 # Y: W' b+ v0 u4 b3 u9 `3 }" x       15～50   10～15 ! d# W3 W. C3 K% g   铜合金	3 |7 J/ w5 e; P% X7 D/ X 450～550   0 w! R7 r7 E7 D) Q& m7 P/ v   6 @3 X; x _4 f; x) h   ( e$ L; J3 q! e8 Y( S  200～300 % q5 N8 o$ w9 s. O   10～20 " P" ] {/ p/ z* \% S   # j/ E1 s0 \6 g- X: i% U8 J     4 P2 m: m% z# T: I% }( s* }( s( w   20～40   10～20 - v( V! X V! ~$ D0 D: z: I   铸铝

表6-5金属铜化学蚀刻溶液配方及工艺条件

- J0 p- e$ D' @ Y0 {0 G1 B4 O9 ~: }+ W5 F* |8 V% W2 A5 Z v, ?& ] G0 I/ s' z/ T/ l4 _8 Z# H4 F

- n- [$ R4 M+ F. b! Y* {; W' t   溶液成分及工艺条件	1	2 A1 H2 o3 S$ Z+ H     2	3	4
硝酸(HN03)／(mL／L) % I4 D+ T6 O( \/ T: B4 P" l9 B 硫酸(HzS04)／(mL／L) 8 t3 f* @7 ~* ~. I* Z9 m8 s& u 铬酐(Cr03)／(g／L) . v% i" v$ _2 ]. Q" p) C, R$ M 氯化钠(NaCl)／(g／L) ' E6 j/ q! L% M7 e" E. L3 N; W 溶液温度／℃ ; a Y8 [+ P! n- C 蚀刻时问／min	1000     20 0 T5 }# N% A! }, O+ o     — ' w+ E e* m; g, s     45 ! ~1 v4 x( e' h1 e     20～30     15～20	1000 " a8 \* x( Z1 v' }" A   ' i' `, q N3 H/ S       40～50 ; ~- S* r) b5 e2 O% j     60～80     10～15	— ; A0 {$ Q8 c; C- `( m& M4 w2 p     —     50     400     20～30 6 M* C* ^8 v8 W. H' A     15～20	50   900～1000 8 q+ Z, Y4 m- \2 Q' l; R   6 P8 Z. T8 z8 i) y     10～20     60～80     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

5 y# `+ ]$ b" z) Z( K# E( @1 O% x. M% O+ _5 k7 l$ j8 z4 r! |2 o3 d6 w6 b1 h/ Y; O2 h- y A; t/ [8 `" s$ d/ W* e6 [( C2 N- y9 F$ \- W3 Y% Q* Y+ w# \7 X5 W/ O4 |: F e; b9 u' S1 ?4 E; P. R! d- H% D

" X" l# v, U. H$ N   溶液成分及工艺条件	6 e5 K3 M, b3 n3 u9 Z( n     1	# h" z1 Y. v0 d( a     2	* k& l" d7 J$ M+ \% r     3
, B7 l3 e6 K1 d6 T% {) @ 硝酸(HN03,65％)／(mL／L) & A$ C3 `6 C# J* `) K7 ?: t0 W$ D 盐酸(HCl，37％)／(9／L) 溶液温度／C 处理时间	800～1000   / s0 B/ S# k' V+ J) G     20～30 根据蚀刻深度而定	$ x$ o- W5 d" k- X; D8 {( y3 v       210～240 " V! X$ X. K" k2 O% i     20～30 0 h M$ h9 d( r 根据蚀刻深度而定	$ U& K; z# f+ k: i! ?       150～300 . ^% N9 u/ o% a     25～50 r% h2 m0 h$ W, \& [) o 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。

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(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。

    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

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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

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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。

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(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：

9 A8 ]7 e) J8 f* k6 W P) v6 i) e$ g9 p/ Q0 z- T/ G9 y2 s5 Z& ?/ m2 `* ~0 N% K- H* @* A9 v, t! G4 q/ }) b& F* ?4 [0 s% u+ }9 L5 |) d6 w" J* S5 G7 ~$ n( e6 K, _1 E" p) U4 \% E0 V$ n6 V" s2 n9 E2 S9 T9 C

, O) ~( d, |/ } 氯化铁(FeCl3)	' r0 O2 ~1 a1 X 650～800g／L	6 E2 a: `: N X' q( [ 蚀刻加速剂	7 r& l9 L4 W$ X K% s- U2 ` 85～lO0g／L
0 W% A( _5 h7 L3 d8 b 盐酸(HCl，38％)	85～120g／L	v% C" _7 a8 e: m' f, e 蚀刻液温度	10～45℃
5 e/ w' ?+ `" i: |7 R/ _3 G 磷酸(H3P04)	20～30g／L	0 s% L3 ^" u% F" {( N8 e4 ?9 p( U 浸渍时间	]: G! U- O, D; e; P% l; s, 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。 

8 y2 Q4 C! O y3 e2 ]0 P( K

    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：   

5 o/ }9 f$ B. Y0 [

; ^3 [ Y/ |, V3 {: {0 {* J# z1 X# \' c; i; l2 Q5 l3 t! n/ H; K Z) ]3 O5 T1 C3 B! ^( B7 _) a9 [& |' E/ p* j4 q* h9 K& t# c V5 y5 Z+ q; x9 I1 h5 ]2 |+ q/ R1 o$ ~: }" | ?/ G: {) h- a8 i

柠檬酸	50％～70％	溶液温度	7 s/ m; i0 v9 Z6 s1 e9 f 40～60℃
3 r" k( i! _+ D) p d 硫酸	3 U9 D9 j4 b/ `/ f2 L! t& i 20％～l5％	" f4 h9 X+ |$ [$ a/ J5 v 电流密度	4 @: z0 O6 E. o) Z 15～30A／dm2
. s" I9 F( |' M8 B6 u: p0 { 水	7 ]5 ?. Q4 i9 q: i! ` 10％～25％	- k% x( v& G- |& X; J, ]6 Z) K 抛光时间	5～lOmin
阴极材料	& j- W$ x& s4 c, s- p 铅板		- r7 h3 G$ b& ?- E$ e" e

    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：

# D7 E) k& y: ]% e. J7 C! Q' H; {' f$ d7 j& j# J& p' ~, \8 y. q# b8 ?8 C4 P/ K/ A l) L$ K2 Z) n' O( {4 M; o

硫酸(H2S04)	270～300g／L	3 \* p" J, w9 ` 溶液温度	% ]2 ?8 ~- P$ U; [+ T3 D& r1 g7 m 65～80℃
铬酐(Cr03)	450～500g／L	- V2 Q: `3 f+ Q; v' m8 _+ k7 J 处理时间	由蓝色→橙色→金黄
_# P; [, p; e" ^" [ (NH4)6Mo7024·4H20	40～50g／L	色一绿色，颜色随时间变化

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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：

0 Y7 x, y, q# u. y( D" ?) m+ e( l8 b5 |) I: h' i9 C( p8 ~$ D \% z! }8 `6 j2 k* ]/ ~1 k0 t& T4 P( @0 O0 R" k9 D" ^- \6 @9 J- E5 N$ m# c$ N2 m' T! ?& {. S. _. h- g& b6 z. }" U: c- M- L! ]( e1 S& X! A" O5 ], D1 V7 @ k/ D/ Y& L$ [1 Z8 n

重铬酸钾(K2Cr207)	10～20g／L	8 x# N1 Z% w% N& T4 c2 y 溶液温度	65～80℃
2 Y/ p9 f' y; b) S! E/ k' c 氢氧化钠(NaOH)	/ Q8 n, \8 x9 _' E8 X1 d4 S 3～5g／L	处理时间	2～3min
溶液pH	6.5～7.5		, |2 G2 y5 t: u1 s

    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 [ h3 ^" N. c3 F& ]( \9 X* Y6 |7 ]% j6 l6 z+ C7 _, G) C( H* S' [! g. y4 F9 e- j8 N' P c3 h2 J/ X- V: E# U. a! h8 m, Z* h: j) }1 s" b( _: k6 Q" c' k& z | \: G- n) h$ P _; w0 K

硅酸钠(Na2Si03)	10g／L	7 `6 {) b% |6 {! }* Q 溶液温度	l00℃
沸腾十二烷基苯磺酸钠	# E, x, w, v+ r. r 2～5g／L	6 t" J; J, p2 M/ m 处理时间	& S) ]' [6 ?& o/ D5 o7 X 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：

+ V4 c* v* t0 N7 ]! R# {4 W/ w# K$ k2 @2 v! V, v- w6 M9 ^$ f: f7 m+ e; O4 T' |: V

5 T* p8 e# P9 G6 K4 _$ z 铬酐(Cr03)           80～260g／L            电流密度        0.05～0.10A／dm2

. o- E6 v& b' A5 j 硫酸(H2S04)         25％(体积分数)          着色时间            l0～30min

' P+ E8 C2 c% }4 \ 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。   

3 t3 j" A& L8 [, Q+ d% g* j

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：

' {4 A4 s9 V! Y0 n+ h, T8 a$ F; I* }' f5 T* b b5 H# x1 A, T0 i) t" D$ Z+ U5 T. ^7 ~1 R- a# t: c1 F0 k+ E! [ j& ~: r q' x' @5 Q* X$ ^! a, M0 n8 o% `) G# c: C- v! `7 Q) y2 n: Y! b/ j: Q

铬酐(Cr03)	. l& o Z/ T- k$ i! y S3 j. | 240～280g／L	7 }: \2 R! K6 T+ X& D8 _1 j* h 阴极电流密度	& q- p( P- l4 W# l7 W 0.2～1.0A／dm2
' Y* l( |8 I, V1 D) A1 l 硫酸(H2S04)	- U! d/ T' v) S5 Y; c- f+ J2 } 2～3g／L	* a) Y6 Z, \4 o 阳极材料	9 t( o/ k" b6 U6 T R 铅或铅锑合金
8 R$ v l( N, _, d9 | 溶液温度	4 t. F/ t/ ~, a 50～55℃	处理时间	/ K. C. n! I9 }2 v+ v3 P 10～15min

9 N; g0 u5 [% F% R

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。

* C) {1 p ^) ?! s" B! C* _5 E