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1、金属蚀刻技术摘要：金属蚀刻技术历史悠久，是一项既古老又新颖、既普通又尖端的技术。随着新技 术的发展，新产品的开发，金属蚀刻技术发挥着越来越重要的作用。本文从金属蚀刻的原理 入手，简单介绍了这种技术的分类，并详细叙述了其加工过程、应用实例、目前主要存在的 问题及前景展望。关键词：蚀刻、光致油墨坚膜亠 A前言金属蚀刻是采用化学处理(化学腐蚀、化学砂面)或机械处理(机械喷砂、压花等)技 术手段，将光泽的金属表面加工成凹凸粗糙晶面，经光照散射，产生一种特殊的视觉效果， 赋予产品别具情趣的艺术格调。近几十年来，随着经济发展、社会进步，金属蚀刻技术的应 用越来越被人们重视。例如：制作旅游今年品、高档铭牌、
2、奖牌、编码盘和显示屏的点击、 印花辊筒和模板、精细零件等，都离不开金属蚀刻技术。作为一种精密而科学的化学加工技 术，化学蚀刻在多种金属材料上被广泛运用，对金属材料进行蚀刻，关键是两方面的问题， 即保护需要的部分不被蚀刻；而不需要的部分则完全时刻掉，从而获得需要的图文。1、原理 金属在蚀刻液中蚀刻的过程，首先是金属零件表面发生晶粒溶解的作用；其次在晶界 上也发生溶解作用；一般来讲晶界与晶粒是以不同溶解速度发生溶解作用的。在多数金属和 合金机构中，各个晶体几乎都能采取原子晶格的任何取向。而晶粒的不同取向、晶粒密度的 大小都会和周围的母体金属形成微观原电池。对金属的蚀刻液来讲，一方面这些原电池的存
3、在，使金属表面存在着电位差，电位正的地方得到暂时的保护，电位负的地方被优先蚀刻。 另一方面在零件表面具有变化着的原子间距，而且原子间距较宽的地方溶解迅速，一直到显 示出不平整的表面为止。然后溶解作用以几乎恒定的速度切削紧密堆积的原子层，表面的几 何形状也随着晶粒的溶解而不断变化。晶界上的蚀刻也将进一步影响零件表面。蚀刻技术的分类：1、 1 根据蚀刻时的化学反应类型分类：(1) 、化学蚀刻。工艺流程：预蚀刻f蚀刻f水洗f浸酸f水洗f去抗蚀膜f水洗f干 燥。(2) 、电解蚀刻。工艺流程：入槽f开启电源f蚀刻f水洗f浸酸f水洗f去抗蚀膜f 水洗f干燥。1、2 根据蚀刻的材料类型分类(1)铜材蚀刻。工
4、艺流程：经过抛光或拉丝的铜板表面清洁处理f丝网印刷图文f干燥 f预蚀刻f水洗f检查f蚀刻f水洗f浸酸处理f水洗f去除丝印的保护层f热水洗f冷 水冲洗f后处理f成品。(2) 不锈钢蚀刻。工艺流程：板材表面清洁处理f网印液态光致抗蚀油墨f干燥f加 底片曝光f显影f水洗f检查修板f坚膜f蚀刻f去除保护层f水洗f后处理f干燥f成 品。(3) 金属蚀刻加工根据其加工对象的要求不同，可分为两类：对薄板状金属蚀刻穿了 叫化学冲裁(chemical blanking)；对一定厚度金属只蚀刻去一部分厚度而不刻穿，使刻去的底面与原表面有一定的高度差，这叫化学铳削（chemical milling）0 一般习惯于用
5、双面蚀刻 和单面蚀刻来区别，双面的往往是蚀刻穿了的，单面往往是不刻穿的，但也能刻穿。所以他 们的分类法可能更明确些，而且它和金属切削加工的概念联系起来了。2、蚀刻技术的一般过程金属蚀刻工艺随着被蚀刻的材料不同而有所不同，总的过程如图一所示。图一 金属蚀刻的工艺过程辈打不闯甜独液厘I艺观范小同-般用5%NaOH水洛液此型文除 權据严品需爱进仃如浒洗岀光.在以上的工艺过程中，原材料表面清洁非常重要，但在实际中往往会被忽视。明显的油污、 氧化、斑迹、指印，人们会将他们去除。可是不太imingxian、肉眼不能一下看出的，就容 易被忽视，但就是这点微不足道的疏忽，却会严重地影响施工过程和成品率。另外，
6、如有些 装饰用的不锈钢板，表面镀有一层钛合金膜，妨碍蚀刻，要在坚膜工序后加上去钛合金膜的 工序，方法是用含有氟化物的“去钛水”去除。对金属材料进行蚀刻，其关键问题是：1 保 护需要的部分不被蚀刻， 2 蚀刻掉不需要部分，从而获得需要的文字或图形。金属蚀刻的关键之一就是需要可靠的耐蚀保护层，这种保护层即要制作出精美的图文， 要能牢固地粘附在金属表面，经受得起蚀刻剂的侵蚀。一般加工方法，印刷方法都难以实施， 对于面积不大的文件，用丝网印刷是最可靠、最有效的方法。关于丝网印刷有专业的书籍可 供参考，本文不再赘述。（1）用抗蚀性油墨直接丝网印刷图文。 所用油墨要求与金属粘合牢固、耐酸（或耐碱）、耐电镀
7、，以往这些印料都是用户用厚 漆自行配制，这样原料易得、价格便宜、抗蚀性也好、去膜方便。但如果图文精度要求高、 大批量应用，自配的往往满足不了要求，所以就要选用专业厂家生产的专用抗蚀性印料。近 年来，随着印制电路板产业的发展，这类抗蚀油墨很多，表一所列只是举例而已。表一集中耐蚀刻油墨序号油墨名称型号制造商1线路板油墨8100系列无锡胡棣油墨厂2耐腐蚀油墨I、II无锡市纸品厂3线路板油墨牡丹牌上海油墨厂4防腐油墨ER1-3杭州余杭星桥丝印油墨厂5UV硬化型抗蚀刻油墨UV-1000雄震贸易有限公司代理在丝网印刷图文的情况下，图文的精细度全靠网印来保证，它牵涉到设备、器材的选用和绷 网、制网版、印刷工
8、艺、具体操作等多种因素，所以对高要求的产品难以满足，需要采用其 他的办法。（2）涂布液态光致抗蚀油墨，感光成象。 在金属表面涂布一层均匀的光致抗蚀油墨，形成感光膜，关于涂布方法，可用喷涂、刷 涂、滚涂、淋涂，但尺寸不大的平面，丝网印刷是最方便可靠的方法。感光膜经曝光、显影、 形成图文。这种光致抗蚀油墨是由光聚合树脂、光交联剂、光引发剂等组成，它不同于普通 油墨，曝光后有有意的抗蚀性能。因为它有感光性能，所以要避光保存，避强光使用。这种有哦莫丝印涂一般都是满版印刷，采用100-200 目丝网，也有用到 300 目的。印刷 时为了保证印层均匀，不出现“白点”，往往印刷两次或更多，同时整个过程对环境
9、要求都 很高。1 因为是感光材料，使用时室内不能有强光或直射的阳光，一般用黄色灯光及黄色窗帘；2 室内清洁要求较高，为减少灰尘，最好是净化车间。在精细产品中，一粒灰尘往往就会造 成几条断线；3 满足上述两个条件外，还要注意室内温湿度及通风换气；4印好后要空港，温度一般在60-100C范围，绝对不能高，否则将影响显影；时间在15分 钟左右，以膜干部粘手为好。在此过程中，任然要注意避光和防止灰尘。光致抗蚀油墨国内外生产单位和品牌都很多，举例如表二。表二几种光致抗蚀油墨序号油墨名称型号制造商1新型液态光致抗蚀剂DLN-1无锡得利科技有限公司2液态感光抗蚀耐电镀油墨LRP-800杭州科旺特种油墨厂3网
10、印型光成像抗蚀电镀油墨LTP-P2108北京力拓达科技有限责任公司4液态抗蚀刻油墨77T-100T深圳普利斯登科技股份有限公司5显像型抗蚀刻油墨PER-15/SC1501台湾太阳油墨股份有限公司3、金属蚀刻应用3.1 金属装饰板蚀刻 金属装饰板表面具有化学腐蚀后凹凸立体感的装饰图案。该金属装饰板可以由一块整板 制成，也可以由两块以上多块金属板组成，经蚀刻装图案或美术画后，组合成连续或断续的 一整块装饰板面，金属装饰板面可以是平面、弧面、高低不平的弯曲面、多边形面组合，或 有度的折边。这种金属蚀刻装饰板的制造过程是，首先根据不同用户的要求及场合的设计装 饰图案，然后进行制版，再在金属板的表面上进
11、行感光成像，烘干后进行化学腐蚀，待腐蚀 到一定深度后，清洗掉腐蚀液、烘干，然后根据要求或使用场合的环境，选择不同的颜色进 行上色，上色后对金属板表面进行打磨，这样未被腐蚀的表面经过打磨后露出金属的本色， 腐蚀后凹下去的部分留下了颜色，从而衬托出未被腐蚀部分的图案或画面，以增加美感，最 后涂防腐层，完成金属蚀刻装饰板的制造。3.2 仿金属蚀刻 在具有金属镜面光泽的承印表面，采用丝网印刷工艺手段，将仿金属蚀刻油墨印在其上， 经干燥后的印刷频，使人感受到的是别具一格的视觉效果：犹如光滑的金属经腐蚀、雕刻或 砂磨等处理过那样，显得高雅、庄重、滑轨，这就是目前引起印刷界极大关注的“仿金属蚀 刻印刷工艺”
12、。当前，这种仿金属蚀刻印刷工艺较多运用在一些高档、精美的包装纸盒制作 商。例如，精品服饰、工艺品、化妆品、茶叶、卷烟、名酒及礼品盒等。仿金属蚀刻印刷所 产生的特殊视觉效果，其光学机理是：承印材料表面金属质感的镜面光反射，形成强烈的反 差，相映成趣。反差愈大，视觉效果愈佳。工艺上就要解决两个问题，一个是仿金属蚀刻油 墨的印刷质量，另一个是解决承印材料的平滑度。4、存在问题4.1 侧腐蚀问题侧腐蚀是蚀刻搞加工中不可避免的问题，影响侧腐蚀的因素堕入：1 蚀刻剂（腐蚀液）的选择；2 蚀刻方式（设备）的选择；3 工艺规范的选择；4 缓蚀剂的研究和应用，这里的缓蚀剂应该理解为侧面保护剂或侧腐蚀防止剂。 防
13、止侧腐蚀技术在印刷行业中用得比较成功，印花行业在用锌板制版过程中也很重 视这一问题，他们有无粉烂板工艺，就是在蚀刻溶液中加入少量的有机物质及表面活性剂， 使他们均匀分散在溶液中，在蚀刻时，由于喷淋的冲击力，正面有机物难以存在，而侧面受 冲击力较小，没有冲掉，从而起到保护侧面的作用。4.2 蚀刻工件的后期处理问题蚀刻工件的保护膜去除之后，就显露出光泽的金属本色，例如：黄铜装饰件、铭牌、未 蚀刻到的凸处是光亮的金黄色。被蚀刻到的凹处则是亚光的或是无光的，层次清晰，经漂洗 钝化后，表面罩上保护漆。高档工艺品脱模后往往还要电镀，镀合金或真金白银，再填漆罩光或直接罩光。也有局 部电镀的，例如：不去除保护
14、膜，在蚀刻的部位镀上其他颜色（如银白色），然后再去除保 护膜，这样就是金银二色的产品了。显得精致、华丽、高贵。罩光用的保护漆以前有人用自 干漆，当时好看但不耐久，现在多用烘干型涂料、紫外光（UV）固化涂料或电泳涂料。工 业产品中使用不锈钢材质的零件，通常取去除护膜，清洗干净就好了。当然，有特殊要求的 也可能需要表面着色、钝化或图层。4.3 金属蚀刻加工过程中的环境问题 金属蚀刻加工过程中影响环境的因素主要是酸、碱和三氯化铁，对其废液必须妥善处理， 不可随便排放。对于酸、碱废水一般都是用中和的方法进行处理，正好在蚀刻加工过程中有 碱性废水、也有酸性废水，他们可以相互中和，当然不可能正好酸碱平衡，
15、这就要PH值， 缺啥补啥，使PH值达到排放要求，同时还要清楚过量的金属离子，经沉淀后，清水方可排 出。三氯化铁废液对环境的污染，主要是其形象，沾到哪里，哪里就一片黄锈，非常难看， 损害环境。其废液应灌装好由专业加工单位回收。对含三氯化铁废水的处理，最普遍的处理 方法是投入石灰乳，它不仅能对酸起中和作用，还对废水中的三价铁及其他金属离子有沉淀 作用，并对废水中的杂质有凝聚作用。5、发展前景目前，由于在与化学腐蚀相关的技术细节方面取得了许多进展，使化学蚀刻技术得到了 快速的发展。 21 实际以来，化学蚀刻的应用在数量上和质量上都出现了极大的增长。特别 是航空航天工业上较为广泛的应用，使这一技术几乎达到空前的发展。由于光敏防腐技术发 展的成熟，出现了用化学腐蚀的方法加工出来，从而改变金属冲压成型的单一加工方法的局 面。我们有理由相信金属蚀刻技术将作为另一种有益的加工方法，一定会为未来的金属加工 方法提供一个即方便又使用的选择。
