金属蚀刻技术

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
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、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→蚀刻→水洗→浸酸→水洗→去抗蚀膜→水洗→干燥。

（2）、电解蚀刻。

工艺流程：入槽→开启电源→蚀刻→水洗→浸酸→水洗→去抗蚀膜→水洗→干燥。

1、2 根据蚀刻的材料类型分类
(1)铜材蚀刻。

工艺流程：经过抛光或拉丝的铜板表面清洁处理→丝网印刷图文→干燥→预蚀刻→水洗→检查→蚀刻→水洗→浸酸处理→水洗→去除丝印的保护层→热水洗→冷水冲洗→后处理→成品。

（2）不锈钢蚀刻。

工艺流程：板材表面清洁处理→网印液态光致抗蚀油墨→干燥→加底片曝光→显影→水洗→检查修板→坚膜→蚀刻→去除保护层→水洗→后处理→干燥→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，这叫化学铣削（chemical milling）。

一般习惯于用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
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，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，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。

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60-100℃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
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”。

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，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。