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                                                                                                                                                                 金屬蝕刻的定義

  金屬蝕刻定義:蝕刻(etching)也稱(chēng)金屬腐蝕,或光化學(xué)蝕刻.是將金屬材料使用光化學(xué)反應的移除的技術(shù),是沖壓工藝的延伸,是蝕刻更專(zhuān)業(yè)化的體現.

  蝕刻的原理: 指通過(guò)曝光顯影工序、將產(chǎn)品的圖形轉移到金屬鋼片上,將要蝕刻區域的保護,不要的區域除去保護膜裸露出金屬部分,再用化學(xué)藥水溶液起到腐蝕的作用,形成凹凸半刻或者鏤空成型的效果。卓力達經(jīng)過(guò)不斷改良和工藝設備發(fā)展,目前用于航空、機械、化學(xué)工業(yè)中電子薄片零件精密蝕刻產(chǎn)品的加工,特別在半導體制程上,蝕刻更是不可或缺的技術(shù)

                                                                                                                                                                                                                      金屬蝕刻工藝

金屬蝕刻, 就是只做金屬的蝕刻, 不銹鋼,銅合金, 鋁合金,鈦合金及鉬材, 都可以用蝕刻的工藝加工成型, 特別是精度要求高的產(chǎn)品, 蝕刻工藝是首選 !  不銹鋼有多種牌號,常用的有 SUS304, SUS301, SUS316, SUS631等 。不銹鋼蝕刻工藝的難點(diǎn)在于:不銹鋼本身的搞腐蝕性能較強,如何保證不銹鋼蝕刻工藝加工完成后的產(chǎn)品的尺寸,精度,表面都能完全符合客戶(hù)的要求。這就需要在不銹鋼蝕刻工藝蝕刻管控的過(guò)程中,設備,人員,技術(shù)相配合,有較好的加工設備,有過(guò)硬的技術(shù)水平。

                                                                                                                                                             金屬蝕刻工藝的流程詳解

金屬的種類(lèi)不同,其蝕刻的工藝流程也不同,但大致的工序如下:金屬蝕刻板→除油→水洗→浸蝕→水洗→干燥→絲網(wǎng)印刷→千燥→水浸2~3min→蝕刻圖案文字→水洗→除墨→水洗→酸洗→水洗→電解拋光→水洗→染色或電鍍→水洗→熱水洗→干燥→軟布拋(擦光)光→噴涂透明漆→干燥→檢驗→成品包裝。

1.蝕刻前處理:在金屬蝕刻之前的工序都是前處理,它是保證絲印油墨與金屬面具有良好附著(zhù)力的關(guān)鍵工序,因此必須要徹底清除金屬蝕刻表面的油污及氧化膜。除油應根據工件的油污情況定出方案,最好在絲印前進(jìn)行電解除油,保證除油的效果。除氧化膜也要根據金屬的種類(lèi)及膜厚的情況選用最好的浸蝕液,保證表面清洗干凈。在絲網(wǎng)印刷前要干燥,如果有水分,也會(huì )影響油墨的附著(zhù)力,。 

2.附膜(干膜或濕膜):鋼片清洗干凈后,在表面滾涂感光油墨或直接貼干膜,(以便制得較厚的絲網(wǎng)模版,這樣才使得遮蓋性能好,蝕刻出的圖紋清晰度高)絲網(wǎng)版的膠膜在光的作用下,產(chǎn)生光化學(xué)反應,使得光照部分交聯(lián)成不溶于水的膠膜,而未被光照部分被水溶解而露出絲網(wǎng)空格,從而在涂有膠膜絲網(wǎng)版上光刻出符合黑白正陽(yáng)片圖案的漏網(wǎng)圖紋。把帶有圖紋的絲印網(wǎng)版固定在絲網(wǎng)印刷機上,采用堿溶性耐酸油墨,在金屬板上印制出所需要的圖紋,經(jīng)干燥后即可進(jìn)行蝕刻。 

3.金屬蝕刻后處理:金屬蝕刻后必須除去絲印油墨。一般的耐酸油墨易溶于堿中。將蝕刻板浸入40~60g/L的氫氧化鈉溶液中,溫度50~80℃,浸漬數分鐘即可退去油墨。退除后,如果要求光亮度高,可進(jìn)行拋光,然后進(jìn)行染色,染色后為了防止變色及增加耐磨、耐蝕性,可以噴涂透明光漆。對于一些金屬本身是耐蝕性能好而且不染色的,也可以不涂透明漆,要根據實(shí)際需要而定。 

(二)金屬蝕刻化學(xué)蝕刻溶液配方及工藝條件

蝕刻不同的金屬要采用不同的溶液配方及工藝條件,常用金屬材料的蝕刻溶液配方及工藝條件見(jiàn)表6—4~表6-6。

(三)工藝操作條件的影響

蝕刻是金屬板模圖紋裝飾過(guò)程中的關(guān)鍵,要想得到條紋清晰、裝飾性很強的圖紋制品,必須注意控制好蝕刻工藝的條件。主要是蝕刻溶液的溫度和蝕刻時(shí)間。溶液溫度稍高,可以提高金屬溶解的速度,也就是蝕刻的速度,縮短蝕刻所需要的時(shí)間,但是蝕刻溶液一般都是強酸液,強酸液在溫度高的情況下腐蝕性強,容易使防護的涂層或耐蝕油墨軟化甚至溶解,使金屬非蝕刻部位的耐蝕層附著(zhù)力下降,導致在蝕刻和非蝕刻交界處的耐蝕涂層脫落或溶化,使蝕刻圖紋模糊走樣,影響圖紋的美觀(guān)真實(shí)和裝飾效果,因此溫度不宜超過(guò)45℃。同樣,如果蝕刻的時(shí)間太長(cháng),特別是蝕刻液溫度較高的情況下,耐蝕油墨或防護涂層浸漬時(shí)間過(guò)長(cháng),也同樣起到上述的副作用和不良后果,因此時(shí)間控制上也要適當,不能浸得太久,一般不宜超過(guò)20~25min。

(四)化學(xué)蝕刻圖紋裝飾實(shí)例

?1.裝飾用的材料:裝飾用的金屬板材:普通鋼材、不銹鋼、銅及銅合金、鋁及鋁合金等,以不銹鋼板為例說(shuō)明,板厚l~3mm?;ぴ希航z印感光膠(例如浙江昆山市化工涂料廠(chǎng)生產(chǎn)的DH重氮型),耐酸油墨有99-956型和99-200K型等一(廣東順德大良油墨廠(chǎng)產(chǎn)品),其他為常用化學(xué)化工藥品。 

2.工藝流程:不銹鋼板→除油→水洗→干燥→絲網(wǎng)印刷→干燥→水浸→蝕刻圖紋葉(片)水洗→除墨→水洗→拋光→水洗→著(zhù)色→水洗葉(片)硬化處理→封閉處理→清洗葉(片)干燥→檢驗→產(chǎn)品。?

3.具體操作及注意事項:

(1)除油 ?除油是為了使絲印油墨與板材有良好的附著(zhù)力,所以金屬板在印前必須徹底把油除干凈。除油的方法很多,可以根據情況及需要選擇,例如采用常規的化學(xué)除油、表面活性劑除油,甚至電解除油、超聲除油等,也可以選用商品的專(zhuān)用除油劑。徹底清洗干凈后,經(jīng)干燥再轉入絲網(wǎng)印刷。

(2)絲網(wǎng)印刷選用l50目不銹鋼、聚酯或尼龍單絲維網(wǎng),用繃網(wǎng)機固定在網(wǎng)框上,再用上漿器刮涂DH重氮型感光膠,涂覆2~3次,涂膜干燥后,將拍攝好的圖紋黑白膠片附著(zhù)在涂膜絲網(wǎng)上,經(jīng)曝光、顯影后,即制得絲印模板,然后再將不銹鋼板、圖紋模板固定在絲網(wǎng)印刷機對應位置上,采用堿溶性的耐酸油墨,印上所需要的圖紋,自然干燥(或烘干)。如果烘烤,則溫度不宜過(guò)高及時(shí)間不宜過(guò)長(cháng),否則油墨的堿溶性降低,到除油墨時(shí),不易清除干凈。一般情況下,自然干燥1h。烘干為55~60℃,4~5min。

(3)圖紋蝕刻工藝 ?圖紋化學(xué)蝕刻溶液的配方及工藝條件如下: 氯化鐵(FeCl3) 650~800g/L 蝕刻加速劑 85~lO0g/L 鹽酸(HCl,38%) 85~120g/L 蝕刻液溫度 10~45℃ 磷酸(H3P04) 20~30g/L 浸漬時(shí)間 l5~25min

在操作過(guò)程中要嚴格控制溶液的溫度和時(shí)間。溫度過(guò)高、時(shí)間過(guò)長(cháng),油墨與板面的附著(zhù)力下降,在蝕刻與非蝕刻處可能出現油墨的脫落,導致圖紋模糊走樣,影響蝕刻的精度和裝飾效果。

(4)蝕刻后除墨蝕刻后必須除去保護的堿溶性耐酸油墨。方法是浸入40~60g/L NaOH堿液中,溫度控制在60~70℃,浸泡3~5min,以除干凈油墨為準。然后用水沖表面的堿液至中性。

(5)蝕刻后處理經(jīng)蝕刻后的圖紋不銹鋼板經(jīng)過(guò)除油墨及清洗干凈后,可以根據用戶(hù)的不同需要作如下附加裝飾處理。 ①對要求保留不銹鋼原色及光澤的,經(jīng)除油墨及清洗干凈后,放進(jìn)50%HN03(體積分數)和50%H20的溶液中浸泡l0~20min,作鈍化處理,使不銹鋼蝕刻圖紋板獲得新的保護膜,即可得裝飾制品。 ②對要求保留不銹鋼原色,但光亮度要求更高、更光亮的,經(jīng)除油墨及洗凈后,先進(jìn)行電解拋光,然后再表面鈍化。電解拋光的溶液配方及工藝條件如下:檸檬酸 50%~70% 溶液溫度 40~60℃ 硫酸 20%~l5% 電流密度 15~30A/dm2 水 10%~25% 拋光時(shí)間 5~lOmin陰極材料 鉛板 ③為了提高制品的裝飾性,有些用戶(hù)要求改變原有不銹鋼的顏色。對此,不銹鋼經(jīng)蝕刻圖紋及清除干凈表面的油墨后,先進(jìn)行電解拋光,然后化學(xué)著(zhù)色或電解著(zhù)色,著(zhù)色后必須對著(zhù)色膜進(jìn)行硬化處理及封閉處理,最后得到所需的裝飾制品?;瘜W(xué)著(zhù)色溶液的配方及工藝條件如下: 硫酸(H2S04) 270~300g/L 溶液溫度 65~80℃ 鉻酐(Cr03) 450~500g/L 處理時(shí)間 由藍色→橙色→金黃 (NH4)6Mo7024·4H20 40~50g/L 色一綠色,顏色隨時(shí)間變化 化學(xué)著(zhù)色后要進(jìn)行硬化處理(或固膜)以便穩定著(zhù)色膜,改善著(zhù)色膜的質(zhì)量及耐磨性。硬化處理的溶液配方及工藝條件如下: 重鉻酸鉀(K2Cr207) 10~20g/L 溶液溫度 65~80℃氫氧化鈉(NaOH) 3~5g/L 處理時(shí)間 2~3min溶液pH 6.5~7.5 ? ? ? ?著(zhù)色膜經(jīng)上述硬化(固膜)處理后,硬度、耐磨、耐蝕性都已提高,但膜層有孔隙,需要進(jìn)一步進(jìn)行封孔處理。如果著(zhù)色膜本身質(zhì)量好、硬度高,可以不必進(jìn)行硬化處理,但必須進(jìn)行封孔處理。封孔處理液的成分及工藝條件如下:硅酸鈉(Na2Si03) 10g/L 溶液溫度l00℃ 沸騰十二烷基苯磺酸鈉 2~5g/L 處理時(shí)間 4~6m 除了化學(xué)著(zhù)色外,也可以用電解法著(zhù)色,電解著(zhù)色溶液的配方及工藝條件如下:

鉻酐(Cr03) ?80~260g/L 電流密度 0.05~0.10A/dm2 硫酸(H2S04)25%(體積分數) 著(zhù)色時(shí)間l0~30min 溶液溫度 70~90℃ 本著(zhù)色溶液在著(zhù)色過(guò)程中,工藝條件對顏色有較大影響。首先是硫酸對鉻酐的濃度比例對顏色的影響,鉻酐濃度高時(shí),為金黃色,濃度再高,則變成紫紅色。溫度對著(zhù)色的影響為:溫度升高,色澤逐漸加深。著(zhù)色時(shí)間的影響為:5min便開(kāi)始著(zhù)色,隨著(zhù)時(shí)間的增加,顏色加深,20min后色澤基本穩定。電流密度對著(zhù)色的影響為:0.03A/dm2時(shí),為玫瑰色,0.05A/din2時(shí),則為l8K金色。電解著(zhù)色后同樣需要進(jìn)行硬化處理,硬化處理可以用化學(xué)法(上述舉例),也可以用電解法。電解法硬化處理的溶液配方及工藝條件如下: 鉻酐(Cr03) 240~280g/L 陰極電流密度 0.2~1.0A/dm2 硫酸(H2S04) 2~3g/L 陽(yáng)極材料 鉛或鉛銻合金 溶液溫度 50~55℃ 處理時(shí)間 10~15min 

硬化處理后,同樣要進(jìn)行封閉,在 沸 騰 的 硅 酸 鈉 溶 液 中 煮 5min,   取出清洗、  干燥,  便可得到各種色澤的圖紋裝飾板

蝕刻工藝的發(fā)展

 蝕刻技術(shù)的起源從有記載的數據可以追溯到14世紀,在那時(shí)人們對金屬蝕刻還只能說(shuō)是一種加工技術(shù),還不能上升到工藝這個(gè)范疇,因為在當時(shí)及以后的幾百年里,蝕刻只是由加工者自己的技術(shù)水準來(lái)決定其加工質(zhì)量,而不是所有人都可以學(xué)到這門(mén)技術(shù)。到了17世紀,由于硫酸、鹽酸、氫氟酸、硝酸、苛性堿等強有力地具有蝕刻作用的強酸、強堿被先后發(fā)明,才使蝕刻技術(shù)有了新的發(fā)展。

 17世紀后期,人們已經(jīng)開(kāi)始使用蝕刻技術(shù)進(jìn)行測量工具刻度的加工,作為工具已有別于以前的藝術(shù)品的加工,它要求其產(chǎn)品的一致性高,這就要求蝕刻技術(shù)能做到一定批量的產(chǎn)品在質(zhì)量上的一致性,這就需要一種規范來(lái)精確規定每個(gè)加工工序的要求。

到了20世紀,由于與金屬蝕刻有關(guān)的技術(shù)先后得到了解決,同時(shí)金屬蝕刻技術(shù)經(jīng)過(guò)幾百年的的艱難歷程,人們也積累了足夠的經(jīng)驗,并在這些經(jīng)驗之上形成了蝕刻的理論。使蝕刻加工從航空航天到普通民用產(chǎn)品都被大量采用。

                                                                                                                                               

蝕刻工藝的深度及表面粗糙度控制

        經(jīng)常會(huì )有需要半刻的產(chǎn)品, 而且半刻深度公差及表面粗糙度都有要求, 
      半刻深度靠蝕刻時(shí)間和蝕刻機的壓力 來(lái)控制,  一般來(lái)說(shuō), 蝕刻時(shí)間越長(cháng), 半刻深度越深 , 壓力越大, 半刻深度越深, 這兩點(diǎn)都要管控
      表面的粗焅度靠藥水濃度控制,   蝕刻速度越慢, 表面越細膩, 蝕刻速度快的, 表面粗糙.

                                                                                                                                                                   幾種金屬蝕刻不銹鋼材料選擇和用途

很多易變的因素表示侵蝕介質(zhì)的特征,即化學(xué)制品和其濃度、大氣狀態(tài)、溫度、時(shí)間,所以假如不了解介質(zhì)的準確的性質(zhì),要使用材料、選擇材料是難題。但是,以下可作為選擇指南:
304型 廣泛使用的材料。在建筑中能經(jīng)受一般的銹蝕,可抵擋食物加工介質(zhì)浸蝕(但含有濃酸和氯化物成分的高溫狀態(tài)可能泛起侵蝕),能抵擋有機化合物、染料和廣泛的各種各樣的無(wú)機化合物。304L型(低碳),耐硝酸性好,并耐用中等溫度和濃度的硫酸,廣泛地用作液態(tài)氣體貯罐,用作低溫設備(304N)、用具其它消費產(chǎn)品,廚房設備、病院設備、運輸工具、廢水處理裝置。
316型 比304型含有稍多的鎳,并含有2%─3%的鉬,耐蝕性比304型好,特別是在傾向于引出發(fā)點(diǎn)侵蝕的氯化物介質(zhì)中。316型已發(fā)展用作亞硫酸鹽紙漿機,由于它耐用硫酸化合物。而且,它的用途已擴大到在加工產(chǎn)業(yè)中處理良多化學(xué)制品。
317型?
含有3%—4%的鉬(在這個(gè)系列中也是所得到的較高的水平),并含有比316型較多的鉻,具有更高的耐點(diǎn)侵蝕和裂痕侵蝕機能。
430型 比304型合金含量低,用作在溫順的大氣中高拋光裝飾用途,也可用作硝酸和食物加工設備。
410型在三種一般化用途的不銹鋼中具有最低的合金含量,需要強度和耐蝕性配合的高承力部件選用,例如堅固件。410型在溫順的大氣中、水氣中和很多緩和的化學(xué)產(chǎn)品介質(zhì)中耐蝕。
2205型 比304型和316型優(yōu)勝,由于他對氯化物應力侵蝕裂紋具有高的抵擋力,并具有大約兩倍的強度。316不銹鋼板、316不銹鋼管、316不銹鋼帶不銹鋼的發(fā)展,不銹鋼的歷史

畢業(yè)于英國謝菲爾德大學(xué)的著(zhù)名冶金科學(xué)家亨利·布雷爾利(Harry Brearley)于20世紀初期發(fā)明了不銹鋼?!〔讳P鋼的發(fā)明和使用,要追溯到第一次世界大戰時(shí)期。英國科學(xué)家布享利·布雷爾利受英國政府軍部兵工廠(chǎng)委托,研究武器的改進(jìn)工作。那時(shí),士兵用的步槍槍膛極易磨損,布雷爾利想發(fā)明一種不易磨損的合金鋼。布雷爾利發(fā)明的不銹鋼于1916年取得英國專(zhuān)利權并開(kāi)始大量生產(chǎn),至此,從垃圾堆中偶然發(fā)現的不銹鋼便風(fēng)靡全球,亨利·布雷爾利也被譽(yù)為“不銹鋼之父”。

金屬蝕刻工藝的特點(diǎn)

1.目標性,所謂目標性就是通過(guò)某一工藝流程的全過(guò)程有一個(gè)明確的輸出,或者說(shuō)要達到某一特定的目的。對金屬蝕刻而言,這個(gè)目的就是滿(mǎn)足其設計圖紙對產(chǎn)品的要求。更具體地說(shuō),這些要求包括產(chǎn)品的蝕刻尺寸要求、經(jīng)蝕刻后的表面粗糙度要求等。
2.內在性,所謂內在性,是指一個(gè)工藝流程必須需要有其內在的特定內容,也可以說(shuō)是內容的實(shí)在性。這些內容包含于工藝流程的每一個(gè)步驟中,以及參與這些步驟的所有操作者的行為過(guò)程。
3.整體性,所謂整體性,是指工藝流程至少要有兩個(gè)或兩個(gè)以上的工序組成。因為,作為流程而言的工藝流程不可能是由一個(gè)加工步驟來(lái)完成,同時(shí)一個(gè)加工步驟也無(wú)法在工藝流程中完成流轉,至少要兩個(gè)或兩個(gè)以上的步驟及其相關(guān)活動(dòng)才能建立起一個(gè)基本的結構或者關(guān)系,才能進(jìn)行流轉。對于
金屬蝕刻工藝流程而言,也是由多個(gè)工序、各工序的工藝參數、各工序規定的工具及其相關(guān)設備組合而成的一個(gè)完整的工藝規范統一體,并且相互之間是不可分割的。
 

金屬蝕刻的曝光原理

首先將需蝕刻的圖形通過(guò)光繪的方式轉移至兩張完全一致的膠片菲林上,或是通過(guò)光刻的方式轉移至兩張完全一致的玻璃菲林上。然后通過(guò)人工對位方式或機器對位方式將菲林對準。再將已涂布感光油墨或貼好感光干膜的鋼片置于菲林中間,吸氣后即可曝光。曝光時(shí)對應菲林黑色處的鋼片未被感光,對應菲林白色處的鋼片感光,鋼片感光處的油墨或干膜發(fā)生聚合反應。最后經(jīng)過(guò)顯影機,鋼片上被感光的油墨或干膜不被顯影液溶化,而未感光的油墨或干膜在顯影液被溶化去除,這樣需蝕刻的圖形通過(guò)曝光就轉移到鋼片上去了。
曝光是在紫外光照射下,光引發(fā)劑吸收光能分解成游離基,游離基再引發(fā)不聚合單體進(jìn)行聚合交聯(lián)反應,反應后形成不溶于稀堿溶液的體形大分子結構。曝光一般在自動(dòng)面曝光機內進(jìn)行,現在的曝光機根據光源的冷卻方式不同分風(fēng)冷和水冷兩種。曝光成像質(zhì)量除干膜光致抗蝕劑的性能外,光源的選擇,曝光的時(shí)間(曝光量)的控制,照相底版的質(zhì)量等都是影響曝光成像質(zhì)量的重要因素。
當曝光不足時(shí),由于單體聚合不徹底,在顯影過(guò)程中,膠膜溶漲變軟,線(xiàn)條不清晰,色澤暗淡,甚至脫膠,在蝕刻過(guò)程中膜起翹,滲鍍,甚至脫落;當曝光過(guò)度時(shí),會(huì )造成難于顯影,膠膜發(fā)脆,留下殘膠等弊病。曝光將產(chǎn)生圖像線(xiàn)寬的偏差,過(guò)量的曝光會(huì )使圖形線(xiàn)條變細,使產(chǎn)品的線(xiàn)條變粗。根據顯影后干膜的光亮程度,圖像是否清晰,圖像線(xiàn)寬是否與原底片相符等來(lái)確定適當的曝光時(shí)間。

 

蝕刻加工前的滾涂保護油原理

使膠輥與鋼輪平行靠緊,并勻速向內旋轉,油墨從膠管?chē)娭龄撦喩?,均勻調節膠輥與鋼輥之間的緊密度,就可以控制粘附在膠輥上的油墨厚度與均勻度;鋼片由輸送帶往前勻速推進(jìn),與膠輥適當接觸,膠輥上的油墨就均勻的轉印到鋼片表面上。 在蝕刻的防蝕層制作中涂裝技術(shù)應用較多,常用的涂裝方法有絲印法、浸涂法、噴涂法、電泳涂裝等。涂覆的防蝕層表面應均勻完整、無(wú)砂眼、白點(diǎn)等,如發(fā)現防蝕層有上述質(zhì)量缺陷,且這些缺陷又在圖文線(xiàn)條附近,特別是精細圖文線(xiàn)條,應退除防蝕層重新涂覆。工件上噴涂的感光油墨干燥后,在進(jìn)行曝光之前要進(jìn)行質(zhì)量檢查。檢查項目包括油墨表面無(wú)劃傷、氣孔,油墨的均滾涂勻性等,如達不到這個(gè)要求應將整個(gè)板面的油墨退掉重新滾涂。

*光阻與鋼片的附著(zhù)力是靠光阻膜順著(zhù)鋼片表面流動(dòng)達成。
*加熱可降低光阻的粘度并增加流動(dòng)性,壓力可將流動(dòng)狀態(tài)的光阻擠入鋼片表面。

金屬蝕刻前的滾涂原理

貼膜時(shí),先從膜上剝下聚乙烯薄膜,然后在加熱加壓的條件下將干致抗蝕層粘貼在不銹鋼材料上面。干膜中的光致抗蝕層受熱后變軟,流動(dòng)性增加,借助于熱壓輥的壓力和光致抗蝕層中膠黏劑的作用完成貼膜過(guò)程。干膜光致抗蝕劑是20世紀70年初期發(fā)展起來(lái)的一種感光材料,至今已有多種產(chǎn)品用于要求不同的生產(chǎn)需要。干膜具有良好的工藝性能,優(yōu)良的成像性和耐化學(xué)藥品性能,在線(xiàn)路板制造、圖文制作及精密零件的切割上都得到了非常廣泛的應用。

蝕刻加工速度和側蝕量

蝕刻加工中兩個(gè)最關(guān)鍵同時(shí)也是最為重要的參數。蝕刻速度決定了蝕刻加工周期的長(cháng)短,蝕刻速度越快,蝕刻加工周期越短,生產(chǎn)效率越高,反之生產(chǎn)效率較低。但是,蝕刻速度也并非越快越好:1蝕刻速度越快,在單位時(shí)間內對金屬的蝕刻量就越大,產(chǎn)熱量增大,腐蝕液溫度變化快,不利于蝕刻速度的恒定;2、蝕刻速度太快,對于深度要求很精準的零件加工不易控制;3、蝕刻速度越快,經(jīng)蝕刻后的金屬表面質(zhì)量越低,明顯影響蝕刻表面的平滑度和光澤度;4、高的蝕刻速度往往都需要高濃度的腐蝕劑濃度、高腐蝕性的化學(xué)試劑、高的蝕刻溫度等。這些因素一則使腐蝕劑成本增高,同時(shí)對抗蝕層的要求增高,成本增加。再則,高濃度的腐蝕劑和高的蝕刻溫度都會(huì )增加對環(huán)境的污染和對操作人員的危害。在實(shí)際應用中,對于那些蝕刻量較大的零件,可以采用“先快后慢”的方法進(jìn)行。所謂“先快后慢”就是先用蝕刻速度較快的腐蝕液進(jìn)行一次蝕刻,當蝕刻深度接近設計要求值后,再換用蝕刻速度較慢的腐蝕液進(jìn)行精度蝕刻,這樣做雖然增加了工序,但縮短了加工時(shí)間,同時(shí)又保證了蝕刻精度和表面光澤度。至于快速蝕刻時(shí)間的確定,需要根據零件加工要求而定,一般可以選擇總蝕刻量的80%-90%為宜。

金屬蝕刻側蝕示意圖

在金屬蝕刻加工的材料中,以銅的側蝕最小。一般銅材質(zhì)分為不同的牌號,以對應生產(chǎn)不同的產(chǎn)品。下表為您清楚的了解國內外不同銅牌號的對應表,以方便朋友們選擇相應牌號的材料進(jìn)行加工產(chǎn)品。

銅材國內、國外相近牌號對照表

銅材金屬蝕刻

  蝕刻加工時(shí)間的計算

  在蝕刻工藝方法中,是把零件或已做過(guò)圖文防蝕層的零件置放于腐蝕液中進(jìn)行蝕刻,并一直蝕刻到金屬厚度達到要求的或圖文深度達到要求為止。在整個(gè)蝕刻過(guò)程中,存在三個(gè)可變因素,即:蝕刻深度、蝕刻速度和蝕刻時(shí)間。這三者的關(guān)系式如下:

V=h/t

  式中:V為蝕刻的速度(mm/min),這里所指的化學(xué)蝕刻速度是指單面的蝕刻速度;h為蝕刻深圳(mm);t為蝕刻時(shí)間(min)

  此式為計算蝕刻深度和蝕刻速度的基本公式。對于整體蝕刻或成型的化學(xué)蝕刻加工及鏤空圖文的蝕刻往往都是兩個(gè)面同時(shí)進(jìn)行。這種雙面蝕刻加工的速度比只在一個(gè)面進(jìn)行的蝕刻加工的速度快1倍,在金屬材料一定的情況下,影響蝕刻加工速度的因素很多,其中最主要的是蝕刻劑的種類(lèi)、濃度及蝕刻溫度。如果蝕刻劑的濃度及蝕刻條件一定,材料的特性及熱處理狀態(tài)對蝕刻加工的速度同樣有很大的影響。

                                                                                                                        金屬蝕刻 材料SUS304 SUS301 不同狀態(tài)下的機械性能

                                                                                                

                                                                                                                                                                                                                                     金屬蝕刻 板厚-硬度值  測量負荷表
       
 要做好金屬蝕刻,必須了解材料的性能,我們知道不銹鋼材料有1/2H, 3/4H , FH EH,等等, 硬度范圍 HV100-600以上,比如304-FH在硬度 HV370以上,但如果厚度不同, 硬度測量負荷是一樣嗎? 答案是:不一樣,具體測量規則見(jiàn)下表; 板厚與硬度值測量負荷表,參大家查閱!

                                                                                                  

     

金屬化學(xué)蝕刻最主要的限制與難點(diǎn)

  金屬蝕刻加工雖然具有諸多優(yōu)點(diǎn),它對于某些用機械方法難于加工的場(chǎng)合確實(shí)有獨到之處。但是蝕刻加工也不是一種萬(wàn)能的加工方法,它也會(huì )受到很多因素的限制。只有真正認識到蝕刻在某些方面的限制與困難,才不至于把這種工藝方法運用到一些不適合于蝕刻加工或者運用起來(lái)困難很大的用途上去。
       局限1 , 蝕刻工藝有連接點(diǎn) : 產(chǎn)品的外形邊緣會(huì )產(chǎn)生內凹或外凸的連接位, 如果是外觀(guān)件, 需要用其他加工方法去除,
       局限2,  半刻內側存在R角, 不是垂直的,R角的大小隨著(zhù)厚度不同, 大小不同,  當半刻槽需要組裝零件時(shí),中間產(chǎn)生間隙.

  蝕刻只能以零件原有表面狀態(tài)為基礎,累計進(jìn)行切削。因此經(jīng)過(guò)蝕刻加工后的零件形狀及表面狀態(tài),與零件原始的形狀與表面狀態(tài)有直接關(guān)系。更多的情況是經(jīng)蝕刻后的加工表面完全與原來(lái)的初始基準表面狀態(tài)保持平行。而形成蝕刻邊緣的幾何形狀,又主要與材料厚度有關(guān)。從這些限制可以看出,蝕刻不能用于表面粗糙的板材、棒材等來(lái)加工形狀復雜的零件。如需要在復雜零件上的某些部位加工出很薄的腹板或一些淺的凸緣時(shí),就必須先用機械的方式將全部幾何外形加工到一定程度,而接下來(lái)的蝕刻只是平行于已加工好的表面把金屬均勻地蝕刻去掉一層,以達到所要求的厚度和形狀。同時(shí)蝕刻無(wú)法在所加工的邊緣進(jìn)行垂直側面的加工,只能加工出一個(gè)半徑近似于腐蝕深度的圓弧形狀如圖所示:(b)圖所示。  采用一些特殊的腐蝕劑,在控制良好的情況下,可以蝕刻加工出一種斜削邊的形狀如圖(c)所示。

金屬蝕刻的邊緣幾何形狀

單純的外形尺寸加工,也就是常說(shuō)的化學(xué)下料,通常只有兩種情況才會(huì )采用。1、對于材料厚度不大的精巧零件的加工,如種彈簧片或其它精巧結構件的加工;2、驛于那些材料很硬而難于進(jìn)行機械加工的金屬材料進(jìn)行大尺寸精密下料時(shí)的外形加工,這些材料往往是不可能用機械方法進(jìn)行仿形加工。隨著(zhù)照相化學(xué)蝕刻技術(shù)的不斷完善和普及,用于外形尺寸加工可以做到很高的幾何外形保真度和化學(xué)蝕刻精度。

金屬蝕刻

金屬蝕刻的用途特點(diǎn)

(1)去毛刺。由于不銹鋼板在沖制或機械加工后,在端面或棱角處存在毛刺,不僅影響產(chǎn)品的外觀(guān),也影響機器的使用效果,如果采用機械拋光或手工去毛刺,不僅工效低,也不能滿(mǎn)足設計的圓角倒角要求,采用特殊的化學(xué)拋光或電化學(xué)拋光溶液,對毛刺進(jìn)行腐蝕加工,而又不損害表面光潔度,甚至可以提高表面光潔度。這是表面處理與機械加工的結合。

(2)除去多余尺寸。如某不銹鋼彈簧鋼絲,其線(xiàn)徑要求φ0.8~0.84,而實(shí)際線(xiàn)徑是和0.9,如何使制成品均勻變?yōu)?phi;0.8~0.84,如何有效地去除機加工過(guò)程中的毛刺和熱處理過(guò)程中產(chǎn)生的氧化膜?如要采用機械拋磨和鉗修的方法除去毛刺、氧化皮和鋼絲直徑圓周上均勻地除去0.06~0.1mm.不僅加工工藝性差,效率低,加工質(zhì)量也難以保證。利用化學(xué)拋光的特殊溶液,可以同時(shí)達到除去毛刺,氧化皮,均勻除去多余的線(xiàn)徑尺寸的目的。又如對某些片狀不銹鋼零件,尺寸大些,也可以利用電化學(xué)拋光的特殊溶液適當減薄厚度尺寸,達到產(chǎn)品尺寸要求。

(3)銑切加工。將不銹鋼材料需要加工的部位暴露于化學(xué)銑切液中進(jìn)行銑切加工,從而獲得一定形狀或尺寸的零件,達到具有立體感、裝飾性的目的。利用絲網(wǎng)漏印,可對不銹鋼表面化學(xué)銑切出文字、花紋、圖樣,達到一定的深度,再填充上一定的不同的色彩,如獎牌、標牌、銘牌等。

蝕刻工件的后處理問(wèn)題


蝕刻工件的保護膜去除之后,就顯露出光澤的金屬本色,例如:黃銅裝飾件、銘牌、未蝕刻到的凸處是光亮的金黃色。被
蝕刻到的凹處則是亞光或是無(wú)光的,層次清晰,經(jīng)漂洗鈍化后,表面罩上保護漆,即為成品。也有在被蝕刻到的凹處填上各種色漆,形成彩色的圖案再罩上保護漆。高檔工藝品脫膜后往往還要電鍍,鍍合金或真金或白銀,再填漆罩光或直接罩光。也有局部電鍍的,例如:不去除保護膜,在被蝕刻的部位鍍上其它顏色,然后再去除保護膜,這樣就是金銀二色的產(chǎn)品了。顯得精致、華麗,高貴。罩光的用保護漆以前有人用自干漆,當時(shí)好看但不耐久,現在多用烘干型涂料,紫光光(UV)固化涂料或電泳涂料。工業(yè)產(chǎn)品中使用不銹鋼材質(zhì)的零件,通常去除保護膜,清洗干凈就好了,當然,有特殊要求的也可能需要表面著(zhù)色,鈍化或涂層。

蝕刻加工過(guò)程中的環(huán)境問(wèn)題


金屬蝕刻加工過(guò)程中影響的因素主要是酸、堿和三氯化鐵,對其廢涂必須妥善處理,不可隨便排放。對于酸、堿廢水一般都是用中和的方法進(jìn)行處理,正好在蝕刻加工過(guò)程中有堿性廢水,也有酸性廢水,它們可以相互中和,當然不可能正好酸堿平衡,這就要檢測PH值,缺啥補啥,使PH值達到排放的要求,同時(shí)還要清除過(guò)量的金屬離子,經(jīng)沉淀后,清水方可排放。三氯化鐵廢液對環(huán)境的污染,主要是其形象,沾到哪里,哪里就是一片黃銹,非常難看,損害環(huán)境。其廢涂應罐裝好由專(zhuān)業(yè)的加工單位回收。對含三氯化鐵廢水的處理,最普遍的處理方法是投入石灰乳,它不僅能驛酸起中和作用,還對廢水中的三價(jià)鐵及其它金屬離子有沉淀作用,并對廢水中的雜質(zhì)有凝聚作用。

除油的作用

除油的目的是除去金屬表面的油垢,作為需要金屬蝕刻的工作不管是加工線(xiàn)路板或是加工一般的機械零部件還是裝飾性工件,也不管是加工航天航空部件或是艦船等高要求工件。在這些待加工的工件中,有些是要進(jìn)行圖文蝕刻,有些是要進(jìn)行結構蝕刻,有些只對其工件的一面或雙面進(jìn)行整體化學(xué)蝕刻。對這些工件的表面首先都必須要進(jìn)行有效的清潔處理。一個(gè)理想的清潔表面必須是除了油脂、防銹層、氧化皮,同時(shí)又洗去了各種標記符號和其他不溶性外來(lái)物質(zhì)的表面。這一清潔作用的目的是為了保證防蝕層在金屬表面的粘附力和蝕刻速率均勻一致所不可缺少的條件。
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水洗的作用

水洗在金屬蝕刻的整個(gè)工藝流程中是采用得做多的一個(gè)步驟,每經(jīng)過(guò)一次處理其后都要進(jìn)行水洗。水洗的目的:1.要洗掉從堿性或酸性溶液中取出的工件表面所附著(zhù)的堿性或酸性液膜代之以清潔的水膜,從而成為清潔的表面;2.工件從一個(gè)工序轉移到下一個(gè)工序時(shí),不至于將上一個(gè)工序的溶液帶到下一個(gè)工序的溶液中。所以,水洗在金屬蝕刻的圈過(guò)程中是左右其產(chǎn)品質(zhì)量的重要過(guò)程。

脫膜原理

?通過(guò)較高濃度的NaOH(1-4%),將其加溫至將50℃左右,NaOH具有強腐蝕性,其與鋼片表面的感光材料發(fā)生化學(xué)反應,將保護鋼片表面的感光材料剝離。

  蝕刻加工的厚度范圍

蝕刻加工的材料厚度;0.02-2.0mm,最佳的蝕刻厚度:0.05-0.5mm.

金屬蝕刻能達到的精度:當材料厚度為T(mén)=0.05時(shí),可開(kāi)最小的孔為:∮=0.1mm;蝕刻孔的直徑∮與材料厚度T的關(guān)系:∮=1.2*T--1.5*T,薄的材料蝕刻的精度高,厚的材料蝕刻的精度低, 蝕刻的過(guò)程是化學(xué)反應變化過(guò)程,材料薄,化學(xué)反應的時(shí)間短,變化過(guò)程管控調整可控,材料厚,蝕刻時(shí)間長(cháng),變化過(guò)程不可控的成份多,精度就差。

 

                                                                                                                                                                                                                                         不銹鋼硬度對照表

         

   不銹鋼硬度換算, 供大家參考
                                                                                                                                                                      

                                                                                                                                                                                                  

 

金屬蝕刻的工藝流程

  開(kāi)料→清洗板材→干膜或涂布→烘干→曝光→ 顯影→烘干→蝕刻→脫膜→檢測包裝

金屬蝕刻工藝流程

蝕刻鋼片的連接點(diǎn)設計

金屬蝕刻連接點(diǎn)案例圖

1、外凸試式

  外凸試連接點(diǎn)設計主要是應用于標牌,手機外殼,產(chǎn)品的外殼等表面鍵,外觀(guān)看上去不可有毛邊、凹點(diǎn)等缺陷。外凸試計也有兩種方式,一種是材料厚度大于0.3時(shí),連接點(diǎn)可以設計為正面半刻,背面才有連接點(diǎn),方便打磨等方式去掉;另一種是厚度小于0.3時(shí),連接點(diǎn)不可半刻,以下圖紙是第一種設計方案! 材料厚度在0.2  以下時(shí), 可以做到無(wú)連接點(diǎn),但需要經(jīng)過(guò)2次蝕刻,導膜, 良率低, 成本會(huì )大大增加, 一般不建議用這種方式.

2、內凹試的連接點(diǎn)

  內凹試連接點(diǎn)設計主要是應用于功能性產(chǎn)品,毛刺凹于產(chǎn)品的邊緣,不影響產(chǎn)品的功能。材料的厚度不同連接點(diǎn)的大小也不同,材料越薄,金屬蝕刻連接點(diǎn)越小,材料越厚,蝕刻連接點(diǎn)越大!厚度在0.2mm以下的,,內凹的寬度在0.5mm,內凹的深度在0.15mm內!    一般產(chǎn)品都會(huì )選擇這種內凹的方式,  部分客戶(hù)還會(huì )對連接點(diǎn)的大小有相關(guān)要求!

蝕刻連接點(diǎn)內凹

蝕刻鋼片的內凹連接點(diǎn)

卓力達專(zhuān)注蝕刻加工、金屬蝕刻、不銹鋼蝕刻、五金蝕刻,是深圳專(zhuān)業(yè)的蝕刻加工商。卓力達電子有限公司為您貼心解決金屬蝕刻工藝的各種問(wèn)題。

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