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影响金属蚀刻过程及质量的因素

作者: 编辑: 来源: 发布日期: 2019.05.06
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影响金属蚀刻过程及质量的因素

影响金属蚀刻过程及质量的因素


(一)金属材料的影响

金属材料的种类、型号及金相组织结构都对蚀刻的过程及质量有很大的影响。单纯的金属如纯铜、纯铁等由于没有其他金属成分的干扰与影响,所以在蚀刻过程中的溶解及反应都比较简单,表面溶解比较均匀,蚀刻相对比较光滑。对含有各种元素成分的合金材料就比较复杂,由于合金元素与本体主要金属成分在蚀刻过程中形成多种的微观腐蚀电池,其反应比较复杂,影响金属蚀刻过程的溶解速度和均匀程度,影响程度的好坏决定材料的成分及金相组织结构。只要能针对蚀刻材料的情况,选择出适合于该种材料蚀刻的溶液配方、成分及工艺条件,不同种类的金属或合金材料也是可以获得满意的蚀刻质量和效果的。例如冷作硬化处理过的铜及其合金、碳化物完全溶解的淬火奥氏体不锈钢、纯铝、铬钨锰钢等金属。

材料比较容易蚀刻,并可得到有强烈光泽和表面粗糙度均匀的蚀刻面,蚀刻质量比较好。相反,对一些高合金钢、铸铁,特别是石墨化铸铁、含硅量很高的铁基合金、灰口铸铁等,这些材料蚀刻后的表面可能比较粗糙而无光泽,可以推断提高金属材料金相组织的均匀性、增加表面的冷作硬化可以改变材料的蚀刻性能和质量,但如果材料中析出新的金相、金属间有新的化合物或非金属组织时,材料的蚀刻性能可能变坏,蚀刻质量不能保证。

(二)金属蚀刻表面状态的影响

金属的表面状态对蚀刻的质量有很大的直接影响,表面越平坦、光滑,蚀刻的面也越均匀平滑,反之,则粗糙不平。粗糙不平的原始表面在蚀刻之前可以通过机械加工的方法整平,如磨削、车削、研磨、抛光等进行处理,达到整平、除锈、除膜、变形层的目的,然后还可以通过化学抛光、电解抛光等进一步精饰。如果不进行处理,即使金属材料的金相组织很均匀、纯度很高,也难以保证蚀刻的质量。

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(三)蚀刻溶液的成分及状态的影响

蚀刻溶液的成分及配方与蚀刻的过程及质量有直接的关系,起决定性的作用。目前尚未有明确的用于指导蚀刻溶液配制及比例的理论,主要是根据前人的经验及生产实践的总结配方。每种配方都是相对于某种金属材料使用的,不可能用于各种材料。不过主要的成分应包括腐蚀剂、氧化剂、整平光亮剂及其他的添加剂等,使蚀刻剂和金属接触以后能以较快的溶解速度进行,并生成可溶性腐蚀产物,不能附着在蚀刻表面产生屏蔽钝化。腐蚀溶解要均匀、平整。同时,金属的蚀刻过程要能够控制掌握,不能一发而不可收拾。

(四)蚀刻过程的操作条件 

1.溶液的温度

溶液的温度对蚀刻的过程影响很大,温度愈高,反应速度愈快,蚀刻的速度愈快,但温度过高,反应速度过快,使过程难以掌握及控制。反应过快,容易生成粗糙不平的表面,溶液的挥发大,

蒸发量增大,恶化环境,同时溶液消耗量大,寿命短。但温度过低,溶解反应缓慢,蚀刻时间变得很长,生产效率低,产量低,经济效益低。因此要通过试验,找出适当的温度控制范围,并在操作中严格执行。

2.蚀刻溶液的流动状态

蚀刻过程就是金属的腐蚀溶解过程。溶液的搅拌可以增加对流,有利于金属不断地与新的溶液接触并反应,同时也有利于腐蚀产物的转移,这样可以增强蚀刻的进程,有利于蚀刻的进行,因此,可以通过通压缩空气或人工搅拌来增加溶液的流动性,改变溶液的流动状态,从而蚀刻可以顺利进行。

3.蚀刻电流密度的影响

在电解刻蚀过程中,需要通过电流来溶解金属。根据法拉第定律,通过的电流量与金属的溶解量成正比。因此在正常的情况下,电流密度大,金属的溶解速度快、效率高,蚀刻所需要的时间短。但是电流密度过高,溶解速度太快,腐蚀产物来不及清,会积累在蚀刻表面,严重时会产生钝化现象,特别是对一些易钝化的金属材料。此外,电流密度高也易造成蚀刻面粗糙不平或不够平滑光亮,所以控制在一定的合理范围内,这需要根据不同的金属材料、采用的溶液配方及其他工艺条件共同考虑,并通过试验后决定。

除此之外,蚀刻还和所采用的工艺方法有关。上述主要是针对化学蚀刻和电化学蚀刻方法中的主要参数而言。至于采用激光蚀刻或超声波蚀刻时,则还需要考虑激光发射及超声波发射参数与蚀刻效果和质量的关系,要找到合适的操作参数才能取得效果。


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