摘要:研究了不锈钢模具板的化学蚀刻、化学抛光和电镀铬工艺。分析了影响蚀刻、化学抛光和电镀铬质量的因素,得到了化学蚀刻、化学抛光及电镀铬最佳工艺参数和操作规范。该工艺可以用于各种类型不锈钢的化学蚀刻、化学抛光和电镀铬处理。

    关键词:不锈钢;模具板;化学蚀刻;化学抛光;电镀铬

    中图分类号:TG175;TG178;TQ153.11　　　文献标识码:A　

     引　言

    人造木材由于具有色彩鲜艳、图案清晰和价格低廉等优点,而广泛应用于建筑装饰和家具等行业,制约人造木材生产的关键是模具板。利用蚀刻方法能够在不锈钢模具上雕刻出各种花纹图案,提高所加工制件的装饰和美观性能。在蚀刻的基础上进行抛光和电镀铬,不仅可以降低模具的粗糙度,而且可以提高其耐磨性能等。

    不锈钢蚀刻技术分为机械、化学和电化学方法等[1～4],其中化学蚀刻具有工艺简单、操作方便、精度高和生产成本低等优点,适合于批量生产,蚀刻深度为20～200μm。化学蚀刻涉及材料科学、照相制版技术和金属腐蚀与防护等。图纹膜的致密性、耐蚀性和耐热性尤为重要。不锈钢抛光技术分为机械、化学和电化学抛光,其中化学抛光具有工艺简单、操作方便、投资少、生产成本低和适应性强等特点[5,6],化学抛光实际是不锈钢溶解和钝化两种过程相互竞争的结果,抛光质量不仅与不锈钢材质、加工方法、制品大小和结构以及表面状态等有关,而且还与溶液配方和抛光工艺参数有关。化学抛光溶液分为王水型、硫酸型、磷酸型和醋酸-双氧水型等[7],为了改善和提高抛光质量而加入一定量添加剂,添加剂的作用包括缓蚀、整平、增稠、增光、消泡和抑雾等[8]。不锈钢化学抛光分为浸泡、喷淋和涂膏等,浸泡又分为高温、中温和室温抛光[9]。

    目前,我国人造木材行业应用的模具板主要是从欧洲进口,不仅价格昂贵,而且修复困难,因此不锈钢模具板的国产化势在必行。本文针对国产不锈钢板材,研究了化学蚀刻、化学抛光和电镀铬工艺参数。

    1　实　验

    1.1　各种溶液组成

    1)化学除油溶液

               

   1.2　工艺流程和工艺规范

    不锈钢工件→前处理(手工清理,去除毛刺和焊瘤等)→除油(70～80℃,除尽为止)→清洗→干燥→覆盖带有图纹的膜(应具有无孔、耐蚀和耐热)→化学蚀刻(45～50℃,蚀刻速度10～20μm/h)→清洗→脱膜→清洗→化学抛光(25～40℃,1～5h)→清洗→中和(25～40℃,1min)→清洗→电镀铬(阴极电流密度50～60A/dm2,55～60℃)→产品→保护处理→入库。

    2　实验结果与讨论

    2.1　影响蚀刻的因素

    1)FeCl3的质量浓度　

    在蚀刻温度为50℃和盐酸为12mL/L条件下实验:a.FeCl3质量浓度不仅影响蚀刻速度,而且影响蚀刻质量。当FeCl3小于600g/L时,蚀刻速度慢,很难达到蚀刻效果;b.当FeCl3在600～900g/L范围内,蚀刻速度随FeCl3质量浓度的增加而增大;c.当FeCl3质量浓度大于900g/L时,不仅蚀刻速度随着FeCl3质量浓度的增加而减小,而且蚀刻面出现不均匀现象,蚀刻面大时尤为明显,这是由于蚀刻产物在蚀刻面上结晶析出所致。综合考虑,对于奥氏体不锈钢,FeCl3质量浓度应控制为660～850g/L。另外,搅拌有利于蚀刻产物的溶解,但是搅拌速度太快会引起图纹膜脱落。

    2)盐酸的质量浓度　不锈钢的蚀刻速度随溶液酸度增加而增大,因此在蚀刻溶液中加入一定量盐酸、磷酸或硫酸等有利于提高蚀刻速度,同时可以避免Fe3+水解。实验结果显示,采用8～20mL/L的盐酸效果较好。

    3)蚀刻温度　蚀刻温度不仅影响蚀刻速度,而且影响蚀刻面的光泽度、平整性和图纹膜的稳定性。从动力学角度考虑,蚀刻速度随着温度升高而增大,但是温度太高,蚀刻面粗糙度增大和咬边现象明显。综合考虑蚀刻速度、蚀刻效果和图纹膜的热稳定性等,控制蚀刻温度在45～50℃范围内为宜。

   4)蚀刻溶液维护　随着蚀刻反应的进行,蚀刻速度逐渐减小。在蚀刻过程中,及时补加盐酸和双氧水使蚀刻溶液再生,保证FeCl3的氧化电位大于540mV。

    随着蚀刻的进行,溶液中Cr3+和Ni2+浓度不断增大,当浓度增大于一定值后,无论怎样调整也达不到蚀刻效果,此时应弃掉重新配置。另外,在蚀刻过程中及时补加盐酸和用空气搅拌也能起到维护蚀刻溶液的作用。