零件電化學(xué)蝕刻工藝探析

萬 亭

(中航起落架燎原分公司，陜西漢中 723200)

引 言

目前零件標(biāo)識的永久性方法主要有四種，即點式錘擊法、雕刻法、電化學(xué)蝕刻法和鋼印法。由于電蝕刻操作簡便，污染小，字跡工整，在航空工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但電蝕刻后容易出現(xiàn)字體刻不上，深淺不一，達(dá)不到規(guī)范要求的深度，局部越界腐蝕，字跡重影等質(zhì)量問題。本文主要通過實驗，對零件電化學(xué)蝕刻工藝方法做一探討研究。

1 實驗

1.1 實驗原理

電化學(xué)蝕刻原理是將沾有蝕刻液的電極連接到電源陰極上，與覆有非導(dǎo)電模板的待蝕刻陽極零件表面接觸幾秒鐘，通過電化學(xué)腐蝕就可在零件表面得到與非導(dǎo)電模板相同形狀的標(biāo)記。

1.2 實驗儀器與材料

實驗儀器:TDN150電蝕刻電源，要求輸出直流電壓為0～50V，電流為0～200A。計算機(jī)和針式打印機(jī)，測字深度儀。

實驗材料:打字蠟紙，蝕刻液(溶液組成為200g/L氯化銅，150g/L氯化鈉，100mL/L鹽酸)，丙酮，Scotch-Brite墊，氈墊 MIL-F-5656，橡皮筋，醫(yī)用棉花，150mm×100mm×20mm規(guī)格的300M鋼板材。

1.3 工藝過程

電化學(xué)蝕刻工藝過程為:

在蠟紙上打印出符合要求的需蝕刻內(nèi)容→選擇與蝕刻部位匹配的蝕刻筆→根據(jù)蝕刻筆的大小裁剪合適的氈墊MIL-F-5656→用“O”型橡皮筋將墊氈固緊在蝕刻筆的石墨端上→剪、貼蠟紙→潤濕蝕刻筆→開啟電源電蝕刻→蝕刻完切斷電源→清洗。

結(jié)合生產(chǎn)實踐，在300M鋼板上進(jìn)行多次實驗，并對蝕刻結(jié)果進(jìn)行分析，找出了影響電化學(xué)蝕刻的主要因素，并提出了解決辦法。

2 影響電蝕刻質(zhì)量的原因

2.1 影響電蝕刻字跡刻不上的原因

1)電蝕刻前零件表面存在氧化皮和油污。電蝕刻前零件表面都會存在氧化皮和油污，如果清洗不干凈，就會出現(xiàn)蝕刻反應(yīng)不劇烈，嚴(yán)重時甚至產(chǎn)生不反應(yīng)的現(xiàn)象。

2)蝕刻筆和零件之間的導(dǎo)電性差。蝕刻筆石墨陰極上一般都含有松散的碳微粒且蝕刻筆接頭表面存在銹蝕，導(dǎo)致蝕刻筆和零件之間的導(dǎo)電性差，即使電壓很高，蝕刻液足量，零件反應(yīng)仍會出現(xiàn)不連續(xù)或不反應(yīng)的現(xiàn)象。

2.2 影響蝕刻字跡深淺不一的原因

1)人為因素。電蝕刻的整個過程都是手工操作，沒有實現(xiàn)自動化，人為因素在很大程度上影響著電蝕刻的質(zhì)量。如蝕刻時蝕刻筆很難一直保持平穩(wěn)，持筆的力度也不同，用力大時蝕刻字跡深，用力小時蝕刻字跡淺。

2)打印蠟紙針眼不均勻以及個別針眼沒打透。在蝕刻前檢查打印好的蠟紙，通常會出現(xiàn)針眼粗細(xì)不均勻的情況。針眼粗的蠟紙蝕刻液通過多，針眼細(xì)的蠟紙蝕刻液不容易通過，針眼沒打透的蠟紙蝕刻液不能通過，這樣就導(dǎo)致蝕刻字體深淺不一或無字跡。

2.3 影響蝕刻字跡重影的原因

1)蝕刻時蠟紙串動。蝕刻時，蝕刻筆每隔2～3s移動一個循環(huán)，在整個蝕刻過程中，蝕刻筆需在蠟紙上不停的移動，一般約重復(fù)幾百次，在這個過程中蠟紙很容易串動，造成蝕刻重影。

2)貼蠟紙時蠟紙與零件之間滯留氣體。蝕刻蠟紙?zhí)貏e軟，很容易打卷。蝕刻時要求蠟紙鋪平，在零件上鋪蠟紙的過程中，蠟紙下面容易吸附空氣，如果空氣排不干凈，蠟紙容易錯位，造成字體重影。

2.4 影響零件越界腐蝕的原因

1)揭取蠟紙時造成蠟紙非蝕刻區(qū)域破損。在蝕刻過程中，蝕刻液會通過破損的區(qū)域與零件表面接觸從而出現(xiàn)越界腐蝕現(xiàn)象。

2)蝕刻過程中蝕刻液添加量過大。由于蝕刻液添加量過大，導(dǎo)致蝕刻筆接觸到的地方，出現(xiàn)越界腐蝕現(xiàn)象。

3)蝕刻紙剪的太小。蝕刻剪紙僅比要求字樣的區(qū)域邊緣稍大，此時蝕刻液很容易流到蠟紙以外的區(qū)域，由于蝕刻筆到達(dá)的區(qū)域難于控制，故當(dāng)蝕刻筆接觸到這些區(qū)域時，就會出現(xiàn)越界腐蝕現(xiàn)象。

3 解決的方法

對于以上影響電蝕刻質(zhì)量的因素進(jìn)行分析和工藝實驗，總結(jié)出了解決問題的方法。

3.1 解決字跡刻不上的方法

1)有效的去除零件表面的油污和氧化皮。對于油污和氧化皮比較嚴(yán)重的零件，應(yīng)先使用醫(yī)用棉擦洗刻字部位，再使用Scotch-Brite墊手工打磨。一般除油污和打磨的部位要比刻字部位邊界大20～30mm，由于打磨后的氧化物雜質(zhì)不易清除，應(yīng)用壓縮空氣吹掉零件表面的氧化物雜質(zhì)，然后使用丙酮對零件需要蝕刻表面再次擦洗。

對于油污和氧化皮比較少的零件，可以直接用Scotch-Brite墊打磨后，再用丙酮擦洗除油，其除油效果可采用30s水膜連續(xù)性試驗的方法檢查。

2)提高蝕刻筆和零件之間的導(dǎo)電性能。蝕刻筆一般采用石墨陰極，陰極在用氈墊包裹之前，應(yīng)用46μm或更細(xì)的氧化鋁砂紙打磨陰極和蝕刻筆連接頭，以去除石墨陰極上松散的碳微粒以及蝕刻筆連接頭的表面銹蝕，確保良好的導(dǎo)電性。蝕刻前，應(yīng)將蝕刻液緩慢的滴到氈墊上，直到氈墊吸收飽和。蝕刻時，不能用力壓蝕刻筆，以防止蝕刻電極磨損，造成碳渣析出，同時要不斷給蝕刻筆補(bǔ)充適量的蝕刻液，以保證蝕刻筆和零件表面有足夠的蝕刻液，確保良好的導(dǎo)電性。

3.2 解決蝕刻字跡深淺不一的方法

1)杜絕人為因素。人為因素是電蝕刻過程中影響蝕刻質(zhì)量最大的因素。蝕刻時操作者持筆不平，用力不均，導(dǎo)致蝕刻字跡用力大的一邊深，用力小的一邊淺。為了防止蝕刻字跡深淺不一，操作者通過左手持筆和右手持筆來消除用力不均現(xiàn)象，保證字跡深淺均勻。

2)打印蠟紙針眼不均勻以及個別針眼沒打透。打印蠟紙是影響蝕刻質(zhì)量的關(guān)鍵因素，針式打印機(jī)在打印時會出現(xiàn)字跡上的針眼粗細(xì)不一，嚴(yán)重時還會出現(xiàn)針眼打不透等問題。在零件上貼蠟紙前，一定要檢查打印蠟紙針眼。

3.3 解決蝕刻字跡重影的方法

1)一般電蝕刻的t為3～4min，蝕刻時間相對較長，在蝕刻的過程中蠟紙很容易串動，為了避免此現(xiàn)象的發(fā)生，蠟紙貼到零件上以后，在蠟紙和零件接觸的周圍，均勻抹一層水，使蠟紙與零件結(jié)合的比較好，在蝕刻過程中蠟紙則不容易串動。

2)在蝕刻過程中，蠟紙貼在零件表面，目視看不到蝕刻的內(nèi)容，蝕刻字跡的深度以及有沒有刻上字體，只能憑感覺。但是在整個蝕刻過程中，可以根據(jù)零件表面的反應(yīng)劇烈程度，預(yù)測字體深度。由于蠟紙的反復(fù)貼合會使氣泡進(jìn)入，造成蠟紙錯位，影響蝕刻質(zhì)量，故在蝕刻過程中不能頻繁的揭開蠟紙查看蝕刻情況。

3.4 解決蝕刻越界腐蝕的方法

1)在蝕刻過程中經(jīng)常會出現(xiàn)非蝕刻區(qū)域由于蠟紙破損出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，因此操作者在剪蠟紙、貼蠟紙以及蝕刻過程中都要檢查，確保蠟紙不出現(xiàn)有目視可見的小洞或裂縫現(xiàn)象。

2)在剪蠟紙時，剪裁區(qū)域應(yīng)大于蝕刻區(qū)域20～30mm。這樣蝕刻筆、蝕刻液就不會直接與零件接觸，避免越界腐蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生。

另外，新鮮的蝕刻液，干凈的氈墊對保證蝕刻質(zhì)量至關(guān)重要。當(dāng)氈墊不干凈或者無法蝕刻出清晰標(biāo)記時，一定要更換。蝕刻后的零件表面要用蘸有丙酮的無棉擦拭紙清洗，清洗干凈后用打磨塊適當(dāng)打磨蝕刻部位，以保證字跡清晰可辨。

零件表面電蝕刻效果對比如圖1所示。

圖1 蝕刻效果比較

圖1(a)為采用優(yōu)化措施蝕刻的字跡，其深度均勻，清晰可辨，無越界腐蝕，字跡重影等現(xiàn)象，符合要求。

4 結(jié)束語

綜合上述，影響電蝕刻質(zhì)量的主要因素為零件表面存在氧化皮和油污，蝕刻筆和零件之間的導(dǎo)電性差，蝕刻蠟紙打印針眼不均勻或未打透以及使用過程中人為因素產(chǎn)生蠟紙破損等。因此，為了提高電蝕刻的質(zhì)量，應(yīng)處理好蝕刻前的零件表面狀態(tài)，提高蝕刻筆和零件之間的導(dǎo)電性，認(rèn)真檢查蝕刻蠟紙的打印針眼，杜絕人為因素的影響，從而實現(xiàn)蝕刻字跡清晰、均勻、美觀且深度等符合要求的產(chǎn)品。