专利名称：一种蚀刻方法及其所用蚀刻抛光液的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对金属制品进行蚀刻加工的方法以及所述方法中所用的蚀刻抛光液，尤其是一种对具有平面和与所述平面连接的圆弧曲面的金属制品进行蚀刻加工的方法以及所述方法中所用的蚀刻抛光液。
背景技术：
微细化学蚀刻的加工方法用于金属表面花纹、图案加工、PCB开发板、微电子机械系统等的制造过程。通常，先在工件表面掩膜相应图案，再通过蚀刻加工出表面微观结构和复杂的微细结构，蚀刻加工具有工艺流程简单、加工效率高、成本低等优点，广泛应用于生产。由于模具钢具有良好的硬度和抛光性，微细蚀刻加工后的图案纹路细致、美观，表面效果优良，不存在传统机械加工中因应力存在造成的微结构尺寸形貌变差的缺陷，因此对于模具钢材料的金属制品，微细蚀刻兼顾了效率和蚀刻效果。微细化学蚀刻法的原理是通过蚀刻液与加工材料的化学作用达到去除材料，微结构加工成型的过程，在蚀刻过程中，通过控制相关工艺参数，如蚀刻时间、蚀刻液温度、蚀刻液喷淋压力等参数，达到要求的蚀刻深度和形貌结构。传统的蚀刻加工能够较好的保证蚀刻所形成凹坑入口尺寸和蚀刻深度的一致均匀性，达到较好的尺寸精度和结构特征，但是对于具有平面和与所述平面连接的圆弧曲面的金属制品，在圆弧边缘过渡面上会造成微结构由有到无的突变，平面到曲面之间形成的微结构缺乏良好的过渡性，衔接效果较差，所形成的微结构的视觉和触觉效果较差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种能够使金属制品平面到曲面之间形成的微结构具有良好的过渡性、衔接效果较好的蚀刻加工方法。为实现上述目的，本发明采取的技术方案为:一种蚀刻方法，所述蚀刻方法用于具有平面和与所述平面连接的圆弧曲面的金属制品表面的蚀刻加工，包括以下步骤:( 1)掩膜处理:在所述金属制品的平面和曲面上涂覆多个方形掩膜块，所述平面上掩膜块边长大小均匀一致，所述平面与曲面连接处的掩膜块边长小于平面上的掩膜块，所述曲面上的掩膜块边长由平面与曲面的连接处到曲面的边缘处逐渐减小，相邻两个掩膜块之间的间隙为掩膜间隙，所述掩膜间隙由平面的中心到平面与曲面的连接处、再到曲面的边缘处逐渐减小；(2)蚀刻加工:将掩膜后的金属制品置于蚀刻机中进行蚀刻加工，从蚀刻机喷嘴中喷出的蚀刻液的压力为0.2 0.4psi，蚀刻时间为3 IOmin ；(3)脱膜:将蚀刻后的金属制品清洗脱膜，去除掩膜块；(4) 二次处理:将脱膜后的金属制品放到抛光液中浸泡，然后清洗即可。本发明中采用的是掩膜蚀刻的加工方法，在金属制品表面先进行掩膜处理，合理选择掩膜块和掩膜间隙尺寸，通过蚀刻液喷淋方式对金属制品表面进行定域性蚀刻。掩膜块可以保证掩膜覆盖区域不与蚀刻液接触，不发生蚀刻反应，蚀刻反应优先发生在未掩膜的掩膜间隙区域，在掩膜间隙的垂直方向和侧向发生快速蚀除反应，形成一定深度和宽度的凹坑，而被掩膜块覆盖的区域形成凸起状结构，整体表面形成凸凹起伏的连续性阵列结构。本发明所述方法中，所述步骤(I)对掩膜块和掩膜间隙的尺寸进行了调整，对于掩膜块的尺寸，平面上掩膜块的边长大小均匀一致，所述平面与曲面连接处的掩膜块边长小于平面上的掩膜块，所述曲面上的掩膜块边长由平面与曲面的连接处到曲面的边缘处逐渐减小；对于掩膜间隙的尺寸，掩膜间隙由平面的中心到平面与曲面的连接处、再到曲面的边缘处逐渐减小。对掩膜后的金属制品采用喷淋蚀刻方式进行蚀刻加工，控制喷淋的蚀刻液压力和蚀刻时间，对金属制品进行蚀刻加工，达到要求的蚀刻深度，此时在金属制品平面和曲面上形成的微结构凸起宽度基本保持一致，而凹坑深度由平面向曲面的边缘处逐步减小，所形成的微结构呈现出渐变的形貌特征。这是因为在蚀刻加工的初始阶段，在平面和曲面上蚀刻形成的凹坑深度较小，此时蚀刻液更新容易，蚀刻反应充分，不同掩膜间隙尺寸下的蚀刻深度增加速率相同。当蚀刻深度继续增大，掩膜间隙较小的区域对蚀刻液的阻碍作用增大，蚀刻液更新困难，同时蚀刻产物在蚀刻形成的凹坑中的沉积进一步阻碍了蚀刻反应的发生，导致掩膜间隙较小地方蚀刻深度的增加速率变小，而掩膜间隙较大的区域蚀刻反应受影响较小。因而，在相同蚀刻时间内，掩膜间隙尺寸小的区域蚀刻深度较小。同时，对于所形成的凹坑深度较小的掩膜间隙小的区域，蚀刻液对金属制品的侧向蚀除作用较小，侧蚀量小，因此金属制品平面上凸起的侧蚀量大于圆弧曲面，因此虽然平面上掩膜块的边长大于曲面上掩膜块边长，但是最终蚀刻加工后曲面上的凸起宽度与平面上的凸起宽度基本保持一致，所形成的凸起的尺寸均匀性较好。通过对掩膜块和掩膜间隙尺寸的调整控制，能够在金属制品的平面和曲面蚀刻加工凸起结构尺寸基本一致、而凹坑的蚀刻深度渐变的连续性微结构。然后对蚀刻加工后的金属制品进行脱膜及二次处理，蚀除所形成的凸起的棱边，达到较小蚀刻表面的粗糙度、提高光洁度的要求。最终形成的凸凹起伏的微结构，凸起宽度尺寸基本一致，凹坑蚀刻深度由平面向圆弧曲面逐步减小的微结构，整体结构的过渡性和衔接效果较好，具有更好的视觉和触觉效果。所述掩膜块选用不与蚀刻液发生反应的材料，例如感光蓝油，具有较好的耐酸性和粘附性。 一般地，蚀刻加工的金属制品(常为模具钢制品)表面呈暗黑色，无光泽，加工面的粗糙度较大，表面平整度差，影响到微细蚀刻加工的效果和表面形貌。主要原因是喷淋蚀刻加工表面不同区域的蚀除作用存在差异，加工面不平整，同时蚀刻产物和相关金属氧化物在加工表面沉积，未得到及时的清除，导致呈现暗黑色、光泽度较差的现象。为达到蚀刻表面凸凹结构达到平缓的连续性过渡和一定的粗糙度和光洁度要求，故需采用步骤(4) 二次处理，使用抛光液对喷淋蚀刻加工过的金属制品表面进行抛光作用。抛光液的作用分为两个方面，一是能起到对金属制品表面微结构的二次蚀除作用，能够达到快速微量的蚀除效果，对凸起的棱边进行蚀除，形成平滑的过渡形貌特征；另外，能对金属制品中某些难溶的金属及其氧化物产生蚀除作用，金属制品的表面发生均匀性微量溶解，从而达到平整的效果，减小粗糙度，保证蚀除过程平缓，反应产物溶解，使加工表面产生一定光泽，光洁度得到提闻。
作为本发明所述蚀刻方法的优选实施方式，所述步骤(I)中平面与曲面连接处的掩膜块边长为平面上掩膜块边长的4/5 9/10，曲面边缘处的掩膜块边长为平面上掩膜块边长的3/5 7/10。作为本发明所述蚀刻方法的更优选实施方式，所述步骤(I)中平面与曲面连接处的掩膜间隙为平面中心掩膜间隙的3/4 4/5，曲面边缘处的掩膜间隙为平面中心掩膜间隙的1/2 3/5。发明人经过摸索发现，当所述金属制品平面和曲面上掩膜块和掩膜间隙的尺寸按照上述比例控制时，最终加工形成的凸凹起伏的微结构中，凸起的宽度尺寸更加均匀，凹坑的蚀刻深度渐变性更好，整体结构的过渡性和衔接效果更好。作为本发明所述蚀刻方法的优选实施方式，所述平面中心处掩膜间隙为掩膜块边长的1/4 1/3。作为本发明所述蚀刻方法的优选实施方式，所述步骤(2)蚀刻加工中所用的蚀刻液包含以下重量百分比的组分:三氯化铁20 30%、盐酸5 10%、氯化钠5 10%，余量为水。当所述蚀刻液由上述所述质量百分比的组分组成时，在传统采用三氯化铁为蚀刻液主要成分的基础上，加入了盐酸和氯化钠，Fe3+与金属制品(一般为模具钢制品)的主要成分Fe发生反应，对加工表面产生蚀除作用；盐酸中的H+可以提高溶液酸性，如果蚀刻液的酸性太低，会导致金属制品表面已经氧化的物质来不及溶解到蚀刻液中，金属制品的表面会因为氧化物的存在变黑，阻碍蚀刻的进行；同时，溶液中Fe2+ (Fe3+)会在碱性条件下产生沉淀影响蚀刻的进一步进行，故需要加入酸，避免沉淀物的产生。盐酸还可以在一定程度上提高蚀刻反应的速率，当蚀刻液中盐酸质量在一定范围内变化时，反应的速率会有明显的增快。氯化钠和盐酸中的Cl—是一种络合剂，与蚀刻金属成分中难溶的镍、硅等离子结合，生成可溶性盐，增强了蚀刻液对金属的蚀除能力，提高反应速率，同时使得整个蚀刻体系具有蚀刻速率稳定、蚀刻均匀的优点，又因为Cl—易补充，易再生，成本较低，通过添加氯化钠即可，如果溶液中Cl—的浓度偏低，会使蚀刻速率变低，溶液中出现沉淀物，同样影响蚀刻加工效果。cr的浓度配合喷淋的压力便于对掩膜微细蚀刻中侧蚀量的控制，对凸凹微结构中平缓过渡具有重要作用。因此，该蚀刻液能较好的控制侧蚀，蚀刻速率高，容易补充消耗。蚀刻加工时，将配置好的蚀刻液注入蚀刻机的储液箱中，掩膜处理好的金属制品置于加工平台上，蚀刻液采用喷淋方式对金属制品的平面和曲面进行喷淋式加工，喷出的蚀刻液的形状优选扇形，可以均匀`喷洒，所述蚀刻液适用于图案掩膜处理的金属制品表面选择性微细蚀刻加工，在金属制品的表面加工出相应的图形和文字，蚀刻深度可控范围较大，蚀刻过程稳定，加工效果好，效率高，能满足生产线的加工需求，无需经常更换溶液。当所述蚀刻液采用上述所述质量配比的组分时，该蚀刻液能够满足到达一定蚀刻尺寸精度的工艺要求，侧蚀量较小，尺寸偏差较小，能加好适用于精细蚀刻的要求。蚀刻过程的定域性较好，蚀刻主要发生在无掩膜块覆盖的区域，在一定喷淋压力和加工控制条件下，能够快速进行蚀刻，这样能较好的减小从掩膜区域向未掩膜区域发生的侧蚀，加工出的微结构的尺寸精度较高。蚀刻过程易于控制，金属制品表面形成凸凹起伏的连续微结构，凹坑处圆弧过渡，截面呈正弦波的波谷状，凸起呈四棱柱，截面为梯形，凸起连接处有明显的棱边，起伏结构的均匀性好，过渡良好。所述配方组成的蚀刻液可以在工业加工达到较高的尺寸要求，力口工速率平稳，蚀刻均匀，金属制品表面微结构形貌结构较好。作为本发明所述蚀刻方法的优选实施方式，所述蚀刻采用以下方法制备而成:称取三氯化铁、硝酸、氯化钠和水，先将三氯化铁溶于水中，得预混液，待所述预混液冷却至室温，再加入硝酸和氯化钠，混合均匀后即得蚀刻液。因为所采用的热溶性三氯化铁粉末，溶解时会释放出大量的热，导致溶液温度升高，因此要先将三氯化铁溶于水中形成预混液，等预混液的温度冷却后，再加入相应量的盐酸和氯化钠，将溶液混合均匀，最终混合的溶液即可用于蚀刻加工。作为本发明所述蚀刻方法的优选实施方式，所述步骤(3)采用碱性溶液对蚀刻后的金属制品进行脱膜。作为本发明所述蚀刻方法的更优选实施方式，所述步骤(3)脱膜所用的碱性溶液为NaOH溶液。所述脱膜就是将涂覆有掩膜块的金属制品放在如NaOH等碱性溶液中，将掩膜块从金属制品表面去掉。作为本发明所述蚀刻方法的优选实施方式，所述步骤(4)中所用的抛光液含有以下质量百分比的组分:氢氟酸2 5%、双氧水10 20%、磷酸2 5%,余量为水。将一定量的氢氟酸、双氧水、磷酸分别加入水中，使溶液混合均匀，即得所述抛光液。使用所述抛光液对蚀刻加工后的金属制品进行处理时，一般采用浸液式加工。其中的氢氟酸为腐蚀剂，F_具有较强的蚀除活性，能够较快的破坏加工表面的钝化膜，对微凸起优先溶解，将金属制品表面难溶的金属基氧化物溶解，去除表面较微小的不平度，起到表面平整的效果。双氧水为腐蚀剂和氧化剂，能将金属制品中难溶的金属及其氧化物溶解，对加工面进行微量的蚀除效果，同时具有的氧化性能在加工表面产生钝化膜，微凹坑表面呈钝性被保护，在一定程度上抑制了金属的蚀除作用，保证了微量蚀除作用的平缓发生。磷酸作为抛光液中的缓蚀剂，在一定程度上阻碍了氢氟酸、双氧水与金属的接触，防止过腐蚀，较好抑制了蚀除作用，保证加工面蚀除反应的平缓发生，同时磷酸的缓蚀作用导致加工面钝化膜的成型速率略小于溶解速率，从而达到表面光亮的效果。作为本发明所述蚀刻方法的优选实施方式，所述步骤(4)中金属制品在抛光液中浸泡的时间为2 5min。抛光时间要严格控制，抛光时间不宜过长，避免金属制品表面过腐蚀，造成的加工效果变差。发明人发现，当抛光时间为2 5min时,加工效果较好。
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上述所述的金属制品金属材料制品，例如不锈钢制品、模具钢制品等。本发明所述蚀刻方法，通过对金属制品表面掩膜块和掩膜间隙尺寸的控制，能够在金属制品的平面和圆弧曲面形成凸凹起伏的连续微结构，凹坑的深度从平面的中心到曲面的边缘逐渐减小，凹坑截面呈正弦波的波谷状圆弧，凸起物明显棱边，凸起转接处平滑过渡，凸起的截面近似四棱柱状。本发明所述蚀刻方法蚀刻加工后的金属制品表面，整体结构过渡平缓，凹坑深度由平面向圆弧曲面边缘逐步变浅，微结构呈现从有到无逐渐过渡性的衔接，具备较好的视觉和触觉效果，能够满足更好的防滑性能和美观要求，而且蚀刻表面的粗糙度较小，光洁度较好，能够很好的满足后续加工要求。
图1为本发明所述蚀刻方法中对金属制品掩膜后的结构示意图。图2为图1所示掩膜后的金属制品的断面结构示意图。图3为采用均匀掩膜蚀刻加工后的金属制品的断面结构示意图。图4为采用本发明所述方法蚀刻加工后金属制品的断面结构示意图。其中，10为金属制品、12为平面、14为曲面、20为掩膜块、30为凸起、32为凹坑。
具体实施例方式为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。本发明一种蚀刻方法，所述蚀刻方法用于具有平面和与所述平面连接的圆弧曲面的金属制品表面的蚀刻加工，包括以下步骤:(I)掩膜处理:在所述金属制品的平面和曲面上涂覆多个方形掩膜块，所述平面上掩膜块边长大小均匀一致，所述平面与曲面连接处的掩膜块边长小于平面上的掩膜块，所述曲面上的掩膜块边长由平面与曲面的连接处到曲面的边缘处逐渐减小，相邻两个掩膜块之间的间隙为掩膜间隙，所述掩膜间隙由平面的中心到平面与曲面的连接处、再到曲面的边缘处逐渐减小；(2)蚀刻加工:将掩膜后的金属制品置于蚀刻机中进行蚀刻加工，从蚀刻机喷嘴中喷出的蚀刻液的压力为0.2 0.4psi，蚀刻时间为3 IOmin ；(3)脱膜:将蚀刻后的金属制品清洗脱膜，去除掩膜块；(4) 二次处理:将脱膜后的金属制品放到抛光液中浸泡，然后清洗即可。本发明中采用的是掩膜蚀刻的加工方法，在金属制品表面先进行掩膜处理，合理选择掩膜块和掩膜间隙尺寸，通过蚀刻液喷淋方式对金属制品表面进行定域性蚀刻。掩膜块可以保证掩膜覆盖区域不与蚀刻液接触，不发生蚀刻反应，蚀刻反应优先发生在未掩膜的掩膜间隙区域，在掩膜间隙的垂直方向和侧向发生快速蚀除反应，形成一定深度和宽度的凹坑，而被掩膜块覆盖的区域形成凸起状结构，整体表面形成凸凹起伏的连续性阵列结构。本发明所述方法中，所述步骤(I)对掩膜块和掩膜间隙的尺寸进行了调整，如附图1和2所示，对于掩膜块20的尺寸，平面12上掩膜块20的边长大小均匀一致，所述平面12与曲面14连接处的掩膜块20边长小于平面12上的掩膜块20，所述曲面14上的掩膜块20边长由平面12与曲面14的连接处到曲面14的边缘处逐渐减小；对于掩膜间隙的尺寸，掩膜间隙由平面12的中心到平面12与曲面14的连接处、再到曲面14的边缘处逐渐减小。对掩膜后的金属制品10采用喷淋蚀刻方式进行蚀刻加工，控制喷淋的蚀刻液压力和蚀刻时间，对金属制品10进行蚀刻加工，达到要求的蚀刻深度，此时在金属制品10平面12和曲面14上形成的微结构凸起30宽度基本保持一致，如附图4所示，而凹坑32深度由平面12向曲面14的边缘处逐步减小，所形成的微结构呈现出渐变的形貌特征。这是因为在蚀刻加工的初始阶段，在平面和曲面上蚀刻形成的凹坑深度较小，此时蚀刻液更新容易，蚀刻反应充分，不同掩膜间隙尺寸下的蚀刻深度增加速率相同。当蚀刻深度继续增大，掩膜间隙较小的地方对蚀刻液的阻碍作用增大，蚀刻液更新困难，同时蚀刻产物在蚀刻形成的凹坑中的沉积进一步阻碍了蚀刻反应的发生，导致掩膜间隙较小地方蚀刻深度的增加速率变小，而掩膜间隙较大的区域蚀刻反应受影响较小。因而，在相同蚀刻时间内，掩膜间隙尺寸小的区域蚀刻深度较小。同时，对于所形成的凹坑深度较小的掩膜间隙小的区域，蚀刻液对金属制品的侧向蚀除作用较小，侧蚀量小，因此金属制品平面上凸起的侧蚀量大于圆弧曲面，因此虽然平面上掩膜块的边长大于曲面上掩膜块边长，但是最终蚀刻加工后曲面上的凸起宽度与平面上的凸起宽度基本保持一致，所形成的凸起的尺寸均匀性较好。通过对掩膜块和掩膜间隙尺寸的调整控制 ，能够在金属制品的平面和曲面蚀刻加工凸起结构尺寸基本一致、而凹坑的蚀刻深度渐变的连续性微结构。然后对蚀刻加工后的金属制品进行脱膜及二次处理，蚀除所形成的凸起的棱边，达到较小蚀刻表面的粗糙度、提高光洁度的要求。最终形成的凸凹起伏的微结构，凸起宽度尺寸基本一致，凹坑蚀刻深度由平面向圆弧曲面逐步减小的微结构，整体结构的过渡性和衔接效果较好，具有更好的视觉和触觉效果。所述掩膜块选用不与蚀刻液发生反应的材料，例如感光蓝油，具有较好的耐酸性和粘附性。较佳地，所述步骤(I)中平面与曲面连接处的掩膜块边长为平面上掩膜块边长的4/5 9/10，曲面边缘处的掩膜块边长为平面上掩膜块边长的3/5 7/10。例如，假定平面处掩膜块的边长为a，则平面与曲面连接处的掩膜块边长为4/5 9/10a，从平面与曲面连接处到曲面的边缘处掩膜块的边长逐渐减小，直至曲面边缘处的掩膜块的边长为3/5 7/10。更佳地，所述步骤(I)中平面与曲面连接处的掩膜间隙为平面中心掩膜间隙的3/4 4/5，曲面边缘处的掩膜间隙为平面中心掩膜间隙的1/2 3/5。例如，假定平面中心处的掩膜间隙为b，则由平面中心处到平面与曲面连接处的掩膜间隙逐渐减小，至平面与曲面连接处的掩膜间隙为3/4 4/5b，而从平面与曲面连接处到曲面边缘处的掩膜间隙也逐渐减小，至曲面边缘处的掩膜间隙为1/2 3/5b。较佳地，所述平面中心处掩膜间隙为掩膜块边长的1/4 1/3。当平面中心处掩膜间隙为掩膜块边长的1/4 1/3时，蚀刻加工后金属制品表面形成的微结构整体过渡性更好。较佳地，所述步骤(2)蚀刻加工中所用的蚀刻液包含以下重量百分比的组分:三氯化铁20 30%、盐酸5 10%、氯化钠5 10%，余量为水。当所述蚀刻液由上述所述质量百分比的组分组成时，在传统采用三氯化铁为蚀刻液主要成分的基础上，加入了盐酸和氯化钠，Fe3+与金属制品(一般为模具钢制品)的主要成分Fe发生反应，对加工表面产生蚀除作用；盐酸中的H+可以提高溶液酸性，如果蚀刻液的酸性太低，会导致金属制品表面已经氧化的物质来不及溶解到蚀刻液中，金属制品的表面会因为氧化物的存在变黑，阻碍蚀刻的进行；同时，溶液中Fe2+ (Fe3+)会在碱性条件下产生沉淀影响蚀刻的进一步进行，故需要加入酸，避免沉淀物的产生。·盐酸还可以在一定程度上提高蚀刻反应的速率，当蚀刻液中盐酸质量在一定范围内变化时，反应的速率会有明显的增快。氯化钠和盐酸中的Cl—是一种络合剂，与蚀刻金属成分中难溶的镍、硅等离子结合，生成可溶性盐，增强了蚀刻液对金属的蚀除能力，提高反应速率，同时使得整个蚀刻体系具有蚀刻速率稳定、蚀刻均匀的优点，又因为Cl—易补充，易再生，成本较低，通过添加氯化钠即可，如果溶液中Cl—的浓度偏低，会使蚀刻速率变低，溶液中出现沉淀物，同样影响蚀刻加工效果。cr的浓度配合喷淋的压力便于对掩膜微细蚀刻中侧蚀量的控制，对凸凹微结构中平缓过渡具有重要作用。因此，该蚀刻液能较好的控制侧蚀，蚀刻速率高，容易补充消耗。蚀刻加工时，将配置好的蚀刻液注入蚀刻机的储液箱中，掩膜处理好的金属制品置于加工平台上，蚀刻液采用喷淋方式对金属制品的平面和曲面进行喷淋式加工，喷出的蚀刻液的形状优选扇形，可以均匀喷洒，所述蚀刻液适用于图案掩膜处理的金属制品表面选择性微细蚀刻加工，在金属制品的表面加工出相应的图形和文字，蚀刻深度可控范围较大，蚀刻过程稳定，加工效果好，效率高，能满足生产线的加工需求，无需经常更换溶液。当所述蚀刻液采用上述所述质量配比的组分时，该蚀刻液能够满足到达一定蚀刻尺寸精度的工艺要求，侧蚀量较小，尺寸偏差较小，能加好适用于精细蚀刻的要求。蚀刻过程的定域性较好，蚀刻主要发生在无掩膜块覆盖的区域，在一定喷淋压力和加工控制条件下，能够快速进行蚀刻，这样能较好的减小从掩膜区域向未掩膜区域发生的侧蚀，加工出的微结构的尺寸精度较高。蚀刻过程易于控制，金属制品表面形成凸凹起伏的连续微结构，凹坑处圆弧过渡，截面呈正弦波的波谷状，凸起呈四棱柱，截面为梯形，凸起连接处有明显的棱边，起伏结构的均匀性好，过渡良好。所述配方组成的蚀刻液可以在工业加工达到较高的尺寸要求，力口工速率平稳，蚀刻均匀，金属制品表面微结构形貌结构较好。所述蚀刻采用以下方法制备而成:称取三氯化铁、硝酸、氯化钠和水，先将三氯化铁溶于水中，得预混液，待所述预混液冷却至室温，再加入硝酸和氯化钠，混合均匀后即得蚀刻液。因为所采用的热溶性三氯化铁粉末，溶解时会释放出大量的热，导致溶液温度升高，因此要先将三氯化铁溶于水中形成预混液，等预混液的温度冷却后，再加入相应量的盐酸和氯化钠，将溶液混合均匀，最终混合的溶液即可用于蚀刻加工。较佳地，所述步骤(3)采用碱性溶液对蚀刻后的金属制品进行脱膜。作为本发明所述蚀刻方法的更优选实施方式，所述步骤(3)脱膜所用的碱性溶液为NaOH溶液。所述脱膜就是将涂覆有掩膜块的金属制品放在如NaOH等碱性溶液中，将掩膜块从金属制品表面去掉。一般地，蚀刻加工的金属制品(常为模具钢制品)表面呈暗黑色，无光泽，加工面的粗糙度较大，表面平整度差，影响到微细蚀刻加工的效果和表面形貌。主要原因是喷淋蚀刻加工表面不同区域的蚀除作用存在差异，加工面不平整，同时蚀刻产物和相关金属氧化物在加工表面沉积，未得到及时的清除，导致呈现暗黑色、光泽度较差的现象。为达到蚀刻表面凸凹结构达到平缓的连续性过渡和一定的粗糙度和光洁度要求，故需采用步骤(4) 二次处理，使用抛光液对喷淋蚀刻加工过的金属制品表面进行抛光作用。抛光液的作用分为两个方面，一是能起到对金属制品表面微结构的二次蚀除作用，能够达到快速微量的蚀除效果，对凸起的棱边进行蚀除，形成平滑的过渡形貌特征；另外，能对金属制品中某些难溶的金属及其氧化物产生蚀除作用，金属制品的表面发生均匀性微量溶解，从而达到平整的效果，减小粗糙度，保证蚀除过程平缓，反应产物溶解，使加工表面产生一定光泽，光洁度得到提闻。`较佳地，所述步骤(4)中所用的抛光液含有以下质量百分比的组分:氢氟酸2 5%、双氧水10 20%、磷酸2 5%，余量为水。将一定量的氢氟酸、双氧水、磷酸分别加入水中，使溶液混合均匀，即得所述抛光液。使用所述抛光液对蚀刻加工后的金属制品进行处理时，一般采用浸液式加工。其中的氢氟酸为腐蚀剂，F—具有较强的蚀除活性，能够较快的破坏加工表面的钝化膜，对微凸起优先溶解，将金属制品表面难溶的金属及氧化物溶解，去除表面较微小的不平度，起到表面平整的效果。双氧水为腐蚀剂和氧化剂，能将金属制品中难溶的金属及其氧化物溶解，对加工面进行微量的蚀除效果，同时具有的氧化性能在加工表面产生钝化膜，微凹坑表面呈钝性被保护，在一定程度上抑制了金属的蚀除作用，保证了微量蚀除作用的平缓发生。磷酸作为抛光液中的缓蚀剂，在一定程度上阻碍了氢氟酸、双氧水与金属的接触，防止过腐蚀，较好抑制了蚀除作用，保证加工面蚀除反应的平缓发生，同时磷酸的缓蚀作用导致加工面钝化膜的成型速率略小于溶解速率，从而达到表面光亮的效果。更佳地，所述步骤(4)中金属制品在抛光液中浸泡的时间为2 5min。抛光时间要严格控制，抛光时间不宜过长，避免金属制品表面过腐蚀，造成的加工效果变差。发明人发现，当抛光时间为2 5min时,加工效果较好。如附图3所示采用均匀掩膜蚀刻加工后的金属制品的断面结构示意图，图3中的金属制品10掩膜处理时，金属制品10平面和曲面上的掩膜块边长均相同，而且平面和曲面上掩膜间隙的尺寸也均相同，当采用此种方式进行掩膜，其他步骤均与本发明所述方法相同时，最终蚀刻加工后的金属制品10的断面结构如附图3所示，由附图3可看出，金属制品10平面上形成的凹坑32和凸起30均匀一致，而金属制品10的曲面上的凹坑32深度逐渐变浅，平面与曲面连接处的凸起30和凹坑32过渡性衔接效果不佳，整体的视觉和触觉效果也较差。对比附图4采用本发明所述方法蚀刻加工后金属制品表面的断面结构示意图，由附图4可看出，采用本发明所述方法蚀刻加工后的金属制品10表面，形成凸凹起伏的连续微结构，凹坑32的深度从平面的中心到曲面的边缘逐渐减小，凹坑32截面呈正弦波的波谷状圆弧，凸起30无明显棱边，凸起30转接处平滑过渡，凸起30的截面近似四棱柱状，整体结构过渡平缓，微结构呈现从有到无逐渐过渡性的衔接，具备较好的视觉和触觉效果，能够满足更好的防滑性能和美观要求。最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范 围。
权利要求
1.一种蚀刻方法，所述蚀刻方法用于具有平面和与所述平面连接的圆弧曲面的金属制品表面的蚀刻加工，其特征在于，包括以下步骤 (1)掩膜处理在所述金属制品的平面和曲面上涂覆多个方形掩膜块，所述平面上掩膜块边长大小均匀一致，所述平面与曲面连接处的掩膜块边长小于平面上的掩膜块，所述曲面上的掩膜块边长由平面与曲面的连接处到曲面的边缘处逐渐减小，相邻两个掩膜块之间的间隙为掩膜间隙，所述掩膜间隙由平面的中心到平面与曲面的连接处、再到曲面的边缘处逐渐减小； (2)蚀刻加工将掩膜后的金属制品置于蚀刻机中进行蚀刻加工，从蚀刻机喷嘴中喷出的蚀刻液的压力为O. 2 O. 4psi，蚀刻时间为3 IOmin ； (3)脱膜将蚀刻后的金属制品清洗脱膜，去除掩膜块； (4)二次处理将脱膜后的金属制品放到抛光液中浸泡，然后清洗即可。
2.如权利要求I所述的蚀刻方法，其特征在于，所述步骤(I)中平面与曲面连接处的掩膜块边长为平面上掩膜块边长的4/5 9/10，曲面边缘处的掩膜块边长为平面上掩膜块边长的3/5 7/10。
3.如权利要求I或2所述的蚀刻方法，其特征在于，所述步骤(I)中平面与曲面连接处的掩膜间隙为平面中心掩膜间隙的3/4 4/5，曲面边缘处的掩膜间隙为平面中心掩膜间隙的1/2 3/5。
4.如权利要求I所述的蚀刻方法，其特征在于，所述平面中心处掩膜间隙为掩膜块边长的1/4 1/3。
5.如权利要求I所述的蚀刻方法，其特征在于，所述步骤(2)蚀刻加工中所用的蚀刻液包含以下重量百分比的组分三氯化铁20 30%、盐酸5 10%、氯化钠5 10%，余量为水。
6.如权利要求5所述的蚀刻方法，其特征在于，所述蚀刻采用以下方法制备而成称取三氯化铁、硝酸、氯化钠和水，先将三氯化铁溶于水中，得预混液，待所述预混液冷却至室温，再加入硝酸和氯化钠，混合均匀后即得蚀刻液。
7.如权利要求I所述的蚀刻液，其特征在于，所述步骤(3)采用碱性溶液对蚀刻后的金属制品进行脱膜。
8.如权利要求7所述的蚀刻方法，其特征在于，所述步骤(3)脱膜所用的碱性溶液为NaOH溶液。
9.如权利要求I所述的蚀刻方法，其特征在于，所述步骤(4)中所用的抛光液含有以下质量百分比的组分氢氟酸2 5%、双氧水10 20%、磷酸2 5%,余量为水。
10.如权利要求I或9所述的蚀刻方法，其特征在于，所述步骤(4)中金属制品在抛光液中浸泡的时间为2 5min。
全文摘要
本发明公开一种用于金属制品平面以及与所述平面连接的曲面进行蚀刻加工的方法，所述方法通过控制在金属制品平面和曲面上掩膜块和掩膜间隙的尺寸，以及在蚀刻过程中对蚀刻时间、蚀刻压力等相关工艺参数的控制，在金属制品表面形成凸凹起伏的连续微结构，凹坑的深度从平面的中心到曲面的边缘逐渐减小，凹坑截面呈正弦波的波谷状圆弧，凸起无明显棱边，凸起转接处平滑过渡，凸起的截面近似四棱柱状，整体结构过渡平缓，微结构呈现从有到无逐渐过渡性的衔接，具备较好的视觉和触觉效果，能够满足更好的防滑性能和美观要求。
文档编号C23F3/06GK103255416SQ20131017858
公开日2013年8月21日 申请日期2013年5月14日 优先权日2013年5月14日
发明者王冠, 宋卿, 黄红光, 郭钟宁, 张永俊 申请人:广东工业大学