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不锈钢模具板化学蚀刻、抛光和电镀铬研究
来源:  阅读次数:981  时间:2009-05-05  
 

    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,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,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,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。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。

  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

  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

  2.2影响抛光的因素

  (1)硝酸的质量浓度

  在盐酸为125mL/L、磷酸为25mL/L、温度为35℃和时间为2h条件下,发现:a.当硝酸 小于10mL/L时,开始表面上形成一层浅黄色粘膜,后期表面呈浅灰色,亮度很差;b.当硝酸为15~50mL/L时,开始表面上形成较厚的青色粘膜,后 期表面有一层浮灰,擦去后光亮如镜;c.当硝酸大于50mL/L时,表面首先有一层极厚的青绿色粘膜,后期表面有大量浮灰,亮度很差且有大量黄烟生成。这 是因为硝酸是强氧化性酸,对不锈钢具有酸性溶解和钝化双重作用。当硝酸浓度过低时,主要表现为酸性腐蚀溶解,不光亮;当硝酸浓度过高时,不锈钢溶解过快, 形成大量黄烟,不易控制,没有亮度。综合考虑,硝酸应为15~40mL/L。

 
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