零件电化学蚀刻工艺探析

万 亭

(中航起落架燎原分公司，陕西汉中 723200)

引 言

目前零件标识的永久性方法主要有四种，即点式锤击法、雕刻法、电化学蚀刻法和钢印法。由于电蚀刻操作简便，污染小，字迹工整，在航空工业等领域得到广泛应用。但电蚀刻后容易出现字体刻不上，深浅不一，达不到规范要求的深度，局部越界腐蚀，字迹重影等质量问题。本文主要通过实验，对零件电化学蚀刻工艺方法做一探讨研究。

1 实验

1.1 实验原理

电化学蚀刻原理是将沾有蚀刻液的电极连接到电源阴极上，与覆有非导电模板的待蚀刻阳极零件表面接触几秒钟，通过电化学腐蚀就可在零件表面得到与非导电模板相同形状的标记。

1.2 实验仪器与材料

实验仪器:TDN150电蚀刻电源，要求输出直流电压为0～50V，电流为0～200A。计算机和针式打印机，测字深度仪。

实验材料:打字蜡纸，蚀刻液(溶液组成为200g/L氯化铜，150g/L氯化钠，100mL/L盐酸)，丙酮，Scotch-Brite垫，毡垫 MIL-F-5656，橡皮筋，医用棉花，150mm×100mm×20mm规格的300M钢板材。

1.3 工艺过程

电化学蚀刻工艺过程为:

在蜡纸上打印出符合要求的需蚀刻内容→选择与蚀刻部位匹配的蚀刻笔→根据蚀刻笔的大小裁剪合适的毡垫MIL-F-5656→用“O”型橡皮筋将垫毡固紧在蚀刻笔的石墨端上→剪、贴蜡纸→润湿蚀刻笔→开启电源电蚀刻→蚀刻完切断电源→清洗。

结合生产实践，在300M钢板上进行多次实验，并对蚀刻结果进行分析，找出了影响电化学蚀刻的主要因素，并提出了解决办法。

2 影响电蚀刻质量的原因

2.1 影响电蚀刻字迹刻不上的原因

1)电蚀刻前零件表面存在氧化皮和油污。电蚀刻前零件表面都会存在氧化皮和油污，如果清洗不干净，就会出现蚀刻反应不剧烈，严重时甚至产生不反应的现象。

2)蚀刻笔和零件之间的导电性差。蚀刻笔石墨阴极上一般都含有松散的碳微粒且蚀刻笔接头表面存在锈蚀，导致蚀刻笔和零件之间的导电性差，即使电压很高，蚀刻液足量，零件反应仍会出现不连续或不反应的现象。

2.2 影响蚀刻字迹深浅不一的原因

1)人为因素。电蚀刻的整个过程都是手工操作，没有实现自动化，人为因素在很大程度上影响着电蚀刻的质量。如蚀刻时蚀刻笔很难一直保持平稳，持笔的力度也不同，用力大时蚀刻字迹深，用力小时蚀刻字迹浅。

2)打印蜡纸针眼不均匀以及个别针眼没打透。在蚀刻前检查打印好的蜡纸，通常会出现针眼粗细不均匀的情况。针眼粗的蜡纸蚀刻液通过多，针眼细的蜡纸蚀刻液不容易通过，针眼没打透的蜡纸蚀刻液不能通过，这样就导致蚀刻字体深浅不一或无字迹。

2.3 影响蚀刻字迹重影的原因

1)蚀刻时蜡纸串动。蚀刻时，蚀刻笔每隔2～3s移动一个循环，在整个蚀刻过程中，蚀刻笔需在蜡纸上不停的移动，一般约重复几百次，在这个过程中蜡纸很容易串动，造成蚀刻重影。

2)贴蜡纸时蜡纸与零件之间滞留气体。蚀刻蜡纸特别软，很容易打卷。蚀刻时要求蜡纸铺平，在零件上铺蜡纸的过程中，蜡纸下面容易吸附空气，如果空气排不干净，蜡纸容易错位，造成字体重影。

2.4 影响零件越界腐蚀的原因

1)揭取蜡纸时造成蜡纸非蚀刻区域破损。在蚀刻过程中，蚀刻液会通过破损的区域与零件表面接触从而出现越界腐蚀现象。

2)蚀刻过程中蚀刻液添加量过大。由于蚀刻液添加量过大，导致蚀刻笔接触到的地方，出现越界腐蚀现象。

3)蚀刻纸剪的太小。蚀刻剪纸仅比要求字样的区域边缘稍大，此时蚀刻液很容易流到蜡纸以外的区域，由于蚀刻笔到达的区域难于控制，故当蚀刻笔接触到这些区域时，就会出现越界腐蚀现象。

3 解决的方法

对于以上影响电蚀刻质量的因素进行分析和工艺实验，总结出了解决问题的方法。

3.1 解决字迹刻不上的方法

1)有效的去除零件表面的油污和氧化皮。对于油污和氧化皮比较严重的零件，应先使用医用棉擦洗刻字部位，再使用Scotch-Brite垫手工打磨。一般除油污和打磨的部位要比刻字部位边界大20～30mm，由于打磨后的氧化物杂质不易清除，应用压缩空气吹掉零件表面的氧化物杂质，然后使用丙酮对零件需要蚀刻表面再次擦洗。

对于油污和氧化皮比较少的零件，可以直接用Scotch-Brite垫打磨后，再用丙酮擦洗除油，其除油效果可采用30s水膜连续性试验的方法检查。

2)提高蚀刻笔和零件之间的导电性能。蚀刻笔一般采用石墨阴极，阴极在用毡垫包裹之前，应用46μm或更细的氧化铝砂纸打磨阴极和蚀刻笔连接头，以去除石墨阴极上松散的碳微粒以及蚀刻笔连接头的表面锈蚀，确保良好的导电性。蚀刻前，应将蚀刻液缓慢的滴到毡垫上，直到毡垫吸收饱和。蚀刻时，不能用力压蚀刻笔，以防止蚀刻电极磨损，造成碳渣析出，同时要不断给蚀刻笔补充适量的蚀刻液，以保证蚀刻笔和零件表面有足够的蚀刻液，确保良好的导电性。

3.2 解决蚀刻字迹深浅不一的方法

1)杜绝人为因素。人为因素是电蚀刻过程中影响蚀刻质量最大的因素。蚀刻时操作者持笔不平，用力不均，导致蚀刻字迹用力大的一边深，用力小的一边浅。为了防止蚀刻字迹深浅不一，操作者通过左手持笔和右手持笔来消除用力不均现象，保证字迹深浅均匀。

2)打印蜡纸针眼不均匀以及个别针眼没打透。打印蜡纸是影响蚀刻质量的关键因素，针式打印机在打印时会出现字迹上的针眼粗细不一，严重时还会出现针眼打不透等问题。在零件上贴蜡纸前，一定要检查打印蜡纸针眼。

3.3 解决蚀刻字迹重影的方法

1)一般电蚀刻的t为3～4min，蚀刻时间相对较长，在蚀刻的过程中蜡纸很容易串动，为了避免此现象的发生，蜡纸贴到零件上以后，在蜡纸和零件接触的周围，均匀抹一层水，使蜡纸与零件结合的比较好，在蚀刻过程中蜡纸则不容易串动。

2)在蚀刻过程中，蜡纸贴在零件表面，目视看不到蚀刻的内容，蚀刻字迹的深度以及有没有刻上字体，只能凭感觉。但是在整个蚀刻过程中，可以根据零件表面的反应剧烈程度，预测字体深度。由于蜡纸的反复贴合会使气泡进入，造成蜡纸错位，影响蚀刻质量，故在蚀刻过程中不能频繁的揭开蜡纸查看蚀刻情况。

3.4 解决蚀刻越界腐蚀的方法

1)在蚀刻过程中经常会出现非蚀刻区域由于蜡纸破损出现腐蚀现象，因此操作者在剪蜡纸、贴蜡纸以及蚀刻过程中都要检查，确保蜡纸不出现有目视可见的小洞或裂缝现象。

2)在剪蜡纸时，剪裁区域应大于蚀刻区域20～30mm。这样蚀刻笔、蚀刻液就不会直接与零件接触，避免越界腐蚀现象的产生。

另外，新鲜的蚀刻液，干净的毡垫对保证蚀刻质量至关重要。当毡垫不干净或者无法蚀刻出清晰标记时，一定要更换。蚀刻后的零件表面要用蘸有丙酮的无棉擦拭纸清洗，清洗干净后用打磨块适当打磨蚀刻部位，以保证字迹清晰可辨。

零件表面电蚀刻效果对比如图1所示。

图1 蚀刻效果比较

图1(a)为采用优化措施蚀刻的字迹，其深度均匀，清晰可辨，无越界腐蚀，字迹重影等现象，符合要求。

4 结束语

综合上述，影响电蚀刻质量的主要因素为零件表面存在氧化皮和油污，蚀刻笔和零件之间的导电性差，蚀刻蜡纸打印针眼不均匀或未打透以及使用过程中人为因素产生蜡纸破损等。因此，为了提高电蚀刻的质量，应处理好蚀刻前的零件表面状态，提高蚀刻笔和零件之间的导电性，认真检查蚀刻蜡纸的打印针眼，杜绝人为因素的影响，从而实现蚀刻字迹清晰、均匀、美观且深度等符合要求的产品。