Что такое химическое травление?
(1) Принципы и характеристики химического травления.
Химическое травление — технологический метод, при котором детали, требующие обработки, подвергаются воздействию химической среды, где происходит химическая реакция, вызывающая коррозию и растворение материала детали, тем самым приобретая необходимую форму и размер. При химическом травлении части поверхности заготовки, не подлежащие обработке, следует предварительно покрыть коррозионностойким-покрытием. Затем заготовку погружают в травильный раствор или травильный раствор наносят на поверхность заготовки, снимая припуск с открытых участков для достижения цели обработки.
Химическим травлением можно обрабатывать как металлические, так и не-металлические (например, стекло, шифер и т. д.) материалы, на него не влияет твердость обрабатываемого материала и оно не вызывает физических изменений. После обработки поверхность не имеет заусенцев, не деформируется и не подвергается наклепу. Любая поверхность, через которую может проникнуть травильный раствор, может быть обработана, что делает ее подходящей для поверхностей, которые трудно обрабатывать механически. Во время обработки не требуются зажимы. Поскольку травильный раствор и пары загрязняют окружающую среду и вредны для оборудования и здоровья человека, при обработке необходимо принимать соответствующие меры защиты.
Химическое травление в основном используется при производстве пресс-форм для обработки узоров, рисунков и текста на поверхности полостей пластиковых форм, причем наиболее широко используется фото-травление.
Фото-травление предполагает фотографирование необходимого изображения на фотонегатив, после чего изображение с негатива дублируется на рабочую поверхность полости формы, покрытую светочувствительной эмульсией (эмульсией) посредством фотохимической реакции. Открытый слой пленки становится нерастворимым в воде, и его коррозионная стойкость повышается. Неэкспонированный слой пленки растворим в воде-; после промывки водой для удаления неэкспонированного слоя пленки обнажается часть металла. Путем погружения в травильный раствор получаются необходимые узоры и рисунки.
(2) Процесс химического травления
Процесс фото-травления выглядит следующим образом:
Original Drawing -> Photography -> Reverse Mounting of Negative -> Hardening of Film -> De-coating -> Etching ->Обрезка.
① Оригинальный рисунок и фотографияНеобходимая графика и текст рисуются на бумаге в соответствии с определенной пропорцией, которая и составляет исходный рисунок. Затем с помощью специализированной фототехники производится фотографирование исходного рисунка для уменьшения его до необходимого размера на фотонегативе. Пример пленки, изготовленной для гравировки текста на полости мыльницы, показан на рис. 6-3.
② Фоточувствительная эмульсияСуществует множество рецептур фоточувствительных эмульсий, наиболее часто используемой является светочувствительная эмульсия на основе поливинилового спирта (ПВС). Принцип действия фоточувствительной эмульсии следующий:
Поливиниловый спирт и дихромат аммония не вступают в химическую реакцию друг с другом. Поливиниловый спирт легко растворим в воде, бесцветен, прозрачен и обладает клеящими свойствами. После испарения воды образуется тонкая пленка, но ее можно удалить промывкой или протиранием водой. Дихромат аммония представляет собой светочувствительный материал, который после воздействия света, сенсибилизации и развития становится трудно растворяемым в воде. Он соединяется со смесью поливинилового спирта, образуя тонкую пленку, которая относительно прочно прилегает к поверхности формы. Неэкспонированные части, которые по-прежнему состоят преимущественно из поливинилового спирта, можно удалить, промыв водой и протерев впитывающей ватой. Светочувствительная эмульсионная пленка, наклеенная на поверхность формы, после отверждения обладает определенным уровнем коррозионной стойкости, защищая металл от коррозии.
③ Очистка протравленной поверхностиПеред нанесением эмульсии поверхность формы необходимо очистить. Масло из небольших форм можно удалить, нагрев их в 10% растворе NaOH с последующим промыванием чистой водой.
Формы большего размера сначала кипятят в 10%-ном растворе NaOH и ополаскивают, а затем еще раз промывают кипятком. После очистки форму следует обжечь в электрической печи при температуре около 50 градусов перед нанесением эмульсии; в противном случае светочувствительная эмульсия может легко отслоиться. Очищенная полость формы показана на рис. 6-4.
④ Нанесение эмульсииЭмульсию можно наносить распылением под красным светом в темной комнате. Области формы, требующие светочувствительного изображения, следует многократно распылять, при этом интервал между слоями зависит от температуры в помещении.-короче для более высоких температур и длиннее для более низких температур. Необходимо следить за равномерным покрытием. Полость формы после нанесения эмульсии показана на рис. 6-5.
⑤ Прикрепление фотографического негативаПодготовленный фотонегатив положите плашмя на травимую поверхность, выровняйте поверхность, прижмите негатив куском стекла так, чтобы он был перпендикулярен поверхности, и закрепите негатив прозрачной клейкой лентой. Для закругленных или изогнутых участков можно использовать белый вазелин для приклеивания негатива. При проектировании полости формы следует заранее учитывать удобство крепления пленки; при необходимости полость может быть выполнена в виде вставной конструкции. Полость формы после прикрепления пленки показана на рис. 6-6.
⑥ ЭкспозицияОбласть заготовки, на которую было нанесено покрытие и к которой прикреплен негатив, подвергается воздействию источника ультрафиолетового света (например, ртутной лампы) для повышения чувствительности фоточувствительной эмульсионной пленки на поверхности заготовки в соответствии с изображением. Во время этого процесса положение источника света следует отрегулировать, чтобы обеспечить равномерную экспозицию светочувствительной области. Продолжительность воздействия определяется исходя из практического опыта.
⑦ Проявление и промывкаЭкспонированную заготовку погружают в горячую воду температурой от 40 до 50 градусов примерно на 30 секунд, позволяя неэкспонированной части эмульсионной пленки раствориться в воде. После удаления на поверхность капают краситель щелочной фиолетовый и равномерно распределяют для проявления. После появления четкого рисунка его промывают чистой водой, а необнаруженные части протирают впитывающей ватой. Наконец, его сушат горячим воздухом, как показано на рисунке 6-7.
⑧ Упрочнение и восстановление пленкиРазработанную полость формы помещают в электрическую сушильную печь с постоянной температурой при температуре от 150 до 200 градусов и выпекают в течение 5–200 градусов. 20 минут для улучшения прочности сцепления и коррозионной стойкости пленки. Если на поверхности полости осталась не полностью удаленная эмульсионная пленка, ее можно подрезать кончиком ножа. Недостающие участки пленки следует исправить с помощью печатной краски.
⑨ Защита не-протравленных участковОбласти, не требующие травления, следует защитить пленкой, как показано на рисунке 6-8.
⑩ ТравлениеДля разных материалов следует выбирать разные травильные растворы. Для полостей стальных форм обычно используется водный раствор хлорида железа, который можно наносить путем погружения или распыления. Если к водному раствору хлорида железа добавить соответствующее количество порошка сульфата меди до образования пасты, а затем нанести его на поверхность полости (толщина покрытия от 0,2 до 0,4 мм), можно уменьшить боковое проникновение. Чтобы предотвратить подрезание (боковое травление), в травитель можно также добавить защитное средство или натереть кистью канифольный порошок и заделать его в боковые стенки обнаженного рисунка. Температура травления составляет от 50 до 60 градусов. В зависимости от плотности и глубины рисунков и рисунков травление обычно необходимо выполнять от 1 до 3 раз с типичной глубиной травления 0,3 мм.
⑪ Удаление-покрытия и отделкаПротравленную полость формы протирают растворителем лака и техническим спиртом. С помощью пластилина можно снять оттиск текста и проверить эффект травления, как показано на рисунке 6-9. Любые дефектные участки локально ретушируются, а затем подвергаются вторичному травлению или механическому ремонту. После завершения травления налипшую на поверхность светочувствительную эмульсию следует смыть раствором NaOH для выжигания защитного слоя, а затем несколько раз промыть водой. Затем его сушат вентилятором и покрывают масляной пленкой, завершая, таким образом, весь процесс. Текст на готовой полости формы показан на рисунке 6-10. Видео обработки на производственном участке можно найти в папке «Видео кейса» в файле «Drying Text.mp4» в библиотеке ресурсов MOOC Китайского университета «Технология изготовления пресс-форм» (номер курса: 0802SUST006).
