第五讲腐蚀的工业应用南昌航空大学

1、报告人：XXX学号：XXX任课老师：XXXXXX 教授第五讲第五讲 腐蚀的工业应用腐蚀的工业应用材料腐蚀材料受环境介质的化学、电化学和物理作用破破坏坏的现象。腐腐蚀蚀腐蚀应用腐蚀应用腐蚀破坏腐蚀破坏阳极溶解利用腐蚀，应用腐蚀，可将腐蚀化为有利。2材料受环境介质的化学、电化学和物理作用而发生变化变化的现象。腐蚀应用阳极溶解阳极溶解浸蚀（浸蚀（etching）化学加工化学加工（chemical milling)抛光（抛光（polishing）显示金相组织显示金相组织制备塑性粉体制备塑性粉体刻蚀印刷电路板刻蚀印刷电路板化学铣切化学铣切电解加工电解加工化学抛光化学抛光电解抛光电解抛光3浸蚀若各组成相的

2、反若各组成相的反光能力不同。光能力不同。如：如：球磨铸铁中的石墨等。显示金相组织显示金相组织4浸蚀否则，须使用适否则，须使用适当的浸蚀剂。当的浸蚀剂。碳钢、低合金钢用4%（体积比）硝酸酒精腐蚀1520s等等。显示金相组织显示金相组织如：如：高合金钢、不锈钢用王水酒精腐蚀14min。5浸蚀显示金相组织显示金相组织化学侵蚀实际上是一个电化学反应过程。由于试样中各相在电解溶液中具有不同的电极电位形成许多微电池。电极电位较底的部分，就是微电池的阳极，溶解的较快。6 a) b)图1 a)晶界处光线的散射 b）直射光反映为亮色晶粒浸蚀利用晶间腐蚀，可以结合利用晶间腐蚀，可以结合制备塑性合金的粉末。制备塑性

3、合金的粉末。制备塑性粉体制备塑性粉体7浸蚀点击添加标题印刷电路板，是电子工业的重要部件之一。蚀刻印刷电路板蚀刻印刷电路板n 电路板应用：电路板应用：8浸蚀点击添加标题蚀刻印刷电路板蚀刻印刷电路板钻孔（Drilling)除胶渣/孔内沉铜（PTH)全板电镀（Panel plating)图像转移（Image transter)图形电镀（Pattern plating)线路蚀刻（线路蚀刻（Circuitry etching)防焊油丝印（Solder mask)表面处理-金/银/锡（surface treatment)外形轮廓加工（profiling)最后品质控制（F.Q.C)n 外层制作流程：外层制作

4、流程：9浸蚀蚀刻印刷电路板蚀刻印刷电路板n 外层蚀刻的作用：外层蚀刻的作用： 将露铜的铜面蚀刻掉，被锡覆盖的铜面被保留。n 外层蚀刻的原理：外层蚀刻的原理： Cu2+4 NH3+2Cl- Cu（NH3）4Cl2 Cu （NH3）4Cl2+Cu 2 Cu（NH3）2Cl 2 Cu（NH3）2Cl+2 NH4Cl+1/2O2 Cu（ NH3）4Cl2+H2O蚀刻反应实质就是铜离子的氧化还原反应： Cu2+ +Cu 2 Cu1+10浸蚀蚀刻印刷电路板蚀刻印刷电路板n蚀刻一般流程：蚀刻一般流程： 选择曝光去胶显影（第 1 次图形转移）保护蚀去蚀刻（第 2次图形转移）11化学加工化学铣切化学铣切l化学铣

5、切：化学铣切：是利用酸、碱、盐等溶液对金属进行化学腐蚀而改变工件尺寸和形状的一种加工方法。l化铣应用：化铣应用：该方法已广泛地应用于宇航工业和电子工业中，化学铣切已成为制造宇宙飞船、火箭结构的大型整体壁板和电子计算机的大规模集成电路所无法取代的加工方法。12化学加工化学铣切化学铣切l化铣原理化铣原理 根据金属腐蚀理论，金属与腐蚀液体接触后。在相界面将发生下 阳极反应： Me= Men+ne（阳极反应）图2 化学铣切加工原理1-工件材料2-化学溶液3-化学腐蚀部分4-保护层 5-溶液箱 6-工作台13化学加工化学铣切化学铣切l注意事项：注意事项：（1）在化学铣切加工铣削加工中的金属的溶解）在化学

6、铣切加工铣削加工中的金属的溶解作用不仅沿垂直于工件表面的深度方向进行。而作用不仅沿垂直于工件表面的深度方向进行。而且在防护层下面的侧面也进行溶解，且呈圆弧状。且在防护层下面的侧面也进行溶解，且呈圆弧状。（2）由于工件表面活性不同（晶界上晶格畸变）由于工件表面活性不同（晶界上晶格畸变和富集杂质、加工硬化等和富集杂质、加工硬化等 ），工件与腐蚀剂接），工件与腐蚀剂接触后，触后， 发生选择性局部腐蚀发生选择性局部腐蚀 ，使粗糙度增加。，使粗糙度增加。因此化学铣切时，控制腐蚀剂对工件表面发生均因此化学铣切时，控制腐蚀剂对工件表面发生均匀腐蚀匀腐蚀 ，才能得到满意的加工效果。，才能得到满意的加工效果。1

7、4化学加工化学铣切化学铣切l化铣一般工艺流程化铣一般工艺流程：15化学加工化学铣切化学铣切预处理和涂覆预处理和涂覆（一）表面预处理（一）表面预处理 把工件表面的油污、氧化膜等清除干净并在把工件表面的油污、氧化膜等清除干净并在相应的腐蚀液中进行预腐蚀。相应的腐蚀液中进行预腐蚀。 （二）（二） 涂防蚀层涂防蚀层 防蚀层必须具有良好的耐酸，碱性能以及良防蚀层必须具有良好的耐酸，碱性能以及良好的粘结力。涂后需进行空气固化或在适当好的粘结力。涂后需进行空气固化或在适当温度下固化。温度下固化。16化学加工化学铣切化学铣切刻蚀及其尺寸的确定刻蚀及其尺寸的确定当铣削深度达到某值时当铣削深度达到某值时，其尺寸关

8、系可用下式，其尺寸关系可用下式表示：表示：K=2H/(W2-W1)=H/B式中式中:K-腐蚀系数。腐蚀体系腐蚀系数。腐蚀体系 的属性；的属性；H-腐蚀深度腐蚀深度/mm；B-侧面腐蚀宽度侧面腐蚀宽度/mm；W1-刻型尺寸刻型尺寸/mmW2-最终腐蚀尺寸最终腐蚀尺寸/mm。图3 刻形尺寸关系示意图1工件材料2保护层3刻形样板4刻形刀 5应切除的保护层6蚀除部分17化学加工化学铣切化学铣切腐蚀加工腐蚀加工把刻划好防蚀层图形的毛坯，完全浸入到有腐蚀剂的把刻划好防蚀层图形的毛坯，完全浸入到有腐蚀剂的槽中，并一直浸泡到使腐蚀掉的金属厚度达到要求为止。槽中，并一直浸泡到使腐蚀掉的金属厚度达到要求为止。腐蚀

9、速度，腐蚀深度与腐蚀时间存在下列关系：腐蚀速度，腐蚀深度与腐蚀时间存在下列关系： V=H/T式中式中: V-金属的腐蚀速度（金属的腐蚀速度（mm/min）;H-工件表面上的腐蚀深度（工件表面上的腐蚀深度（mm）；）；T-腐蚀时间或浸泡时间（腐蚀时间或浸泡时间（min）。）。影响金属腐蚀速度的主要因素是腐蚀剂的成分、浓度影响金属腐蚀速度的主要因素是腐蚀剂的成分、浓度和温度；工件材料的特征及热处理状态。和温度；工件材料的特征及热处理状态。 18化学加工化学铣切化学铣切（4）清洗与清除防蚀层）清洗与清除防蚀层 腐蚀加工完成后通常是把零件先放入专门的氧腐蚀加工完成后通常是把零件先放入专门的氧化物清洗槽

10、内，去除在零件表面的上留下的一层氧化物清洗槽内，去除在零件表面的上留下的一层氧化物膜和反应沉积污物，接着用水冲洗。化物膜和反应沉积污物，接着用水冲洗。防蚀层的清除一般用手工操作。防蚀层的清除一般用手工操作。但是对于细长、薄型零件应使用化学膜溶剂，但是对于细长、薄型零件应使用化学膜溶剂，目的是把防蚀层泡胀、软化和尽可能的降低粘附力，目的是把防蚀层泡胀、软化和尽可能的降低粘附力，以便采用气压或水压方法把防蚀层清除掉，或者有以便采用气压或水压方法把防蚀层清除掉，或者有利于用手工剥离利于用手工剥离。19化学加工化学铣切化学铣切l常用腐蚀配液：常用腐蚀配液：加 工 材 料溶液的组成加工温度/C腐蚀速度/

11、(mmmin)铝、铝合金NaOH150300g/L(Al:550g/L）7090002005Fecl3120180g/L500025铜、铜合金FeCl3300400g/L500025(NH4)2S2O3200g/L4000130025CuCl2200g/L5500130015镍、镍合金HNO348%+H2SO45.5%+H3PO411%+CH3COOH55%45500025FeCl33438g/L5000130025表1加工材料及腐蚀溶液20化学加工化学铣切化学铣切不锈钢HNO3300g/L+HCl210g/L+HF200g/L+冰醋酸 21g/L5060HNO3 3N+HCl 2N+HF 4

12、N+C2H4O2 0.38N(Fe:060g/L)3070003FeCl33538g/L55002碳钢、合金钢HNO320%+H2SO45%+H3PO45%557000180025FeCl33538g/L500025HNO310%35%(体积)500025钛、钛合金HF10%50%(体积)305000130025HF3N+HNO32N+HAC05N(Ti：531g/L)2040000121化学加工化学铣切化学铣切l化学铣切的特点化学铣切的特点1) 可加工任何难切削的金属材料，不受任何硬度和强度可加工任何难切削的金属材料，不受任何硬度和强度的限制（铝合金、钼合金、钛合金、镁合金、不锈钢等）。的限

13、制（铝合金、钼合金、钛合金、镁合金、不锈钢等）。2) 适于大面积加工，可同时加工多件。适于大面积加工，可同时加工多件。3) 加工过程中不会产生应力、裂纹、毛刺等缺陷，表面加工过程中不会产生应力、裂纹、毛刺等缺陷，表面粗糙度可达粗糙度可达Ra2.51.25m。22化学加工化学铣切化学铣切4) 加工操作技术比较简单。加工操作技术比较简单。5) 不适宜加工窄而深的槽和型孔等。不适宜加工窄而深的槽和型孔等。6 )原材料中缺陷和表面不平度、划痕等不易消除。原材料中缺陷和表面不平度、划痕等不易消除。7 )腐蚀液对设备和人体有危害，故需有适当的防护性措腐蚀液对设备和人体有危害，故需有适当的防护性措施。施。2

14、3化学加工化学铣切化学铣切l化学铣切应用范围：化学铣切应用范围：1）要用于在金属表面去除一定的）要用于在金属表面去除一定的厚度（一般小于厚度（一般小于13毫米）的材料。毫米）的材料。2）化学铣切也可以用于机械加工）化学铣切也可以用于机械加工之前去除材料表面硬化层。之前去除材料表面硬化层。24化学加工化学铣切化学铣切3）对大面积或不宜进行切削加工过的包庇零件内外表面）对大面积或不宜进行切削加工过的包庇零件内外表面进行材料去除，尤其适宜于全表面材料去除加工。进行材料去除，尤其适宜于全表面材料去除加工。4）用以薄壁零件（厚度小于）用以薄壁零件（厚度小于1.5毫米）零件加工复杂的型毫米）零件加工复杂的

15、型孔。孔。5）用于金属表面刻蚀图案、花纹、文字等。）用于金属表面刻蚀图案、花纹、文字等。25化学加工电解加工电解加工基于电解过程中的阳极溶解原理并借助于成型的阴基于电解过程中的阳极溶解原理并借助于成型的阴极，将工件按一定形状和尺寸加工成型的一种工艺方法，极，将工件按一定形状和尺寸加工成型的一种工艺方法，称为电解加工。称为电解加工。工件接直流电源的正极，为阳极。按所需形状工件接直流电源的正极，为阳极。按所需形状制成的工具接直流电源的负极，为阴极。制成的工具接直流电源的负极，为阴极。l定义：定义：26化学加工电解加工电解加工（1）工件阳极和工具）工件阳极和工具阴极（大多为成型工具阴极（大多为成型工

16、具阴极）间保持很小的间阴极）间保持很小的间隙（称作加工间隙），隙（称作加工间隙），一般在一般在0.1-1mm范围内。范围内。（2）电解液从加工间）电解液从加工间隙中不断高速（隙中不断高速（6-30m/s）流过，以保证带走阳极流过，以保证带走阳极溶解产物和电解电流通溶解产物和电解电流通过电解液时所产生的热过电解液时所产生的热量，并去极化。量，并去极化。l特点：特点：27化学加工电解加工电解加工（3）工件阳极和工具阴极分别和直）工件阳极和工具阴极分别和直流电源（一般为流电源（一般为10-24V）连接，在）连接，在上述两项工艺条件下，则通过两极上述两项工艺条件下，则通过两极加工间隙的电流密度很高，高

17、达加工间隙的电流密度很高，高达10-100A/cm2数量级。数量级。(4) 工件上与工具阴极凸起部位的对工件上与工具阴极凸起部位的对应处比其他部位溶解更快。随着工应处比其他部位溶解更快。随着工具阴极不断缓慢地向工件进给，工具阴极不断缓慢地向工件进给，工件不断地按工具端部的型面溶解，件不断地按工具端部的型面溶解，电解产物不断被高速流动的电解液电解产物不断被高速流动的电解液带走，最终工具的形成状就带走，最终工具的形成状就“复制复制”在工件上。在工件上。28化学加工电解加工电解加工l电解加工应用：电解加工应用：29化学加工电解加工电解加工l磨削加工：磨削加工：磨削加工电解腐蚀作用与机械磨削作用相结合

18、的磨削加工电解腐蚀作用与机械磨削作用相结合的一种复合成型工艺，是电解加工的延伸应用。一种复合成型工艺，是电解加工的延伸应用。加工范围广、效率高。工件表面质量好，砂轮加工范围广、效率高。工件表面质量好，砂轮损耗比纯粹机械磨削损耗小。损耗比纯粹机械磨削损耗小。30化学加工电解加工电解加工l磨削加工：磨削加工：金属表面在电流与电金属表面在电流与电解液的作用下产生电解，解液的作用下产生电解，生成氧化薄膜，接着被导生成氧化薄膜，接着被导电砂轮上的磨料刮除。重电砂轮上的磨料刮除。重复这一过程，直至达到表复这一过程，直至达到表面尺寸及粗糙度要求。面尺寸及粗糙度要求。31抛光化学抛光化学抛光 化学抛光是靠化学

19、试剂对样品表面凹凸不化学抛光是靠化学试剂对样品表面凹凸不平区域的选择性溶解作用消除磨痕、浸蚀整平平区域的选择性溶解作用消除磨痕、浸蚀整平的一种方法。的一种方法。l化学抛光：化学抛光：32抛光化学抛光化学抛光l化学抛光操作步骤：化学抛光操作步骤：1：试样经精磨光后清洗。：试样经精磨光后清洗。2：配置化学抛光溶液。：配置化学抛光溶液。3：试样浸入抛光液中，搅动并适时取出观察至达：试样浸入抛光液中，搅动并适时取出观察至达到抛光要求后取出。到抛光要求后取出。4：清洗、吹干：清洗、吹干成分或条件范围成分或条件范围磷酸-硝酸磷酸-醋酸-硝酸磷酸（85%）硝酸（60%）水温度/时间/min45%98%（质量

20、）0.5%50%（质量）2%35%（质量）881100.55磷酸（85%）醋酸（99.5%）硝酸（60%）温度/时间/min80%（体积）15%（体积）5%（体积）881100.55表2 美国的铝合金化学抛光工艺33抛光化学抛光化学抛光化学抛光设备简单，可以处理形状比较复杂的零件。化学抛光设备简单，可以处理形状比较复杂的零件。l化学抛光优点：化学抛光优点：l化学抛光优点：化学抛光优点：1、化学抛光的质量不如电解抛光。、化学抛光的质量不如电解抛光。2、化学抛光所用溶液的调整和再生比较困难，在、化学抛光所用溶液的调整和再生比较困难，在应用上受到限制。应用上受到限制。3、化学抛光操作过程中，硝酸散发出大量黄棕色、化学抛光操作过程中，硝酸散发出大量黄棕色有害气体，对环境污染非常严重。有害气体，对环境污染非常严重。34抛光电解抛光电解抛光电解抛光，是以被抛工件为阳电解抛光，是以被抛工件为阳极，不溶性金属为阴极，两极极，不溶性金属为阴极，两极同时浸入到电解槽中，通以直同时浸入到电解槽中，通以直流电离反应而产生有选择性的流电离反应而产生有选择性的阳极溶解，从而