摘要：研究了不銹鋼模具板的化學蝕刻、化學拋光和電鍍鉻工藝。分析了影響蝕刻、化學拋光和電鍍鉻質量的因素，得到了化學蝕刻、化學拋光及電鍍鉻最佳工藝參數和操作規范。
該工藝可以用于各種類型不銹鋼的化學蝕刻、化學拋光和電鍍鉻處理。 
    關鍵詞：不銹鋼；模具板；化學蝕刻；化學拋光；電鍍鉻　

引言 
    人造木材由于具有色彩鮮艷、圖案清晰和價格低廉等優點，而廣泛應用于建筑裝飾和家具等行業，制約人造木材生產的關鍵是模具板。利用蝕刻方法能夠在不銹鋼模具上雕刻出各種花紋圖案，提高所加工制件的裝飾和美觀性能。在蝕刻的基礎上進行拋光和電鍍鉻，不僅可以降低模具的粗糙度，而且可以提高其耐磨性能等。 
    不銹鋼蝕刻技術分為機械、化學和電化學方法等，其中化學蝕刻具有工藝簡單、操作方便、精度高和生產成本低等優點，適合于批量生產，蝕刻深度為20～200μm。化學蝕刻涉及材料科學、照相制版技術和金屬腐蝕與防護等。圖紋膜的致密性、耐蝕性和耐熱性尤為重要。不銹鋼拋光技術分為機械、化學和電化學拋光，其中化學拋光具有工藝簡單、操作方便、投資少、生產成本低和適應性強等特點，化學拋光實際是不銹鋼溶解和鈍化兩種過程相互競爭的結果，拋光質量不僅與不銹鋼材質、加工方法、制品大小和結構以及表面狀態等有關，而且還與溶液配方和拋光工藝參數有關。化學拋光溶液分為王水型、硫酸型、磷酸型和醋酸-雙氧水型等，為了改善和提高拋光質量而加入一定量添加劑，添加劑的作用包括緩蝕、整平、增稠、增光、消泡和抑霧等。不銹鋼化學拋光分為浸泡、噴淋和涂膏等，浸泡又分為高溫、中溫和室溫拋光。 
    目前，我國人造木材行業應用的模具板主要是從歐洲進口，不僅價格昂貴，而且修復困難，因此不銹鋼模具板的國產化勢在必行。本文針對國產不銹鋼板材，研究了化學蝕刻、化學拋光和電鍍鉻工藝參數。
1　實驗 
    工藝流程和工藝規范 
    不銹鋼工件→前處理（手工清理，去除毛刺和焊瘤等）→除油（70～80℃，除盡為止）→清洗→干燥→覆蓋帶有圖紋的膜（應具有無孔、耐蝕和耐熱）→化學蝕刻（45～50℃，蝕刻速度10～20μm/h）→清洗→脫膜→清洗→化學拋光（25～40℃，1～5h）→清洗→中和（25～40℃，1min）→清洗→電鍍鉻（陰極電流密度50～60A/dm2，55～60℃）→產品→保護處理→入庫。
2　實驗結果與討論
2.1　影響蝕刻的因素 
    （1）FeCl3的質量濃度　 
    在蝕刻溫度為50℃和鹽酸為12mL/L條件下實驗:a.FeCl3質量濃度不僅影響蝕刻速度，而且影響蝕刻質量。當FeCl3小于600g/L時，蝕刻速度慢，很難達到蝕刻效果；b.當FeCl3在600～900g/L范圍內，蝕刻速度隨FeCl3質量濃度的增加而增大；c.當FeCl3質量濃度大于900g/L時，不僅蝕刻速度隨著FeCl3質量濃度的增加而減小，而且蝕刻面出現不均勻現象，蝕刻面大時尤為明顯，這是由于蝕刻產物在蝕刻面上結晶析出所致。綜合考慮，對于奧氏體不銹鋼，FeCl3質量濃度應控制為660～850g/L。另外，攪拌有利于蝕刻產物的溶解，但是攪拌速度太快會引起圖紋膜脫落。 
    （2）鹽酸的質量濃度　 
    不銹鋼的蝕刻速度隨溶液酸度增加而增大，因此在蝕刻溶液中加入一定量鹽酸、磷酸或硫酸等有利于提高蝕刻速度，同時可以避免Fe3+水解。實驗結果顯示，采用8～20mL/L的鹽酸效果較好。 
    （3）蝕刻溫度　 
    蝕刻溫度不僅影響蝕刻速度，而且影響蝕刻面的光澤度、平整性和圖紋膜的穩定性。從動力學角度考慮，蝕刻速度隨著溫度升高而增大，但是溫度太高，蝕刻面粗糙度增大和咬邊現象明顯。綜合考慮蝕刻速度、蝕刻效果和圖紋膜的熱穩定性等，控制蝕刻溫度在45～50℃范圍內為宜。 
    （4）蝕刻溶液維護　 
    隨著蝕刻反應的進行，蝕刻速度逐漸減小。在蝕刻過程中，及時補加鹽酸和雙氧水使蝕刻溶液再生，保證FeCl3的氧
2.2　影響拋光的因素 
    （1）硝酸的質量濃度　 
    在鹽酸為125mL/L、磷酸為25mL/L、溫度為35℃和時間為2h條件下，發現:a.當硝酸小于10mL/L時，開始表面上形成一層淺黃色粘膜，后期表面呈淺灰色，亮度很差；b.當硝酸為15～50mL/L時，開始表面上形成較厚的青色粘膜，后期表面有一層浮灰，擦去后光亮如鏡；c.當硝酸大于50mL/L時，表面首先有一層極厚的青綠色粘膜，后期表面有大量浮灰，亮度很差且有大量黃煙生成。這是因為硝酸是強氧化性酸，對不銹鋼具有酸性溶解和鈍化雙重作用。當硝酸濃度過低時，主要表現為酸性腐蝕溶解，不光亮；當硝酸濃度過高時，不銹鋼溶解過快，形成大量黃煙，不易控制，沒有亮度。綜合考慮，硝酸應為15～40mL/L。 
    （2）鹽酸的質量濃度　 
    在硝酸為45mL/L、磷酸為25mL/L、溫度為35℃和時間為2h條件下，發現：a.當鹽酸小于50mL/L時，開始表面形成一層淺黃色粘膜，后期表面雖然平整，但不光亮；b.當鹽酸在60～130mL/L時，表面形成較厚的青色粘膜，表面比較光亮；c.當鹽酸大于140mL/L時，開始表面有一層極厚的青綠色粘膜，后期表面無浮灰，但烏黑，有明顯的氣道和大量黃煙生成。
原因在于鹽酸是非氧化性酸，不僅可以去除不銹鋼表面的氧化皮，而且也可以溶解不銹鋼基體，特別是微觀突起部分，起一定整平作用。鹽酸用量較少時，不銹鋼溶解緩慢，所需拋光時間很長，而且容易出現局部腐蝕現象，特別是當材質不均時尤為明顯。當鹽酸用量較多時，不銹鋼溶解過快，不銹鋼表面會有明顯的氣體流動痕跡，拋光效果很差，同時大量Fe2+加速了硝酸的還原，析出的NOx氣體形成黃煙污染環境。綜合考慮，鹽酸可控制為60～100mL/L。 
    （3）磷酸的質量濃度　 
    在硝酸為45mL/L、鹽酸為125mL/L、溫度為35℃和時間為2h條件下，發現：a.當磷酸小于15mL/L時，開始表面形成一層淺黃色粘膜，后期表面既不平整又發黑；b.當磷酸為20～50mL/L時，開始表面形成較厚的青色粘膜，可以得到較高的光亮度；c.當磷酸大于60mL/L時，開始表面有一層厚青綠色粘膜，后期沒有氣道出現和黃煙生成，雖然表面相當平整，但烏黑沒有亮度。磷酸溶解能力比鹽酸低，沒有氧化能力，在拋光溶液中加入磷酸是為了在不銹鋼表面形成一層磷酸鹽膜，以阻止對不銹鋼基體造成過腐蝕，但較高的磷酸易形成較厚的磷酸鹽膜，從而影響溶解速度，導致光亮度較差。綜合考慮，磷酸的用量為20～45mL/L。 
    （4）添加劑　 
    以氯烷基吡啶、鹵素化合物、含氰化合物和磺基水楊酸為光亮劑，若丁和有機胺為緩蝕劑，纖維素醚、聚乙二醇、丙二醇和丙三醇為增稠劑實驗發現，采用復合光亮劑、緩蝕劑和增稠劑效果效好，添加量分別為1～5g/L、0.2～2g/L和2～20g/L，復合光亮劑∶緩蝕劑∶增稠劑=4∶1∶6。添加劑最適宜的總質量濃度為5～10g/L。 
    （5）溫度和時間　 
    固定鹽酸為125mL/L、硝酸為45mL/L、磷酸為25mL/L、添加劑總質量濃度為6g/L。實驗發現，在25～40℃溫度范圍內，拋光1～5h，都可以獲得光亮如鏡的拋光面。降低拋光溫度，必須適當提高拋光時間。
2.3　拋光溶液維護 
    隨著拋光的進行，三種酸的濃度會有所改變，拋光效果會越來越差，為了保持拋光效果，延長拋光溶液的壽命，拋光一段時間以后需要對拋光溶液進行調整維護。三種酸的添加比例：硝酸（65%）∶鹽酸（36.5%）∶磷酸（85%）=10∶1∶1。當拋光溶液使用較長時間以后，經調整仍得不到理想效果時，應棄去重配。
2.4　電鍍鉻及影響因素 
    （1）鉻酐質量濃度　 
    鉻酐的質量濃度除了對鍍速有很大的影響，還直接影響著鍍液的穩定性。其主要原因是鉻酐的質量濃度較低，使鍍液對雜質離子如三價鐵離子變得極為敏感。考慮到穩定的情況，鉻酐的質量濃度應在230～270g/L。 
    （2）硫酸質量濃度　 
    硫酸質量濃度是電鍍中較難控制的參數。硫酸質量濃度過高或過低，往往會引起鍍層“露黃”、帶黃彩膜或藍彩膜、燒焦和發霧等問題。中濃度鍍鉻溶液中硫酸的質量濃度是根據其與鉻酐質量濃度的比值確定的。通常，鉻酐/硫酸=90～120，因此，硫酸的質量濃度取為2.3～2.7g/L。 
    （3）三價鉻質量濃度　 
    三價鉻離子應該保持一個較低的水平，因為隨著三價鉻質量濃度的升高，便會出現分散能力降低、電流范圍狹窄等一系列的問題。這些問題通過增加陽極面積等方法是無法解決的。實驗發現，當三價鉻的質量濃度<5g/L時，鍍液會相當的穩定。 
    （4）陰極電流密度　 
    實驗發現，在較寬的電流密度范圍內均可得到質量良好的鍍層，而當電流密度過高時，鍍層開始由光亮變得泛白，甚至出現鍍件邊角粗糙、燒焦的現象。電流密度過低也會出現光亮度降低、漏鍍的現象。綜合考慮，陰極電流密度應保持在50～60A/dm2。 
    （5）溫度　 
    赫爾槽和小槽實驗說明溫度對鍍層的外觀和質量有很大的影響，溫度較低時，電結晶過程較慢，陰極極化較大，晶粒細致緊密，但色澤較暗；溫度較高時，陰極極化較小，鍍速很快，但鍍層疏松多孔，質量較差。綜合考慮，溫度應控制在55～60℃。
3　結論 
    （1）化學蝕刻最佳配方和工藝參數為：FeCl3660～850g/L、HCl（36%）8～20mL/L，添加劑10～20g/L，溫度45～50℃。在此條件下，蝕刻速度為10～20μm/h，蝕刻時間根據圖紋具體深度而定。 
    （2）化學拋光最佳配方和工藝參數為：硝酸（65%）15～40mL/L，鹽酸（36.5%）60～100mL/L，磷酸（85%）20～45mL/L，復合光亮劑1～5g/L，緩蝕劑0.2～2g/L，增稠劑2～20g/L，拋光溫度為25～40℃，拋光時間為1～5h。在此條件下，可以獲得光亮如鏡的拋光面。 
    （3）電鍍鉻最佳工藝：鉻酐230～270g/L，硫酸2.3～2.7g/L，三價鉻<5g/L，陰極電流密度50～60A/dm2，溫度55～60℃。鉻酐在電鍍鉻溶液中不僅起到穩定鍍液的作用，而且對pH也有一定的緩沖作用，從而使得鍍層厚度可持續增加。