CN101532164A - 彩色不锈钢板表面装饰图文的高频脉冲静液电解蚀刻方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及非传统加工工艺及彩色不锈钢板表面处理表面改性，具体涉及一种彩色不锈钢板表面装饰图文的高频脉冲静液电解蚀刻方法。本发明以丝网印刷技术与高频脉冲静液电解蚀刻加工技术相结合，可在各种色彩的彩色不锈钢板表面加工永久性装饰图文；采用静态中性复合电解液、平移式小面积平板阴极与高频脉冲电解加工相结合完成电化学蚀刻，具有加工速度快、装置简单、易操作，成本低、设备投入少、加工精度较高等特点；研制的专用中性复合电解液，成本低廉，并无毒、无腐蚀、无污染；本发明为其它金属制品表面装饰图文的加工提供理论与技术支持。

Description

彩色不锈钢板表面装饰图文的高频脉冲静液电解蚀刻方法

技术领域

本发明涉及非传统加工工艺及彩色不锈钢板表面处理表面改性。具体涉及一种彩色不锈钢板表面装饰图文的高频脉冲静液电解蚀刻方法。

背景技术

由于彩色不锈钢具有表面光滑、色泽鲜艳、耐腐蚀性强、焊接性能好、易于冷作成型等特点，特别是近年来，国内的建筑装饰、轻工、电子、厨房用具等行业对经过表面装饰处理的不锈钢板材及其制品的需求量越来越大，在不锈钢尤其是彩色不锈钢、镜面不锈钢等金属板材及其制品表面加工出较大面积的各种精细图案、文字，属于国际上新兴的高技术含量的表面装饰加工技术，具有极为广泛的应用前景。

目前，国内外采用的工艺方法主要有激光加工法、数控雕刻法、射流电解法、电解刻印法和化学蚀刻—着色法。激光加工法主要是利用聚焦的激光束直接照射工件表面，使激光束照射处的金属气化形成凹形图文刻痕，具有加工速度快、刻痕深的优点，但设备投入费用高，只适用于加工图文比较简单且加工面积小的场合，不适合大面积彩色不锈钢板材图文的批量加工；数控雕刻法主要是利用数控机床上的铣刀，在计算机控制下对工件表面进行铣削雕刻加工，具有加工速度快、设备投入费用不高的优点，但刻痕较浅、较宽，只适用于加工图文比较简单且加工面积小的场合，也不适合大面积彩色不锈钢板材图文的大批量加工；射流—电解法主要是利用电解作用和电解液束流的冲击作用去除加工部位的材料，从而形成图文刻痕，具有加工速度快、加工面积相对较大的优点，但需要一定的设备投入费用，且刻痕较浅、较宽，只适用于加工图文比较简单的场合，不适合具有精细图文的大面积彩色不锈钢板材大批量加工；电解刻印法也被称为电解打标法，主要采用直流电源，利用电解原理蚀除微量材料形成很浅的图文刻痕，刻印速度快、设备简单，主要适用于在较小范围进行图文打标记，不能用于大面积板材装饰图文的批量加工；化学蚀刻—着色法是采用丝网印刷技术在工件表面形成图文耐蚀膜，然后进行化学蚀刻形成刻痕，去除图文耐蚀膜后进行化学着色，最后制成彩色不锈钢装饰板，该方法可用于大面积彩色不锈钢装饰板材的批量加工，但影响因素多、工序繁琐，对环境影响大，且装饰图文只有凹凸感，无色彩反差，目前没有得到推广应用。

根据对国内市场的调查统计结果显示，我国每年仅建筑装饰业对普通亚镜面不锈钢板的需求量达150吨以上，如果加上轻工、电子、医疗等行业的用量，市场总需求量可达200吨以上。价格合理、生产工艺简单、色泽鲜艳、图文美观、表面光滑耐蚀的彩色不锈钢图文装饰板具有非常广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是研究开发出一种经济实用的大面积彩色不锈钢花纹装饰板加工工艺并加以利用，可填补国内该项技术的空白，扩大不锈钢等金属板材及其制品的应用范围，并提高其使用价值。

本发明的技术方案是：彩色不锈钢板表面高频脉冲静液电解蚀刻方法的工艺流程见图1，方法步骤如下：

(1)、除油：

A、配置除油液：

除油液为氢氧化钠、碳酸钠及硅酸钠的水溶液，各组分的质量百分比如下：

NaOH        3～6％

Na₂CO₃      1～3％

Na₂SiO₃     1～3％

H₂O         88～95％

B、清洗除油：

将彩色不锈钢板放入除油液中，在室温，清洗时间3～6min，然后用清水清洗吹干；

(2)、配置电解液：

在25～40℃的温度条件下配置电解液，电解液为硝酸钠、氯化钠、无机组分A及光亮剂B的水溶液，各组分的质量百分比如下：

NaNO₃          10％～20％

NaCl           5％～10％

无机组分A      1％～3％

光亮剂B        1％～3％

H₂O            64～83％

其中，无机组分A为KI或NH₄Cl；光亮剂B为硫脲、糖精或丁炔二醇；

(3)、配置图文屏蔽层去除液：

在常温条件下配置屏蔽层去除液，屏蔽层去除液为氢氧化钠和活性剂十二烷基磺酸钠的水溶液，各组分的质量百分比如下：

NaOH                10％～20％

十二烷基磺酸钠      2％～5％

H₂O                 75～88％

(4)、印制图文屏蔽层：

将除油干燥后的彩色不锈钢板置于丝网印台上，用丝网印刷方法印制厚度为50～120μm的抗电镀油墨图文屏蔽层后，置于烘干箱中烘干，烘干温度为50～60℃，烘干时间为5～7min。该图文屏蔽层具有一定厚度、绝缘性能好、附着牢固、易于去除且图文再现精度高。

(5)、高频脉冲静液电解蚀刻：

阳极为彩色不锈钢(1Cr18Ni9Ti)，Ra0.1～0.2μm；阴极为厚度为2mm的矩形黄铜板(H80)，其上分布规则排列的数个直径1.0～5.0mm的通孔，移动速度为1～20mm/s，通孔数量及尺寸根据所加工图文面积大小变化；根据加工精度、速度确定电参数：极间距δ：0.5～1.0mm；极间电压V＝6～17V；脉冲电流波形为矩形波，脉冲峰值电流密度i_D＝30～60A/cm²，脉冲宽度t_p＝10μm～10ms，脉冲占空比t_p/t_i＝1/8～1；加工时间根据刻痕深度定，1～8min。

(6)加工后处理：

A、去除屏蔽层：电解蚀刻完成后，将彩色不锈钢板清洗干净后置于屏蔽层去除液中浸泡6～10min，用尼龙刷轻刷去除图文屏蔽层；

B、清洗、存放：将彩色不锈钢板置于清水槽中清洗后，置于搁架上自然干燥，存放。

本发明从保证一定加工精度、较高生产率、较低成本和易于操作、掌握的目的出发，采用丝网印刷技术，在经过除油处理的彩色不锈钢工件表面形成具有一定厚度、绝缘性能好、附着牢固、易于去除且图文再现精度高的屏蔽层；采用化学分析和工艺实验的方法，优选出适合于彩色不锈钢电化学蚀刻的无机中性复合电解液组分；利用计算机优化平板阴极形状与尺寸并控制其移动速度和极间距，以加大电极间电力线分布的均匀性，减小电解液浓差极化，便于电解产物排除，降低对电化学蚀刻装置及电解液循环系统的要求；通过测定极化曲线，研究电化学蚀刻时不锈钢的电极过程，探讨超钝化溶解状态下彩色不锈钢表面彩色氧化膜的溶解条件及不锈钢本体的溶解机理；在静态的中性复合电解液中，采用高频脉冲进行精细图文的电化学蚀刻，达到提高电化学加工精度的目的；同时采用正交法进行工艺性实验研究，优化丝网印刷、电化学蚀刻工艺参数；根据优选出的工艺参数进行加工，刻痕为不锈钢底色(银白色)的图文线条最细可达0.2mm，线条宽度变化量控制在0.1mm以内，图文线条刻痕最深可达0.8mm，金属蚀除率最大可达5000mm³/min，平均蚀除率为100mm³/min。经3分钟左右的加工时间，刻痕深度可达0.3mm。

本发明的有益效果如下：

(1)、本发明以丝网印刷技术与高频脉冲静液电解蚀刻加工技术相结合，可在各种色彩的彩色不锈钢板表面加工永久性装饰图文；

(2)、采用静态中性复合电解液、平移式小面积平板阴极与高频脉冲电解加工相结合完成电化学蚀刻，具有加工速度快(是化学蚀刻加工速度的十几乃至几十倍)、装置简单、易操作，成本低、设备投入少、加工精度较高等特点；

(3)、研制的专用中性复合电解液，其成本低于常规电解加工所用的单一型电解液，并具有无毒、无腐蚀、无污染的特点；

(4)、以丝网印刷工艺取代传统的光学照相制版工艺，以功能性油墨代替光致抗蚀剂，不但可以保证图文屏蔽层的质量，而且可以大大简化图文屏蔽层的制作工艺，使成本大幅度降低；

(5)为其它金属制品表面装饰图文的加工提供理论与技术支持。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

加工要求：在紫红色彩色不锈钢表面加工郁金香图案(100mm×100mm)，图文线条最细0.3mm，线条宽度变化量小于0.1mm，图文线条刻痕深度0.3mm。

加工步骤如下：

(1)除油：

A、配置除油液，各组分的质量百分比如下：

NaOH       5％

Na₂CO₃     2％

Na₂SiO₃    2％

H₂O        91％

B、清洗除油：

将彩色不锈钢板放入除油槽中除油，根据彩色不锈钢板表面轻度油污情况，室温下清洗时间3min后取出，置于清水槽中清洗1min，然后置于干燥架上热风吹干。

(2)配置电解液：温度T＝25℃，电解液的各组分的质量百分比如下：

NaNO₃        20％

NaCl         8％

NH₄Cl        1％

糖精         3％

H₂O        68％

(3)配制图文屏蔽层去除液：常温下，图文屏蔽层去除液的各组分的质量百分比如下：

NaOH               20％

十二烷基磺酸钠     2％

H₂O                78％

(4)印制图文屏蔽层：将除油干燥后的彩色不锈钢板置于丝网印台上，用丝网印刷方法印制厚度80μm的抗电镀油墨图文屏蔽层后，置于烘干箱中烘干，烘干温度为55℃，烘干时间为5min。

(5)高频脉冲静液电解蚀刻：

A、制作阴极：在线切割机上把厚度为2mm的黄铜板(H80)切割成矩形(20mm×120mm)，在钻床上加工33个直径2.0mm的通孔(均布3排，每排11个，纵向孔间距10mm、横向孔间距5mm)；移动速度为15mm/s；

B、电解蚀刻：根据加工精度、速度确定电参数：极间电压V＝10V；脉冲电流波形为矩形波，脉冲峰值电流密度i_D＝50A/cm²，脉冲宽度t_p＝200μm，脉冲占空比t_p/t_i＝1/4；极间距δ＝0.5mm。将制作的阴极和上述处理后的彩色不锈钢板作为阳极放入电解槽中，按照确定的电参数进行加工，加工时间为3min。

(6)加工后处理：

A、去除屏蔽层：电解蚀刻完成后，将彩色不锈钢板清洗干净后置于屏蔽层去除液中浸泡8min，用尼龙刷轻刷去除图文屏蔽层；

B、清洗、存放：将彩色不锈钢板置于清水槽中清洗后，置于搁架上自然干燥，存放。

实施例2

加工要求：在孔雀蓝彩色不锈钢表面加工飞天图案(60mm×120mm)，图文线条最细0.2mm，线条宽度变化量小于0.1mm，图文线条刻痕深度0.2mm。

加工步骤如下：

(1)除油：

A、配置除油液，各组分的质量百分比如下：

NaOH         4％

Na₂CO₃       1％

Na₂SiO₃      1％

H₂O          94％

B、清洗除油：

将彩色不锈钢板放入除油槽中除油，根据工件表面轻度油污情况，室温下清洗时间2min后取出，置于清水槽中清洗1min，然后置于干燥架上热风吹干。

(2)配置电解液：温度T＝25℃，电解液的各组分的质量百分比如下：

NaNO₃          20％

NaCl           5％

NH₄Cl          3％

糖精           1％

H₂O            71％

(3)配制图文屏蔽层去除液：常温下，图文屏蔽层去除液的各组分的质量百分比如下：

NaOH           15％

十二烷基磺酸钠 2％

H₂O            83％

(4)印制图文屏蔽层：将除油干燥后的彩色不锈钢板置于丝网印台上，用丝网印刷方法印制厚度60μm的抗电镀油墨图文屏蔽层后，置于烘干箱中烘干，烘干温度为55℃，烘干时间为4min。

(5)高频脉冲静液电解蚀刻：

A、制作阴极：在线切割机上把厚度为2mm的黄铜板(H80)切割成矩形(20mm×70mm)，在钻床上加工28个直径2.5mm的通孔(均布4排，每排7个，纵向孔间距10mm、横向孔间距4mm)；移动速度为10mm/s；

B、电解蚀刻：根据加工精度、速度确定电参数：极间电压V＝12V；脉冲电流波形为矩形波，脉冲峰值电流密度i_D＝55A/cm²，脉冲宽度t_p＝100μm，脉冲占空比t_p/t_i＝1/3；极间距δ＝0.6mm；将制作的阴极和上述处理后的彩色不锈钢板作为阳极放入电解槽中，按照确定的电参数进行加工，加工时间为3min。

(6)加工后处理：

A、去除屏蔽层：电解蚀刻完成后，将彩色不锈钢板清洗干净后置于屏蔽层去除液中浸泡6min，用尼龙刷轻刷去除图文屏蔽层；

B、清洗、存放：将彩色不锈钢板置于清水槽中清洗后，置于搁架上自然干燥，存放。

Claims (1)

1、彩色不锈钢板表面装饰图文的高频脉冲静液电解蚀刻方法，其特征在于，该方法步骤如下：

(1)、除油：

A、配置除油液：

除油液为氢氧化钠、碳酸钠及硅酸钠的水溶液，各组分的质量百分比如下：

NaOH                3～6％

Na₂CO₃              1～3％

Na₂SiO₃             1～3％

H₂O                 88～95％

B、清洗除油：

将彩色不锈钢板放入除油液中，在室温，清洗时间3～6min，然后用清水清洗吹干；

(2)、配置电解液：

在25～40℃的温度条件下配置电解液，电解液为硝酸钠、氯化钠、无机组分A及光亮剂B的水溶液，各组分的质量百分比如下：

NaNO₃                 10％～20％

NaCl                  5％～10％

无机组分A             1％～3％

光亮剂B               1％～3％

H₂O                   64～83％

其中，无机组分A为KI或NH₄Cl；光亮剂B为硫脲、糖精或丁炔二醇；

(3)、配置图文屏蔽层去除液：

在常温条件下配置屏蔽层去除液，屏蔽层去除液为氢氧化钠和活性剂十二烷基磺酸钠的水溶液，各组分的质量百分比如下：

NaOH                 10％～20％

十二烷基磺酸钠       2％～5％

H₂O              75～88％

(4)、印制图文屏蔽层：

将除油干燥后的彩色不锈钢板置于丝网印台上，用丝网印刷方法印制厚度为50～120μm的抗电镀油墨图文屏蔽层后，置于烘干箱中烘干，烘干温度为50～60℃，烘干时间为5～7min。

(5)、高频脉冲静液电解蚀刻：

阳极为彩色不锈钢(1Cr18Ni9Ti)，Ra0.1～0.2μm；阴极为厚度为2mm的矩形黄铜板(H80)，其上分布规则排列的数个直径1.0～5.0mm的通孔，移动速度为1～20mm/s，通孔数量及尺寸根据所加工图文面积大小变化；极间距δ：0.5～1.0mm；极间电压V＝6～17V；脉冲电流波形为矩形波，脉冲峰值电流密度i_D＝30～60A/cm²，脉冲宽度t_p＝10μm～10ms，脉冲占空比t_p/t_i＝1/8～1；加工时间为1～8min。

(6)加工后处理：

A、去除屏蔽层：电解蚀刻完成后，将彩色不锈钢板清洗干净后置于屏蔽层去除液中浸泡6～10min，用尼龙刷轻刷去除图文屏蔽层；

B、清洗、存放：将彩色不锈钢板置于清水槽中清洗后，置于搁架上自然干燥，存放。

Images