CN112848721A - 一种在金属表面形成纹路的方法和用途 - Google Patents

一种在金属表面形成纹路的方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种在金属表面形成纹路的方法和用途，在不使用激光雕刻机的前提下，通过使用柔性转印技术实现金属表面，尤其是异形曲面的图案印制，制作保护区，以实现对金属表面进行选择性腐蚀，制作所需要的纹路效果。具有方便、简单、成本低等优点。

Description

一种在金属表面形成纹路的方法和用途
技术领域
本发明涉及金属表面加工领域，具体涉及一种在金属表面形成纹路的方法和用途。
背景技术
金属表面规则纹路效果广泛用于模具、电子、五金等行业，可以使制品表面美观，同时还可以实现一些功能性问题。金属表面纹理加工工艺，通常采用激光雕刻技术，该技术以数控技术为基础，激光为加工媒介。金属材料在激光照射下瞬间产生熔化和气化的物理变性，从而达到加工的目的。通过激光雕刻机使用镭技术，可将矢量化图文轻松地“打印”到所加工的基材上。该技术优点在于：(1)精密：材料表面最细线宽可达到0.015mm，并且为非接触式加工，不会造成产品变形；(2)高效率：可在最短时间内得到新产品的实物，多品种、小批量的产品制备也只须更改矢量图档即可；(3)可满足特殊加工需求：可加工内表面或倾斜表面；(4)环保节能：加工过程无污染，不含任何有害物质。
但是，激光雕刻技术设备成本高、加工周期长。尤其对于在金属的异形曲面上进行规则纹路的加工，激光雕刻具有加工时间长的缺点。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种在金属表面形成纹路的方法，通过使用柔性转印技术实现金属表面的图案印制，制作保护区，以实现对金属表面进行选择性腐蚀，制作所需要的纹路效果。
本发明的目的之二在于提供一种与目的之一相对应的所述的在金属表面形成纹路的方法在加工金属异形曲面规则纹路中的用途。
为实现上述目的之一，本发明采取的技术方案如下：
一种在金属表面形成纹路的方法，包括：
(a)将胶带粘贴在丝印网板的背面，并从所述丝印网板的正面涂布油墨组合物，形成丝印胶带；
(b)将所述丝印胶带从所述丝印网板上移除，并使所述丝印胶带带有油墨组合物的一面与待形成纹路的金属表面相接触；
(c)对所述油墨组合物与所述金属表面接触的区域进行烘烤，从而将所述油墨组合物转印到所述金属表面；
(d)在带有所述油墨组合物的区域涂抹腐蚀液，从而在金属表面形成纹路。
本申请的发明人经研究发现，采用柔性转印技术实现金属表面，尤其是异形曲面的图案印制，利用化学方法对金属表面进行腐蚀，得到所要制作的纹路图案。
根据发明，可以使用Coreldraw软件，根据实际需求绘制标准纹路图，制作2000目的丝印网板。
根据发明，在步骤(a)中胶带相比其他承印物，胶带的一侧带胶，具有胶黏性。在制备复杂纹路时，胶带与丝印网板之间可以固定，具有更好的操作性。在丝印网板的正面涂布油墨时，油墨通过网板的缝隙，印在丝印网板背面的胶带上，胶带上的胶对于油墨组合物也起到了固定作用，防止油墨流动，图案随之变化。
根据发明，使用酒精等有机溶剂对步骤(d)中得到的带有纹路的金属表面的残留物进行清洗。
根据发明，步骤(d)中，对金属表面无需形成纹路的区域进行保护的方式可采用胶带粘贴、橡皮泥堵孔、涂刷耐腐蚀油墨等方式，根据产品结构特性灵活处理。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述金属包括碳钢，优选地，所述碳钢包括中碳钢和低碳钢；和/或所述金属具有异形曲面。
根据发明，本申请所提供的方法适用于易腐蚀金属，包括含有Fe元素的金属，包括但不限于碳钢。其中，中碳钢是碳含量为0.25％～0.60％的碳素钢。低碳钢为碳含量低于0.25％的碳素钢，因其强度低、硬度低而软，故又称软钢。
根据发明，异形曲面又可以称作异形弧面。
在本发明的一些优选的实施方式中，步骤(a)中，所述油墨组合物包括沥青、煤油和耐酸油墨；优选地，所述耐酸油墨为YB8000型耐酸油墨。
根据发明，沥青可以提高油墨组合物与金属之间的结合力，煤油可以提高耐酸油墨和沥青之间的互溶性，避免油墨脱离金属表面。使用耐酸油墨可以提高油墨组合物的耐腐蚀能力，避免腐蚀溶液透过油墨腐蚀金属表面。
根据发明，所述油墨组合物在腐蚀液腐蚀金属的过程中，对不需要形成纹路的部分起到了耐腐蚀保护的作用。
优选地，所述沥青与所述煤油的质量体积比为(1～10)g：3mL(例如1g：3mL、2g：3mL、3g：3mL、4g：3mL、5g：3mL、6g：3mL、7g：3mL、8g：3mL、9g：3mL、10g：3mL，以及它们之间的任意比例)，更进一步优选的质量体积比为(4～6)g：3mL；所述耐酸油墨与所述沥青和所述煤油的混合物的体积比为(0.1～5):1(例如0.1:1、0.5:1、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1以及它们之间的任意比例)，更进一步优选的体积比为(0.5～1.5):1；
根据发明，沥青、煤油和耐酸油墨在上述比例范围内，得到的油墨组合物浓度适当，既不会难以涂抹，又不会由于油墨的流动性太强而导致难以形成图案。
更优选地，所述油墨组合物的制备方法包括：先将所述沥青和所述煤油混合制备沥青油墨，再将所述沥青油墨与所述耐酸油墨混合。
根据发明，先将沥青和煤油进行熬制，沥青熔化后得到沥青油墨，再与耐酸油墨混合均匀，得到耐腐蚀的油墨组合物。
在本发明的一些优选的实施方式中，步骤(a)中，所述胶带为透明胶带，方便对形成的图案进行观察；优选地，所述胶带为中低粘度的胶带，粘度不大于40U。
在本发明的一些优选的实施方式中，步骤(b)中，所述待形成纹路的金属表面经过打磨和抛光处理；
优选的，所述打磨和抛光处理采用600～800目的砂纸进行操作，将金属表面的纹路、凹凸不平等打磨至光亮，然后用无尘纸或者棉花蘸取酒精将金属表面的抛光区域清洗干净。
在本发明的一些优选的实施方式中，步骤(c)中，所述烘烤的温度为80～100℃(例如80、85、90、95、100℃，以及它们之间的任意温度)，和/或所述烘烤的时间为3～5分钟，且在烘烤的初期阶段使用橡皮擦等软质工具进行按压，保证转印效果，烘烤完毕后，将胶带从金属表面缓缓揭掉，则纹路被转印到金属表面。
在本发明的一些优选的实施方式中，在步骤(d)中，在腐蚀碳钢时，由于硫酸在腐蚀铁元素过程中有钝化作用，氢氟酸有毒性，所述腐蚀液包括盐酸、硝酸和以及具有强氧化性的可溶性铁盐，对碳钢中的铁起到腐蚀作用；
优选地，所述盐酸与所述硝酸的体积比为5:(1～5)(例如5:1、5:2、5:3、5:4、5:5，以及它们之间任意的比例)，更优选的体积比为5:(3～4)。
根据发明，盐酸和硝酸在上述比例范围时，氯离子的浓度可以在一个合理的范围内，氯离子可以起到稳定腐蚀液中铁离子的作用。
优选地，所述可溶性铁盐包括氯化铁和/或硝酸铁，更优选地，所述可溶性铁盐相当于所述盐酸和所述硝酸体积的添加量为0.1～0.5g/mL(例如0.1、0.2、0.25、0.3、0.4、0.5g/mL，以及它们之间的任意浓度)，更进一步优选的添加量为0.2～0.3g/mL。
根据发明，可溶性铁盐在腐蚀的过程中可以生产沉淀，对油墨图案形成保护，保证腐蚀过程中形成清晰的纹路图案。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述盐酸的质量浓度为36％～38％；和/或所述硝酸的质量浓度为60％～68％。
在本发明的一些优选的实施方式中，步骤(c)中，所述腐蚀的深度为0.05～0.1mm，和/或所述腐蚀的时间为20～40分钟。
根据发明，在步骤(d)中，所述涂抹腐蚀液的过程中，将腐蚀液涂抹到待腐蚀区域，待金属表面无气泡产生后，使用纸巾将腐蚀液吸取，再次涂抹腐蚀液。连续腐蚀20～40分钟(例如20、22、25、30、35、40分钟)，腐蚀深度可达到0.05～0.1mm(0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1mm，以及它们之间的任意深度)。涂抹过程中注意不能用力过猛破坏丝印图案。
为实现上述目的之二，本发明采取的技术方案如下：
所述的在金属表面形成纹路的方法在加工金属异形曲面规则纹路中的用途。
本发明的有益效果至少在于以下几个方面：
其一，本发明通过使用柔性转印技术实现金属表面的图案印制，制作保护区，以实现对金属表面进行选择性腐蚀，制作所需要的纹路效果，该方法方便、简单、成本低。
其二，本发明所提供的方法，尤其适用于金属异形曲面表面规则纹路的加工。
附图说明
图1是待加工金属的截面示意图。
图2是贴有胶带的丝印网板的示意图。
图3是实施例1提供的在金属表面形成纹路后的照片。
附图标记说明：
1-待腐蚀金属；2-保护区域；3-待形成纹路的区域；4-丝印网板；5-胶带。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围并不限于下述说明。
本发明中，若无特殊说明，耐酸油墨为有展科技的YB8000型耐酸油墨。
本发明中，若无特殊说明，腐蚀液由分析纯级别的硝酸、盐酸和三氯化铁组成。
本发明中，若无特殊说明，胶带为3M透明胶带，粘度小于40U。
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购途径获得的常规产品。
实施例1
本实施例所提供的在金属表面形成纹路的照片如图3所示，方法具体包括以下步骤：
(1)使用Coreldraw软件，根据实际需求绘制标准纹路图，制作2000目的丝印网板；
(2)参考图2，使用中低粘度的透明胶带粘贴到丝印网板的背面，然后使用刮刀在丝印网板上涂布油墨组合物，将油墨印到网板背面的透明胶带上，得到丝印胶带；
其中，油墨组合物的制备方法为：将沥青和煤油按照50g：30mL的比例熬制成沥青油墨后，再与有展科技的YB8000型耐酸油墨按照1：1体积比混合后，搅拌均匀；
(3)将金属表面需要制作规则纹面的区域清理干净，用颗粒度600目的砂纸打磨，将金属表面的纹路、凹凸不平等打磨至光亮，再用无尘纸或者棉花蘸取酒精将金属表面的抛光区域清洗干净；
(4)将丝印胶带从丝印网板上撕掉，将带有油墨的一面快速的粘贴到已抛光的金属待制作纹路的金属表面；
(5)使用烘筒对准已粘贴胶丝印胶带的金属表面，烘烤温度80℃，连续烘烤5分钟，且在烘烤的初期阶段使用橡皮擦等软质工具进行按压，保证转印效果；
(6)烘烤完成后，将胶带从金属表面缓缓揭掉，则纹路被转印到金属表面；
(7)参考图1，对金属上无需做腐蚀纹路的区域进行保护，避免腐蚀液多腐蚀了其他区域；
(8)将腐蚀液涂抹到待腐蚀区域，待金属表面无气泡产生后，使用纸巾将腐蚀液吸取干净，然后再次涂抹腐蚀液，连续腐蚀30分钟左右，腐蚀深度达到0.05～0.1mm即可，涂抹过程中不能用力过猛破坏丝印图案；
其中，腐蚀液为：工业用分析纯级浓度为68％的硝酸、质量浓度为38％的盐酸按5:3的体积比配制得到混合酸溶液，然后每100mL混合酸溶液中加入25g三氯化铁。
(9)使用酒精等有机溶剂将金属表面的残留物清洗，得到需要的纹路。
实施例2
本实施例所提供的在金属表面形成纹路的方法，步骤(2)中所用的油墨组合物的制备方法为：将沥青和煤油按照10g：30mL的比例熬制成沥青油墨后，再与有展科技的YB8000型耐酸油墨按照1：1体积比混合后，搅拌均匀。
步骤(1)、步骤(3)～(9)与实施例1相同。
在转印过程中，由于油墨组合物浓度太稀，转印效果差，影响了后续的腐蚀效果。
实施例3
本实施例所提供的在金属表面形成纹路的方法，步骤(2)中所用的油墨组合物的制备方法为：将沥青和煤油按照100g：30mL的比例熬制成沥青油墨后，再与有展科技的YB8000型耐酸油墨按照1：1体积比混合后，搅拌均匀。
步骤(1)、步骤(3)～(9)与实施例1相同。
在转印过程中，由于油墨中的沥青太多，导致油墨过干，影响转印效果。
实施例4
本实施例所提供的在金属表面形成纹路的方法，步骤(2)中所用的油墨组合物的制备方法为：将沥青和煤油按照40g：30mL的比例熬制成沥青油墨后，再与有展科技的YB8000型耐酸油墨按照1：1体积比混合后，搅拌均匀。
步骤(1)、步骤(3)～(9)与实施例1相同。
实验结果表明，能够得到纹路规则、清晰的金属表面。
实施例5
本实施例所提供的在金属表面形成纹路的方法，步骤(2)中所用的油墨组合物的制备方法为：将沥青和煤油按照60g：30mL的比例熬制成沥青油墨后，再与有展科技的YB8000型耐酸油墨按照1：1体积比混合后，搅拌均匀。
实验结果表明，能够得到纹路规则、清晰的金属表面。
实施例6
本实施例所提供的在金属表面形成纹路的方法，步骤(2)中所用的油墨组合物的制备方法为：将沥青和煤油按照50g：30mL的比例熬制成沥青油墨后，再与有展科技的YB8000型耐酸油墨按照0.1：1体积比混合后，搅拌均匀。
步骤(1)、步骤(3)～(9)与实施例1相同。
实验结果表明，能够得到纹路规则、清晰的金属表面。
实施例7
本实施例所提供的在金属表面形成纹路的方法，步骤(2)中所用的油墨组合物的制备方法为：将沥青和煤油按照50g：30mL的比例熬制成沥青油墨后，再与有展科技的YB8000型耐酸油墨按照0.5：1体积比混合后，搅拌均匀。
步骤(1)、步骤(3)～(9)与实施例1相同。
实验结果表明，能够得到纹路规则、清晰的金属表面。
实施例8
本实施例所提供的在金属表面形成纹路的方法，步骤(2)中所用的油墨组合物的制备方法为：将沥青和煤油按照50g：30mL的比例熬制成沥青油墨后，再与有展科技的YB8000型耐酸油墨按照1.5：1体积比混合后，搅拌均匀。
步骤(1)、步骤(3)～(9)与实施例1相同。
实验结果表明，能够得到纹路规则、清晰的金属表面。
实施例9
本实施例所提供的在金属表面形成纹路的方法，步骤(2)中所用的油墨组合物的制备方法为：将沥青和煤油按照50g：30mL的比例熬制成沥青油墨后，再与有展科技的YB8000型耐酸油墨按照5:1体积比混合后，搅拌均匀。
步骤(1)、步骤(3)～(9)与实施例1相同。
实验结果表明，能够得到纹路规则、清晰的金属表面。
实施例10
本实施例所提供的在金属表面形成纹路的方法，步骤(8)中所用的腐蚀液为：工业用分析纯级浓度为60％的硝酸、质量浓度为36％的盐酸按5:1的体积比配制得到混合酸溶液，然后每100mL混合酸溶液中加入25g三氯化铁。
步骤(1)～(7)、步骤(9)与实施例1相同。
实验结果表明，能够得到纹路规则、清晰的金属表面。但是，该实施例中由于硝酸的质量较大，导致腐蚀过程中具有较大的刺激性气味，不利于长期生产。同时由于增大了硝酸的比例，降低了盐酸的比例，减小了氯离子的含量，可能影响腐蚀液中三氯化铁的稳定性。
实施例11
本实施例所提供的在金属表面形成纹路的方法，步骤(8)中所用的腐蚀液为：工业用分析纯级浓度为68％的硝酸、质量浓度为38％的盐酸按5:5的体积比配制得到混合酸溶液，然后每100mL混合酸溶液中加入25g三氯化铁。
步骤(1)～(7)、步骤(9)与实施例1相同。
实验结果表明，能够得到纹路规则、清晰的金属表面。
实施例12
本实施例所提供的在金属表面形成纹路的方法，步骤(8)中所用的腐蚀液为：工业用分析纯级浓度为68％的硝酸、质量浓度为38％的盐酸按5:3的体积比配制得到混合酸溶液，然后每100mL混合酸溶液中加入10g三氯化铁。
步骤(1)～(7)、步骤(9)与实施例1相同。
实验结果表明，能够得到纹路规则、清晰的金属表面。
实施例13
本实施例所提供的在金属表面形成纹路的方法，步骤(8)中所用的腐蚀液为：工业用分析纯级浓度为68％的硝酸、质量浓度为38％的盐酸按5:3的体积比配制得到混合酸溶液，然后每100mL混合酸溶液中加入50g三氯化铁。
步骤(1)～(7)、步骤(9)与实施例1相同。
实验结果表明，能够得到纹路规则、清晰的金属表面。
实施例14
本实施例所提供的在金属表面形成纹路的方法，步骤(5)中，烘烤温度为100℃，连续烘烤3分钟。
步骤(1)～(4)、步骤(6)～(9)与实施例1相同。
实验结果表明，能够得到纹路规则、清晰的金属表面。
对比例1
与实施例1相比，对比例1在步骤(2)中所使用的油墨组合物为沥青和煤油按照50g：30mL的比例熬制成的沥青油墨，不含有YB8000型耐酸油墨。导致转印效果差，无法在胶带上形成清晰、完整的转印图案。
对比例2
与实施例1相比，对比例2在步骤(2)中所使用的油墨为YB8000型耐酸油墨，不含有沥青和煤油。所得到的金属表面形成的油墨图案的耐酸性差，在腐蚀过程中容易脱落，导致在金属表面上不能形成规则的纹路。
对比例3
与实施例1相比，对比例3在步骤(8)中所使用的腐蚀液为工业用分析纯级浓度为68％的硝酸、质量浓度为38％的盐酸按5:3的体积比配制得到混合酸溶液，溶液中不含有三氯化铁。由于，三氯化铁在腐蚀过程中能够产生沉淀，对转印油墨起到一定的保护作用，不使用三氯化铁会导致腐蚀效果变差，形成的纹路不够清晰。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (10)

1.一种在金属表面形成纹路的方法，包括：
(a)将胶带粘贴在丝印网板的背面，并从所述丝印网板的正面涂布油墨组合物，形成丝印胶带；
(b)将所述丝印胶带从所述丝印网板上移除，并使所述丝印胶带带有油墨组合物的一面与待形成纹路的金属表面相接触；
(c)对所述油墨组合物与所述金属表面接触的区域进行烘烤，从而将所述油墨组合物转印到所述金属表面；
(d)在带有所述油墨组合物的区域涂抹腐蚀液，从而在金属表面形成纹路。
2.根据权利要求1所述的在金属表面形成纹路的方法，其特征在于，所述金属包括碳钢，优选地，所述碳钢包括中碳钢和低碳钢；和/或所述金属具有异形曲面。
3.根据权利要求1或2所述的在金属表面形成纹路的方法，其特征在于，步骤(a)中，所述油墨组合物包括沥青、煤油和耐酸油墨；优选地，所述耐酸油墨为YB8000型耐酸油墨；
优选地，所述沥青与所述煤油的质量体积比为(1～10)g：3mL，更进一步优选的质量体积比为(4～6)g：3mL；所述耐酸油墨与所述沥青和所述煤油的混合物的体积比为(0.1～5):1，更进一步优选的体积比为(0.5～1.5):1；
更优选地，所述油墨组合物的制备方法包括：先将所述沥青和所述煤油混合制备沥青油墨，再将所述沥青油墨与所述耐酸油墨混合。
4.根据权利要求1-3任一项所述的在金属表面形成纹路的方法，其特征在于，步骤(a)中，所述胶带为透明胶带；优选地，所述胶带的粘度不大于40U。
5.根据权利要求1-4任一项所述的在金属表面形成纹路的方法，其特征在于，步骤(b)中，所述待形成纹路的金属表面经过打磨和抛光处理；
优选的，所述打磨和抛光处理采用600～800目的砂纸进行操作。
6.根据权利要求1-5任一项所述的在金属表面形成纹路的方法，其特征在于，步骤(c)中，所述烘烤的温度为80～100℃，和/或所述烘烤的时间为3～5分钟。
7.根据权利要求1-6任一项所述的在金属表面形成纹路的方法，其特征在于，在步骤(d)中，所述腐蚀液包括盐酸、硝酸和可溶性铁盐，优选地，所述盐酸与所述硝酸的体积比为5:(1～5)，更优选的体积比为5:(3～4)，优选地，所述可溶性铁盐包括氯化铁和/或硝酸铁，更优选地，所述可溶性铁盐相当于所述盐酸和所述硝酸体积的添加量为0.1～0.5g/mL，更进一步优选的添加量为0.2～0.3g/mL。
8.根据权利要求7所述的在金属表面形成纹路的方法，其特征在于，所述盐酸的质量浓度为36％～38％；和/或所述硝酸的质量浓度为60％～68％。
9.根据权利要求1-8任一项所述的在金属表面形成纹路的方法，其特征在于，步骤(c)中，所述腐蚀的深度为0.05～0.1mm，和/或所述腐蚀的时间为20～40分钟。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的在金属表面形成纹路的方法在加工金属异形曲面规则纹路中的用途。
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