JPH04224687A - エッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエッチング方法に関して
いる。

【０００２】

【従来の技術】金属表面をエッチングして皮膜が金属表
面に接着するように作製するのに従来使用されていた方
法には、グリットブラスト法、ホイールサンド法、ワイ
ヤブラッシュ法及び方向性グラインド法により表面を物
理的に粗くする方法がある。これらの方法には種々の不
利な点を伴う。グリットブラスト法は時間がかかり且つ
高価な方法であるが、一方、他の方法は表面を苛酷に粗
くするのを避けるように注意深くコントロールしなけれ
ばならない。

【０００３】塩化第二鉄を金属表面に施してその表面を
粗くするために使用することもまた提案されている。し
かしながら、塩化第二鉄の作用は脱脂工程のタイプに非
常に依存しており、ダイカスト鋳造されたアルミニウム
を含む一定の金属に塩化第二鉄を施してもエッチングで
きないことが見いだされた。この方法ではエッチングの
深さ及び断面を変化させるために要求される柔軟性は得
られない。

【０００４】塩化第二鉄をエッチング剤として使用する
ことで今まで直面した問題は溶液中の第二鉄イオンはエ
ッチング方法において不可欠の成分であり、エッチング
を行っている間第一鉄イオンに還元され、最後には鉄に
還元される。これと同時に溶液のエッチング力も減少す
る。エッチング溶液からの鉄の沈澱は溶液中の塩化第二
鉄の全体的な減少及びエッチング剤としてのその使用の
終わりを示す。この段階では、溶液は廃液として廃棄さ
れなければならない。しかしながら、この溶液中の汚染
物を廃棄するのは高価で危険である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明によれば、りん
酸を含む、有効濃度の塩化第二鉄溶液を金属表面に施す
工程を含む、金属表面のエッチング方法を提供する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】有効濃度とは塩化第二鉄
の濃度が金属をエッチングするのに十分であることを意
味している。

【０００７】塩化第二鉄の容量％及び溶液中のりん酸は
好ましくはそれぞれ約１０〜２０重量％、約１〜２重量
％である。

【０００８】溶液は界面活性剤でよい湿潤剤もまた含ん
でもよい。

【０００９】この方法は塩化第二鉄を実質的に有効濃度
に維持することができる酸化剤を溶液に添加する工程も
また含んでもよい。酸化剤は溶液中の第一鉄イオンを第
二鉄イオンに酸化できるであろう。

【００１０】酸化剤は好ましくは溶液中でＨＯＣｌを生
成する化合物又は塩素ガス（Ｃｌ２）である。

【００１１】この方法は溶液を入れたエッチング槽中で
行うのが好ましい。金属表面は槽中に置かれる。

【００１２】酸化剤が溶液中に拡散できる拡散装置は少
なくとも部分的に槽内で溶液に浸されるのが好ましい。

【００１３】この方法は溶液を金属表面に施す前に金属
表面の脱脂剤による脱脂工程を含んでもよい。

【００１４】脱脂剤は好ましくは１，１，１−トリクロ
ロエタンである。

【００１５】この方法は溶液を施す前に、金属表面に最
初の脱スマット剤を施す工程も含んでもよい。

【００１６】溶液を施した後、第２の脱スマット剤とエ
ッチング剤とを組合せた薬剤も金属表面に施してもよい
。

【００１７】最初の脱スマット剤は脱酸剤が好ましく、
第２の脱スマット剤とエッチング剤とを組合せた薬剤は
苛性ソーダのようなアルカリ性溶液が好ましい。

【００１８】この方法は脱脂剤を施した後、第１の脱ス
マット剤を施した後、溶液を施した後、第２の脱スマッ
ト剤とエッチング剤とを組合せた薬剤を施した後、又は
それらのそれぞれの工程の後、金属表面を濯ぐ工程も含
んでもよい。濯ぎは水で行うのが好ましい。

【００１９】第２の脱スマット剤とエッチング剤とを組
合せた薬剤を金属表面に施した後、第１の脱スマット剤
を再度その表面に施してもよい。そして、金属表面は引
続いて濯ぐ。

【００２０】りん酸はオルトりん酸であるのが好ましい
。

【００２１】金属は圧延したアルミニウム、押出しした
アルミニウム、ダイカスト鋳造したアルミニウム、黄銅
又は銅が好ましい。

【００２２】本発明の他の実施態様によれば、金属表面
を被覆する方法はりん酸を含む塩化第二鉄溶液をその表
面に施して、引き続いて皮膜を施すことを含む。

【００２３】その方法は、それらに皮膜を施す前に、そ
の表面の溶液の挙動により生じた堆積物を除去する工程
を含んでもよい。

【００２４】皮膜は例えばポリテトラフルオロエチレン
のような高分子フィルムでもよい。

【００２５】本発明の他の態様によれば、エッチング剤
はりん酸を含む塩化第二鉄溶液でもよい。

【００２６】溶液は湿潤剤も含むのが好ましく、その湿
潤剤は界面活性剤でもよい。

【００２７】りん酸は好ましくはオルトりん酸である。 本発明の方法は、りん酸からなるエッチング液と、金属
表面に対してオルトりん酸の塩化鉄溶液と相溶性のある
界面活性剤を金属表面へ施すことを伴う。エッチングさ
れるべき金属表面のタイプとグレードにより、種々の他
の工程を、本発明のエッチング溶液を金属表面に施す工
程の前後に行うことができる。

【００２８】金属表面は、エッチング溶液による処理の
前処理として、１，１，１ートリクロロエタン（ダウケ
ミカルより”ＣＨＬＯＲＯＴＨＥＮＥ　　ＶＧ”として
販売されている）蒸気で脱脂処理する。この脱脂処理は
エッチング溶液が脂で汚れた表面では作用しないので必
要とされる。

【００２９】方法は金属表面が水スプレー浴で濯ぐ濯ぎ
工程をいくつか含み、その工程では本発明のエッチング
溶液または表面にその後施される脱スマット溶液により
表面に形成される堆積物を除去する。濯ぎに使用される
水は表面に圧力下でスプレーされ、金属表面上の多くの
割合のスマットが除去される。これは脱スマット溶液の
スマットによる汚れの減少に役立つ。

【００３０】金属表面を脱脂し、本発明のエッチング溶
液で処理した後、表面に対して一回目の濯ぎを行う。

【００３１】濯がれた金属表面を１種又はそれ以上の脱
スマット剤で処理する。確実に処理をするには２種の脱
スマット剤を使用する。ある実施態様においては、第一
の脱スマット剤は苛性ソーダ溶液であり、これはエッチ
ング腐食液としても作用し、第二の脱スマットおよび腐
食液は脱酸剤であり、ＬＮＣとしてよく知られているも
のである。金属表面は、本発明にかかるエッチング溶液
の作用および脱脂剤により生成された、黒みがかったス
マットである堆積物の除去を助けるために最初の脱スマ
ット剤に浸される。

【００３２】その金属表面は、苛性ソーダ溶液から取り
出された後、再度水スプレー浴で濯ぎ、苛性ソーダ溶液
の作用の結果として生じた表面の堆積物を除去する。第
二の脱スマット溶液は金属表面の、苛性ソーダの作用に
より生じたすべての堆積物を除去する。前記の濯いた金
属表面をＬＮＣを含む脱酸剤タンクに浸し、その後三回
目の水スプレー浴中での濯ぎを行う。

【００３３】３００４として知られるグレードのアルミ
ニウムをエッチングするときの、上述の手順は後述の通
りである。しかし、先に述べたように、手順はエッチン
グされる金属表面のタイプにより変えることができる。 １２００として知られるグレードのアルミニウムの場合
には、本発明にかかるエッチング溶液での処理に先立ち
、苛性ソーダで金属表面を処理すると、表面は良好なマ
ットエッチを形成する。アルミニウムの他のグレードお
よび他のタイプの金属については、必要とされるエッチ
ングのタイプにより上述の概略の手順から変化させるこ
とができる。例えば、金属表面は塩化第二鉄溶液中での
処理の前処理として、例えば１０％の硝酸溶液である脱
スマット剤で処理をすることができる。

【００３４】ひとつの実施態様では、金属表面は脱脂剤
により処理された後に最初の濯ぎを行ってもよい。この
実施態様においては、第１の脱スマット剤は脱酸剤ＬＮ
Ｃであり、第２の脱スマット剤は苛性ソーダ溶液である
。第１の脱スマット剤を金属表面に施し、その後濯ぎ、
エッチング溶液で処理し、第２の脱スマット剤とエッチ
ング剤とを組合せた薬剤で処理する。この方法でのそれ
ぞれの工程の典型的な時間は以下の通りである。

【００３５】第１の脱スマット剤　　５分間塩化第二鉄
　　　　　　　　　　　　３分間第２の脱スマット剤及
びエッチング剤　　　　２分第１の脱スマット剤　　２
分 １ｃｍ当たり１００ピークのピークカウンターのサンド
ブラスト処理で得られるエッジとは対照的に、この処理
は１ｃｍ当たり１７７ピークの非常に平坦なエッジを与
えた。１２００グレードの南アフリカ産アルミニウムも
含むすべてのグレードおよび種々のソースのアルミニウ
ムについて、この方法によって満足のゆく結果が得た。 この方法では、エッチング深さと断面は仕様により非常
に変化する。この方法でのエッチングをコントロールす
るための自由度も許容される。例えば、金属表面をそれ
ぞれの試薬に暴露する時間を短くすることにより、滑ら
かで浅い断面エッチング面を得られる。

【００３６】最後に、金属表面を熱水洗浄槽に浸ける。 金属表面を二度洗浄して、金属表面の全ての堆積物を除
去する。堆積物を除去することによって金属表面の乾燥
が容易になる。金属表面を洗浄槽から取出した後、乾燥
させる。

【００３７】本発明のエッチング方法は、エッチング液
の作用を含むものであって、エッチングされた後の金属
表面は清浄なものとなる。そして本発明のエッチング方
法は、圧延し、押出し、またはダイカスト鋳造したアル
ミニウムについて用いられる場合に特に効果的である。

【００３８】実際のエッチング方法、すなわち金属表面
にエッチング液を作用させるのに、エッチング槽を用い
る。液中に塩素ガス（Ｃｌ２）を拡散させるための図１
に示す拡散装置は槽内に入っている。液中を拡散する塩
素ガスは水と反応して「塩素水」またはＨＯＣｌを形成
する。ＨＯＣｌは鉄（ＩＩ）イオン（Ｆｅ２＋）を鉄（
ＩＩＩ）イオン（Ｆｅ３＋）に酸化させる強力な酸化剤
である。鉄（ＩＩ）イオン（Ｆｅ２＋）はアルミニウム
の還元によって生じる。

【００３９】 ＨＯＣｌ＋Ｈ＋＋ｅ−＝１／２Ｃｌ２（ｇ）＋Ｈ２Ｏ　
　　　　　　　　　　　Ｅ０ｒｅｄ＝１．６３ＶＦｅ２
＋＝Ｆｅ３＋＋ｅ−　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　Ｅ０ｏｘ　＝−０．７７ＶＨＯＣ
ｌ＋Ｈ＋＋Ｆｅ２＋＝１／２Ｃｌ２（ｇ）＋Ｆｅ３＋＋
Ｈ２Ｏ　　　　　Ｅ０＝０．８６Ｖかかる反応によって
発生した塩素ガスもまた鉄（ＩＩ）イオン（Ｆｅ２＋）
を鉄（ＩＩＩ）イオン（Ｆｅ３＋）に酸化させることが
できる。

【００４０】 Ｃｌ２（ｇ）＋２ｅ−＝２Ｃｌ−　　　　　　　　　　
　　　　　　　　Ｅ０ｒｅｄ＝１．３６ＶＦｅ２＋＝Ｆ
ｅ３＋＋ｅ−　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　Ｅ０ｏｘ＝−０．７７ＶＣｌ２（ｇ）＋２Ｆｅ２＋
＝２Ｆｅ３＋＋２Ｃｌ−　　　　　　　　　　Ｅ０＝０
．５９Ｖこれらの反応式から、アルミニウムによる還元
の結果溶液中に生成した鉄（ＩＩ）イオンが再び生成す
ることがわかる。要するに、全反応は以下の式で表され
る；Ｃｌ２（ｇ）＋２Ｆｅ２＋＝２Ｆｅ３＋＋２Ｃｌ−
　　。

【００４１】被エッチング金属３２は、塩化鉄（ＩＩＩ
）、オルトりん酸および界面活性剤をいれたエッチング
槽８に入れる。図１に示す拡散装置１０によって塩素ガ
スは連続的にエッチング槽８に供給される。拡散装置１
０は塩素ガス貯蔵器１２からなる。塩素ガス貯蔵器１２
にはタンク１４より塩素ガスが連続的に供給される。供
給管１８に設けられたレギュレター弁１６は、塩素ガス
貯蔵器１２のレベルの動揺に応答する。レギュレター弁
１６が開くことによって塩素ガスが流入し、閉じること
によって塩素ガスの流入が阻止される。ポンプ２０は、
塩素ガス貯蔵器１２と拡散槽２４とをつなぐ流入管２２
の途中に設けられている。ポンプ２０は拡散槽２４へ塩
素ガスを連続的に供給する。塩素ガスを微小泡にするた
めの拡散器２３はガラス製またはプラスチック製であり
、拡散層２４内に設置されている。拡散槽２４には多数
の孔２６が設けられており、塩素ガスは該孔を通じて槽
８に蓄えられた溶液３０中に拡散する。フード２８は拡
散槽２４を覆うように設けられており溶液表面近くの不
溶塩素ガスを捕集する。したがって、塩素ガスが大気中
に逃げ出すことはない。槽８では不要の過剰塩素ガスは
流出管３０を通って塩素ガス貯蔵器１２に戻り、拡散槽
２４に再循環する。

【００４２】この拡散装置１０を用いることにより、槽
８中の溶液はほとんど再生されず、エッチング工程は実
質的に連続となる。また、従来法のように不純物を含有
したエッチング溶液を処理する必要もない。本全工程は
比較的安全なものであり、環境破壊のおそれが少なく、
経費と時間を大きく節減することができる。

【００４３】槽中の塩素濃度は、標準重クロム酸塩溶液
を用いて滴定した。酸化還元指示薬としてジフェニルア
ミンスルホン酸ナトリウムを用いた。

【００４４】本発明の方法は、以下に述べる実施例によ
ってさらに詳細に説明される。

【００４５】

【実施例】実施例１ 圧延されたアルミニウム（グレード３００４）の円形ブ
ランク（ｂｌａｎｋ）を、１，１，１−トリクロロエタ
ン蒸気浴中で脱脂した。このブランクを、用途作成ジグ
（ｐｕｒｐｏｓｅ　ｍａｄｅ　ｊｉｇ）上に互いに２０
ｍｍだけ離して積載し、その後オルトりん酸と界面活性
剤を含む塩化鉄溶液に室温で約１５分間浸漬させた。こ
の溶液は、約５重量％のオルトりん酸及び約５重量％の
界面活性剤を含有していた。それから、所定の設定時間
後にジグを取出し、ブランクをドレン（ｄｒａｉｎ）し
た。

【００４６】その後、ブランク付きジグを、水スプレー
（ｗａｔｅｒ　ｓｐｒａｙ）浴に入れて、加圧下で各ブ
ランクの表面に水を噴霧して、表面を完全にすすぎ洗い
した。このジグを、水スプレー浴から取出して、約５０
℃で加熱された苛性ソーダエッチング浴中に約５分間浸
漬させた。 その後、ジグを取出して、ブランクをドレンした。ジグ
を、更に再度水スプレー浴に入れて、ブランクを再度水
で完全に洗浄した。ジグを、水スプレー浴から取出し、
５０℃に加熱された脱酸剤ＬＮＣを含有する脱酸剤タン
ク中に約５分間浸漬させ、その後、ジグを取出し、ブラ
ンクを再度ドレンした。それから、続いてジグを、約６
０℃の熱水濯ぎタンクに約５分間浸漬させた。ブランク
をジグから取外した後、ブランクを、空気ホースを使用
して乾燥した。各ブランクは、清浄な白色のエッチング
表面を示した。

【００４７】実施例２ 実施例１の方法、周囲温度、及び下記の割合の試薬を使
用して、良好なエッチング表面をグレ−ド１２００アル
ミニウム上に得た。

【００４８】 　　　　　　試薬　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　重量
　　７０％塩化鉄（ＦｅＣｌ３）　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　１８０　　オルトりん酸（純粋
）（８５％）　　　　　　　　　　　　　　　　　　２
０　　１０％の３０％ＨＣｌ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　１００　　　　水　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　９００　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　１２００苛性ソー
ダ脱スマット剤を５０℃で使用し、以下の割合のクロム
酸、オルトりん酸及び水から成る脱酸剤を使用した。

【００４９】 　　　　　　試薬　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
重量　　クロム酸　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２５
　　オルトりん酸　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　４３．７５　
　　　水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２１００
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　２１６８．７５ある用途においては、ブラ
ンクの一側面のみをエッチングすることが望ましい。こ
の場合には、一側面を、例えば真空ポリウレタンカップ
で覆って、その特定面がエッチングされるのを防ぐ。

【００５０】それから、テフロン又は同様な皮膜を、標
準的な方法によってエッチング後の表面に施してもよい
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法に使用する、本発明の拡散装置付
きでエッチング液をいれたエッチング槽を概略的に示す
。

【符号の説明】

８　　エッチング槽 １０　　拡散装置 １２　　塩素ガス貯蔵器 １４　　タンク １６　　レギュレター弁 １８　　供給管 ２０　　ポンプ ２２　　流入管 ２３　　拡散器 ２４　　拡散槽 ２６　　孔 ２８　　フード ３０　　流出管 ３２　　被エッチング金属

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　金属表面に有効濃度の塩化第二鉄溶液
   を施す工程を含む金属表面をエッチングする方法であっ
   て、その溶液はりん酸を含有するものである、前記方法
   。
2. 【請求項２】　　溶液に塩化第二鉄を実質的に有効な濃
   度に維持できる酸化剤を添加する工程も含む、請求項１
   記載の方法。
3. 【請求項３】　　溶液を入れたエッチング槽内で、金属
   表面をエッチング槽中に置いて実施する、請求項２記載
   の方法。
4. 【請求項４】　　酸化剤が溶液中へ拡散するときに通る
   拡散装置置の少なくとも一部をエッチング槽中で溶液に
   浸す、請求項３記載の方法。
5. 【請求項５】　　溶液中の塩化第二鉄とりん酸の占める
   容積％は、それぞれ、約１０〜２０％、約１〜約２％で
   ある、請求項１項乃至４のいずれか１つに記載の方法。
6. 【請求項６】　　りん酸はオルトりん酸である、請求項
   １乃至５のいずれか１つに記載の方法。
7. 【請求項７】　　溶液は湿潤剤も含有する、請求項６記
   載の方法。
8. 【請求項８】　　湿潤剤は界面活性剤である、請求項７
   記載の方法。
9. 【請求項９】　　酸化剤は溶液中でＨＯＣｌを形成する
   化合物又は塩素ガス（Ｃｌ２）である、請求項２乃至４
   のいずれか１つに記載の方法。
10. 【請求項１０】　　金属表面に溶液を施す前に、脱脂剤
    を施してその金属表面を脱脂する工程も含む、請求項１
    乃至９のいずれか１つに記載の方法。
11. 【請求項１１】　　脱脂剤は１，１，１−トリクロロエ
    タンである、請求項１０記載の方法。
12. 【請求項１２】　　金属表面に溶液を施す前にその金属
    表面に第１の脱スマット剤を施し、その金属表面に溶液
    を施した後にその金属表面に第２の脱スマット剤とエッ
    チング剤とを組合せた薬剤を施す工程も含む、請求項１
    ０又は１１記載の方法。
13. 【請求項１３】　　第１の脱スマット剤は脱酸剤であり
    、第２の脱スマット剤とエッチング剤とを組合せた薬剤
    はアクカリ性溶液である、請求項１２記載の方法。
14. 【請求項１４】　　金属表面に脱脂剤を施した後に、第
    １の脱スマット剤を施した後に、溶液を施した後に若し
    くは第２の脱スマット剤とエッチング剤とを組合せた薬
    剤を施した後に、又はそれぞれの工程の後に、その金属
    表面を水で濯ぐ工程も含む、請求項１２又は１３に記載
    の方法。
15. 【請求項１５】　　金属表面に第２の脱スマット剤とエ
    ッチング剤とを組合せた薬剤を施した後に、その表面に
    第１の脱スマット剤を再び施して、続いてその表面を濯
    ぐ、請求項１２乃至１４のいずれか１つに記載の方法。
16. 【請求項１６】　　金属表面にりん酸を含有する塩化第
    二鉄溶液を施し、続いてそこへ皮膜を施す工程を含む金
    属表面に皮膜を施す方法。
17. 【請求項１７】　　表面上に皮膜を施す前に、表面上の
    溶液の作用によって生ずる堆積物を表面から全て除去す
    る工程も含む、請求項１６記載の方法。
18. 【請求項１８】　　皮膜は、ポリテトラフルオロエチレ
    ンである、請求項１６又は１７のいずれかに記載の方法
    。
19. 【請求項１９】　　りん酸を含有する塩化第二鉄溶液か
    らなるエッチング剤。
20. 【請求項２０】　　溶液中の塩化第二鉄とりん酸の占め
    る容積％は、それぞれ、約１０〜約２０％、約１から約
    ２％である、請求項１９記載のエッチング剤。