Химическая обработка металлов: Точное удаление материала без напряжений

Что такое химическая обработка?

Химическая обработка — это чистое удаление металла из заранее заданных областей без изменения целостности или свойств материала с помощью фотокيميческого процесса. Этот метод преимущественно применяется для изготовления мелких тонких деталей сложной формы без термических ожогов и внутренних напряжений.

Процесс начинается с очистки металла от грязи и масел. Затем наносится фоторезист и выдерживается для обеспечения равномерного покрытия. На подготовленный лист металла накладывается фотошаблон и подвергается воздействию ультрафиолетового света, что обеспечивает требуемое разрешение и параметры травления.

После удаления фотошаблона фоторезист проявляется или удаляется. На этом этапе металл готов к травлению: лист погружают в химический раствор, который растворяет весь материал, не входящий в состав детали. По завершении травления остатки резиста удаляют, а детали очищают, проверяют и упаковывают.

Этапы химической обработки

1. Очистка

На этапе очистки заготовки удаляют масло, смазку, пыль и другие загрязнения для обеспечения качественного выполнения последующих операций. Очистка необходима для надежного сцепления маскирующего материала с заготовкой; при нарушении технологии возможны несанкционированные участки травления.

Применяются различные методы очистки: пароочистка, щелочное травление и др., выбор зависит от материала заготовки и требуемой глубины обработки. Очистка пористых материалов представляет сложность. Основные методы — механический и химический; химический предпочтительнее, так как меньше повреждает поверхность.

2. Маскирование

Маскирование выполняется с помощью химически инертных масок, не реагирующих с используемыми реактивами. Маска должна легко сниматься. Части заготовки, не подлежащие обработке, закрываются маской, оставляя открытыми только обрабатываемые участки. Маски наносят тремя способами: метод вырезания и снятия, шелкографический метод и фоторезистный метод.

3. Высечение (скрибирование)

После маскирования удаляют слой маски с участков, подлежащих обработке, чтобы обеспечить доступ химического реактива к металлу. После этого этапа только заданные зоны остаются открытыми для химической обработки.

4. Травление

Подготовленную заготовку погружают в емкость с химическим раствором, вступающим в реакцию с металлом. Маскированные участки не реагируют, а открытые — вступают в реакцию, и материал постепенно удаляется. Травление обычно проводят при повышенной температуре. Важно не допускать застревания газовых пузырьков, чтобы избежать неоднородной обработки.

5. Снятие маски (демаскирование)

После травления маски снимают с необработанных участков, а с обработанных удаляют оксидный слой.

6. Промывка

На заключительном этапе заготовку тщательно промывают пресной водой для полного удаления остатков химикатов с поверхности. Дополнительно может применяться нагрев или охлаждение травящего раствора для поддержания заданной температуры.

Виды химической обработки

Процесс применяется для фрезерования, выбросовки и гравировки. Основные виды:

• Химическое фрезерование
• Химическая выбросовка
• Химическая гравировка

Для специальных целей используют реактивные газы (например, хлор), что называется газовым химическимTraitованием или горячим хлориднымTraitованием, применяемым для дебарирования металлических деталей.

1. Химическое фрезерование

Химическое фрезерование (промышленное травление) — аддитивный производственный процесс, использующий ванны с температурно-регулируемыми травящими химикатами для удаления материала и создания деталей заданной формы. Другие названия: фототравление, химическое травление, фотокيميческое травление и фотокيميческая обработка. Преимущественно применяется к металлам, но также к другим материалам. Развилось из процессов декоративного травления брони и печатного травления эпохи Возрождения как альтернатива гравировке на металле.

Суть процесса: обрабатываемые зоны воздействует коррозионный химикат (травящий раствор), реагирующий с материалом и растворяющий его; инертные маски (масканты) защищают определенные участки.

Применение

Травление широко используется в производстве печатных плат и полупроводников, в авиакосмической промышленности для удаления тонких слоев с крупных компонентов самолетов, ракетных обтекателей и выдавленных деталей авиарам. Также применяется для изготовления интегральных схем и МЭМС. В полупроводниковой промышленности кроме жидкостных методов часто используют плазменное травление.

2. Химическая выбросовка

Химическая выбросовка, фотоформование, фототравление — вариации химического фрезерования. Материал полностью удаляется из множества участков химическим путем. Основное применение — листы и фольга толщиной до 2 мм. Почти любые металлы поддаются обработке.

Заготовку очищают, травят кислотой или щелочью, сушат, наносят фоторезист (погружением, центрифугированием или распылением), сушат и выдерживают. Через фотомаску воздействуют УФ-светом, проявляют образец — ненужные участки фоторезиста удаляются, обнажая металл. Заготовку помещают в установку, где её опрыскивают травящим раствором или погружают в него. Через 1–15 минут лишний металл растворяется, готовая деталь извлекают и снимают остатки резиста.

3. Химическая гравировка

Печатные платы, сложные гравировки и вырезания выполняют с помощью фоторезистных масок.

• Очень тонкие металлы (0,005 мм) успешно обрабатываются.
• Достигается высокая точность ±0,015 мм.
• Автоматизированные фотографические методы обеспечивают высокую производительность.

Применение химической обработки

• Используется там, где критична глубина удаления металла (несколько микрон) и требуются строгие допуски.
• Шероховатость поверхности после обработки составляет 0,5–2 мкм.
• Удаляет металл с части всей поверхности сложной формы: штамповок, литьевых деталей, выдавливания.
• Основное применение — изготовление сложных штамповочных деталей без заусенцев.

Преимущества и недостатки

• Преимущества: не деформирует заготовку, не образует заусенцы, подходит для труднобрабатываемых материалов.
• Недостатки: низкая скорость, не применяется для крупных партий и материалов толще 2 мм.
• Мелкие детали изготавливают по 10–100 штук на одной пластине, ускоряя производство.