专利名称：一种蚀刻液及其制备方法
技术领域：
本发明涉及蚀刻加工技术领域，尤其是一种对工件进行化学蚀刻加工中所用的蚀刻液。
背景技术：
蚀刻是将材料使用化学反应或物理撞击作用而移除的技术。其中的化学蚀刻是指通过曝光制版、显影后，将要蚀刻区域的保护膜去除，在蚀刻时接触化学溶液，达到溶解腐蚀的作用，形成凹凸或者镂空成型的效果。其原理是利用金属与蚀刻液进行化学反应形成可溶物体而进行去除反应部分，通过控制希望被去除部分和被保护部分来达到加工的目的。通常，在对模具钢等金属进行表面微结构的蚀刻加工时，要对模具钢等金属材料表面进行掩膜处理，即在被加工金属表面有选择地涂覆一层绝缘胶，涂覆绝缘胶的为不与蚀刻液发生反应的涂层，未涂覆绝缘胶的部分与蚀刻液进行化学反应。
蚀刻液对蚀刻加工的效果好坏起到关键的作用,现有的蚀刻液主要有以下六种类型:酸性氯化铜、碱性氯化铜、氯化铁、过硫酸铵、硫酸/铬酸和硫酸/双氧水蚀刻液。现有常用蚀刻液普遍存在侧蚀速 率较慢、侧蚀效果不佳的问题，被蚀刻工件表面被去除形成的凹坑和凸起之间常因为存在棱边和棱角而不能很好的平滑过渡，不仅使得加工工件摸起来手感不好，而且严重影响了视觉效果。发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种侧蚀速率平稳、可在被蚀刻加工的工件表面形成无明显棱边、平滑过渡凹坑的蚀刻液；同时，本发明还提供了所述蚀刻液的制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为:一种蚀刻液，包括以下重量百分比的组分:三氯化铁20 50%、硝酸10 15%、氯化钠5 10%，余量为水。
本申请发明人在传统通常采用的三氯化铁蚀刻液主要成分的基础上，加入所述质量配比的氯化钠，增加了溶液中的Cr1的浓度，将所蚀刻金属成分中呈离子状态易结合生成难溶物质的镍、硅等离子转化生成可溶性盐，增强了蚀刻液对金属的蚀刻能力，提高了反应速率；同时，便于形成一定的侧蚀量，使得被蚀刻工件金属表面形成的凹坑无明显棱边、平滑过渡。另外，本申请发明人在所述蚀刻液中添加了的硝酸具有一定的氧化能力，能够去除工件表面因氧化反应而生成的暗黑色氧化铁成分，去除氧化层，起到抛光作用，增加了工件表面的光洁度。
作为本发明所述蚀刻液的优选实施方式，所述蚀刻液包括以下重量百分比的组分:三氯化铁30 40%、硝酸12 13%、氯化钠6 8%，余量为水。
作为本发明所述蚀刻液的优选实施方式，所述蚀刻液包括以下重量百分比的组分:三氯化铁35%、硝酸12%、氯化钠8%，余量为水。
作为本发明所述蚀刻液的优选实施方式，所述硝酸与水的质量比为硝酸:水=1:4 3:7。当所述硝酸与水的质量比为1:4 3:7时,所述蚀刻液具有较强的氧化能力，对工件表面的抛光作用更好，能够更有效增加工件表面的光洁度。
另外，本发明提供了上述所述蚀刻液的制备方法，所述方法包括以下步骤:
(I)按照权利要求1所述质量比分别称取三氯化铁、硝酸、氯化钠和水；
(2)将三氯化铁溶于水中，得预混液；
(3)待步骤(2)所得的预混液冷却至室温，再加入硝酸和氯化钠，混合均匀后即得蚀刻液。
本发明所述提供的上述蚀刻液的制备方法中，先将三氯化铁溶液水中，因为所采用的为热溶性三氯化铁粉末，因此三氯化铁在水中的溶解过程会放热，溶解后所得的预混液温度较高，需要等所述预混液的温度冷却至室温时，方可加入所述硝酸和氯化钠，最终搅拌均匀使其溶解，得到蚀刻液。
本发明所述蚀刻液，能够将所蚀刻金属成分中呈离子状态易结合生成难溶物质的镍、硅等离子转化生成可溶性盐，增强蚀刻液对金属的蚀刻能力，提高了反应速率。本发明所述蚀刻液可在工件表面掩膜覆盖部分自下而上发生侧蚀，侧蚀速率平稳，易于控制，被蚀刻加工的工件表面凹坑处易形成平滑过渡、截面形状近似正弦曲线的波谷，无明显棱边，具有较好的侧蚀效果。本发明所述蚀刻液的制备方法，简便易于操作，可制备得到稳定的蚀刻液，广泛应用于工业加工中。
图1为采用现有蚀刻液蚀刻加工的工件表面凹坑处的结构示意图。
图2为采用本发明所述蚀刻液蚀刻加工的工件表面凹坑处的结构示意图。
图中，10为工件、12为正方形耐腐蚀胶、14为凹坑。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明一种实施例的蚀刻液，`所述蚀刻液采用下述方法制备而成:
(I)分别称取三氯化铁200g、硝酸100g、氯化钠50g、水650g ；
(2)将称取的三氯化铁溶于水中，得预混液；
(3)待步骤(2)所得的预混液冷却至室温，再加入硝酸和氯化钠，混合均匀后即得蚀刻液。
实施例2
本发明一种实施例的蚀刻液，所述蚀刻液采用下述方法制备而成:
(I)分别称取三氯化铁500g、硝酸150g、氯化钠100g、水250g ；
(2)将称取的三氯化铁溶于水中，得预混液；
(3)待步骤(2)所得的预混液冷却至室温，再加入硝酸和氯化钠，混合均匀后即得蚀刻液。
实施例3
本发明一种实施例的蚀刻液，所述蚀刻液采用下述方法制备而成:
(I)分别称取三氯化铁350g、硝酸120g、氯化钠80g、水450g ；
(2)将称取的三氯化铁溶于水中，得预混液；
(3)待步骤(2)所得的预混液冷却至室温，再加入硝酸和氯化钠，混合均匀后即得蚀刻液。
实施例4
本发明一种实施例的蚀刻液，所述蚀刻液采用下述方法制备而成:
(I)分别称取三氯化铁300g、硝酸120g、氯化钠60g、水520g ；
(2)将称取的三氯化铁溶于水中，得预混液；
(3)待步骤(2)所得的预混液冷却至室温，再加入硝酸和氯化钠，混合均匀后即得蚀刻液。
实施例5
本发明一种实施例的蚀刻液，所述蚀刻液采用下述方法制备而成:
(I)分别称取三氯化铁400g、硝酸130g、氯化钠80g、水390g ；
(2)将称取的三氯化铁溶于水中，得预混液；
(3)待步骤(2)所得的预混液冷却至室温，再加入硝酸和氯化钠，混合均匀后即得蚀刻液。
实施例6
本发明一种实施例的蚀刻液，所述蚀刻液采用下述方法制备而成:
(I)分别称取三氯化铁410g、硝酸120g、氯化钠90g、水480g ；
(2)将称取的三氯化铁溶于水中，得预混液；
(3)待步骤(2)所得的预混液冷却至室温，再加入硝酸和氯化钠，混合均匀后即得蚀刻液。
实施例7
本发明所述蚀刻液的蚀刻效果试验
分别采用对照组和实验组，对照组采用的蚀刻液含有以下重量百分比的组分:三氯化铁20 50%，余量为水。实验组1-6分别采用实施例1-6制备所得的蚀刻液。
对照组和实 验组均采用以下所述的蚀刻方法:
(I)对工件进行掩膜处理:在工件表面有选择的涂覆正方形耐腐蚀胶，所述耐腐蚀胶的厚度为20 μ m，相邻两个正方形耐腐蚀胶之间留有未涂覆耐腐蚀胶的间隙，所述间隙的宽度为所述正方形耐腐蚀胶边长1/3 ；
( 2)将蚀刻液加入到蚀刻机中，将掩膜处理后的工件到蚀刻机中，蚀刻液从蚀刻机的喷嘴中喷出，喷出的蚀刻液形状如扇形，均匀喷洒到工件的表面，从喷嘴处喷出的蚀刻液的压力为1.2psi，蚀刻时间为8min，蚀刻结束后，分别观察工件表面所形成的凹坑形状。
本实施例中所采用的工件为模具钢材料金属制品。
将对照组和实验组1-6的蚀刻液均采用如上所述方法对工件进行蚀刻加工，然后分别观察工件表面所形成的凹坑形状。对照组的工件表面所形成的凹坑形状如附图1所示，实验组1-6的工件表面所形成的凹坑形状如附图2所示。
由附图1可看出，采用对照组的蚀刻液对工件进行蚀刻加工后，工件表面形成的凹坑和凸起之间存在棱边和棱角，不能很好的平滑过渡；而由附图2可看出，采用同样的方法进行同样时间的蚀刻加工，采用本发明所述蚀刻液对工件蚀刻加工后，工件表面的凹坑深度明显大于对照组，由此可证明本发明所述蚀刻液对工件的蚀刻能力更强，具有较高的蚀刻速率。另外，由附图2可看出，采用本发明所述蚀刻液对工件蚀刻加工后，工件表面蚀刻形成的凹坑平滑过渡，所述凹坑的截面形状近似正弦曲线的波谷，凹坑与凸起之间无明显的棱边或棱角，由此可证明本发明所述蚀刻液具有较好的侧蚀效果。
而且，分别观察工件表面可看出，对照组蚀刻加工后的工件表面呈暗黑色，这是因为对照组的工件表面在蚀刻的过程中，因氧化反应而在表面生成一层暗黑色氧化铁氧化层；而实验组1-6蚀刻加工的工件表面明亮光洁，实验组1-6中添加的硝酸有效去除了工件表面因氧化反应而生成的暗黑色氧化铁成分，对工件起到抛光作用，有效增加了工件表面的光洁度。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。 ·
权利要求
1.一种蚀刻液，其特征在于，包括以下重量百分比的组分:三氯化铁20 50%、硝酸10 15%、氯化钠5 10%，余量为水。
2.如权利要求1所述的蚀刻液，其特征在于，包括以下重量百分比的组分:三氯化铁30 40%、硝酸12 13%、氯化钠6 8%，余量为水。
3.如权利要求2所述的蚀刻液，其特征在于，包括以下重量百分比的组分:三氯化铁35%、硝酸12%、氯化钠8%，余量为水。
4.如权利要求1所述的蚀刻液，其特征在于，所述硝酸与水的质量比为硝酸:水=1:4 3:7。
5.一种如权利要求1所述蚀刻液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (O按照权利要求1所述质量比分别称取三氯化铁、硝酸、氯化钠和水； (2)将三氯化铁溶于水中，得预混液； (3 )待步骤(2 )所得的预混液冷却至室温，再加入硝酸和氯化钠，混合均匀后即得蚀刻液。
全文摘要
本发明公开一种对工件进行化学蚀刻加工中所用的蚀刻液，所述蚀刻液包括以下重量百分比的组分三氯化铁20～50%、硝酸10～15%、氯化钠5～10%，余量为水。本发明所公开的蚀刻液，能够将所蚀刻金属成分中呈离子状态易结合生成难溶物质的镍、硅等离子转化生成可溶性盐，增强蚀刻液对金属的蚀刻能力，提高了反应速率，同时，可在工件表面掩膜覆盖部分自下而上发生侧蚀，侧蚀速率平稳，易于控制，被蚀刻加工的工件表面凹坑处易形成平滑过渡、截面形状近似正弦曲线的波谷，无明显棱边，具有较好的侧蚀效果。另外，本发明还公开了所述蚀刻液的制备方法，简便易于操作。
文档编号C23F1/16GK103173768SQ201310100019
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月26日 优先权日2013年3月26日
发明者郭钟宁, 宋卿, 黄红光, 唐勇军, 张永俊, 王冠 申请人:广东工业大学