Способ электрохимического избирательного травления стальных изделий Советский патент 1982 года по МПК C25F3/14 

1

Изобретение относится к электрохимической обработке металлов, в частности, к избирательному травлению высоколегированных сталей, обладающих высоким химическим сопротивлением, например типа элинвар () , и может быть использовано при изготовлений изделий, имеющих сложную конфигурацию, например резонаторов для электромеханических фильтров, когда нежелательны Механические напряжения, возникающие в детали при ее обработке.

Известный способ электрохимического травления стальных изделий, при котором процесс ведут с применением постоянного тока, в водном циркулирующем растворе (15 бромистого калия) при механической вибрации электрода не позволяет равномерно обрабатывать большие поверхностиСт.

Поверхность травления в данном

л

способе состгэвляет около 10 мм .

Увеличение обрабатываемой поверхности ведет к значительному увеличению силы тока и к появлению градиента потенциала по поверхности детали, что в свою очередь приводит к неравномерности травления детали и снижению ее качества.

Известен способ электрохимического травления стальных изделий, когда травление ведут в водном растворе минеральных солей, например, сульфата натрия прикладыванием к электродам попеременно положительного и отрицательного потенциала. При этом плотность тока составляет 160 А/дм 2.

Недостатком этого способа является медленная скорость травления и то, что оба электрода подвергаются травлению одинаково, что ведет к быстрому загрязнении раствора.

Наиболее близким к изобретению является способ электрохимического травления стальных изделий постоянным током плотностью 0,1-11 А/дм в водном растворе смеси азотной и соляной кислот с добавкой поверхностно-активного вещества (ПАВ) - перфторсульфокислоты з. Однако этот способ имеет малую скорость травления (1-100 мг/м). Попытки увеличить скорость травления путем повышения плотности тока приводят к обратному эффекту - скорость травления уменьшается. Это связано с электрохимической пассива цией поверхности обрабатываемой детали, кроме того, возникают локальные перегревы и неравномерность тра ления, что снижает качество обработ ки деталей. Недостатком известных способов является также их неэкономичность, обусловленная тем, что вы травливается вся поверхность, которую необходимо удалить для образова ния конфигурации деталей, что приво дит к излишнему переводу .прецизион ного сплава детали в раствор, расхо ду электроэнергии, уменьшению срока службы раствора. Целью изобретения является интен сификация процесса, повышение равно мерности травления по всей площади рисунка, образованного в слое фоторезиста и стабильности раствора. Указанная цель достигается тем, что согласно способу электрохимичес кого избирательного травления сталь ных изделий, преимуществен1йо из высоколегированных сталей типа элинва в водном растворе смеси азотной и соляной кислот с добавкой поверхнос но-активного вещества (ПАВ), в каче стве ПАВ используют лаурилсульфат натрия в количестве 0,1-0,2 г/л, а процесс ведут асимметричным перемен ным током промышленной частоты при плотности прямого и обратного тока 150-200 и 1,5-2,0 А/дм соответственно с использованием циркуляции раствора и наложения ультразвуковых колебаний на изделие. Изобретение позволяет экономить металл изделия (прецизионного сплава элинвар) и электроэнергию, предо ратить локальные перегревы за счет того, что травлению подвергают не всю поверхность, а только поверхность, представляющую собой полосу шириной 10-ШО мкм, образованную в слое фоторезиста, химически стойког к данному раствору, одинаковую по всей длине и ограничивающую контур рисунка, причем травление ведут с двух сторон изделия. Проведение процесса при меньших или больших плотностях тока,указанных выше ,ведет повышению газовыделения и к уменьшению скорости растворения. Образующийся пассивирующий слой из окислов металлов, тормозящий процесс травления устраняют путем восстановления окислов периодическим пропусканием тока обратной полярности. Амплитуду этого тока выбирают на 2-3 порядка меньше амплитуды прямого тока и устанавливают в пределах 1, А/дм . Обратный ток меньшей величины чем 1,5 А/дм недостаточно устраняет окисную пленку. Если же его величина больше 2 А/дм , то это ведет к нежелательному растворению катодов. Повышение скорости травления сопровождается интенсивным образованием газообразных продуктов анодной реакции, которые адсорбируются на поверхности детали и ухудшают качество ее обработки. Устранение этого вредного фактора достигается введением в раствор в качестве ПАВ лаурилсульфата натрия в количестве 0,10,2 г/л. Меньшая концентрация лаурилсульфата недопустимо снижает эффект удаления газообразных продуктов с поверхности травления, большая концентрация приводит к образованию продуктов реакции с компонентами электролита, снижающих скорость растворения, и приводит к интенсивному пенообразованию. Продукты анодного растворения, непрерывно образующиеся на поверхности детали в прианодной зоне и замедляющие процесс травления, удаляются путем воздействия на деталь ультразвуковых колебаний частотой 18-А4 кГц и интенсивностью 0, Вт/см и непрерывной-циркуляцией раствора в ванне травления. Последнее способствует также выравниванию температуры и концентрации электролита, что повышает равномерность травления. Дальнейшее повышение скорости травления обеспечивается встречным травлением детали с обеих сторон. Способ осуществляют следующим образом (на примере получения партии резонансных систем для электромеханических фильтров из сплава элинвар). 5 На элинварных пластинах - заготов ках толщиной 0,1-0,2 мм с нанесенным с обеих сторон слоем фоторезиста формируют рисунок резонансной системы электромеханического фильтра. Заготовки помещают в водный раствор смеси 50%-ных азотной и соляной кислот в соотношении 1:1. В качестве ПАВ добавляют лаурилсульфат натрия. Катоды., изготовленные из титана, размещают в ванне по обе стороны от анода-детали на расстоянии 50 мм. При этом производится циркуляция раствора, обеспечивающая пятикратный обмен в течение часа. Рабочий объем составляет 5 л. Токоподвод 86 осуществляется через шины, причем, на аноде закрепляют пьезокерамический вибратор, обеспечивающий передачу детали ультразвуковых колебаний. При травлении используют асимметричный ток, получаемый из симметричного синусоидального тока промышленной частоты путем создания двух цепей с различным сопротивлением для токов положительной и отрицательной полуволн, что обеспечивается включением двух диодов в противоположных направлениях. Состав раствора, режим и результаты обработки приведены в таблице,

Азотная кислота разб. 1:1), г/мл

Соляная кислота ( разб. 1:1), г/мл

Лаурилсульфат натрия, г/л

Вода

Температура раствора,

1 Д прямого. А/дм

Т прямого, мс

i Д обратного. А/дм

Т обратного, мс .

Продолжительность проса, мин

Материал катода Материал нода

Частота УЗК, кГц

г

Интенсивность, Вт/см

Равномерность травлен мкм

О, 0,6 0,5 0,5 Растворы

минеральных солей (например

0,1 0,2 0,15 0,2 )

0,1 0,2 0,15 Перфторсульфокислота

До 1л До 1 лДо 1л До 1 лДо 1 л

20 3025 20 20

50 200150 ,101,0-60

9 1210

1,5 2,0 1,5 -1,0-60

9 1210

3 5 Графит Свинец Титан Элинвар С1 1 НХТЮ;) 18 kk 25 0,5 1,0 1,0

+100

+100

-10

-15