Химическое измельчение - Chemical milling

«Промышленное травление» перенаправляется сюда. Для использования в других целях см. Офорт (значения).

Химическое измельчение или же промышленное травление это субтрактивное производство Процесс использования ванн с химикатами для травления с регулируемой температурой для удаления материала для создания объекта желаемой формы.[1][2] В основном он используется для обработки металлов, хотя все большее значение приобретают другие материалы. Он развился из декорирования доспехов и печати. травление процессы, разработанные во время эпоха Возрождения в качестве альтернативы гравировка по металлу. По сути, этот процесс включает в себя омывание режущих поверхностей агрессивным химическим веществом, известным как травить, который вступает в реакцию с материалом в зоне разреза и вызывает растворение твердого материала; инертные вещества, известные как маски используются для защиты определенных участков материала как сопротивляется.[2][3]

История

Травленная, частично ржавая и позолоченная полудоспехи из стали, латуни, кожи и текстиля.

Органические химические вещества, такие как молочная кислота и лимонная кислота, использовались для травления металлов и создания продуктов еще в 400 г. до н. Э., Когда уксус использовался для коррозии. вести и создать пигмент Ceruse, также известный как белый свинец.[4] В большинстве современных химических методов измельчения используются щелочные травители; они могли использоваться еще в первом веке нашей эры.

Травление брони с использованием сильных минеральных кислот не было разработано до пятнадцатого века. Травы, смешанные с солью, углем и уксусом, наносили на латные доспехи, окрашенные маскирующей краской на основе льняного масла. Травитель вгрызается в незащищенные участки, в результате чего окрашенные участки поднимаются до облегчение.[4] Такое травление позволило украсить доспехи, как если бы они были нанесены точной гравировкой, но без выпуклости. заусенцы; это также предотвратило необходимость того, чтобы броня была более мягкой, чем гравировальный инструмент.[5] В конце семнадцатого века травление стало использоваться для нанесения градуировки на измерительных приборах; тонкость линий, которые могло быть произведено травлением, позволила изготавливать более точные и точные инструменты, чем это было возможно раньше.[6] Вскоре после этого он стал использоваться для гравировки табличек с информацией о траектории пушки и артиллерия операторы; бумага редко переживала суровые условия боя, но гравированная пластина могла быть довольно прочной. Часто такая информация (обычно метки дальности) наносилась на такое оборудование, как шпилька кинжалы или лопаты.

В 1782 году Джон Сенебьер сделал открытие, что некоторые смолы теряют растворимость в скипидаре при воздействии света; то есть они закалились. Это позволило разработать фотохимическое измельчение, где жидкий маскирующий агент наносится на всю поверхность материала, а контур маскируемой области создается путем воздействия УФ-излучения.[7] Фотохимическое фрезерование широко использовалось в развитии методов фотографии, позволяя свету создавать отпечатки на металлических пластинах.

Одно из первых применений химического травления для фрезерования промышленных деталей было в 1927 году, когда шведская компания Aktiebolaget Separator запатентовала метод изготовления краевых фильтров путем химического фрезерования зазоров в фильтрах.[8] Позже, примерно в 1940-х годах, он стал широко использоваться для обработки тонких образцов очень твердого металла; Фототравление с обеих сторон использовалось для резки листового металла, фольги и прокладок для создания прокладок, регистрации тепловых ударов и других компонентов.[9]

Приложения

Офорт находит применение в печатная плата и полупроводник обрабатывающая промышленность. Он также используется в аэрокосмической промышленности.[10] для удаления неглубоких слоев материала с крупных компонентов самолетов, панелей обшивки ракет и экструдированных деталей корпусов самолетов. Офорт широко применяется для изготовления интегральные схемы и Микроэлектромеханические системы.[10] В дополнение к стандартным жидкостным методикам в полупроводниковой промышленности обычно используются плазменное травление.

Процесс

Химическое измельчение обычно выполняется в пять этапов: очистка, маскирование, скрайбирование, травление и демаскирование.[2] Видео процесса химического измельчения Узнать больше о видео

Уборка

Уборка - это подготовительный процесс, позволяющий убедиться, что на протравляемой поверхности нет загрязнений, которые могут негативно повлиять на качество готовой детали.[2][11] Неправильно очищенная поверхность может привести к плохой адгезии маскирующего средства, вызывая ошибочное травление участков, или к неравномерной скорости травления, что может привести к неточным окончательным размерам. На поверхности не должно быть масел, смазок, грунтовочных покрытий, маркировок и других остатков от разметка процесса, накипи (окисления) и любых других посторонних примесей. Для большинства металлов этот этап может быть выполнен путем нанесения вещества-растворителя на травимую поверхность, смывающего посторонние загрязнения. Материал также можно погрузить в щелочные очистители или специальные деокислительные растворы. В современных промышленных установках для химического травления обычной практикой является запрет на непосредственное обращение с заготовкой после этого процесса, поскольку масла с кожи человека могут легко загрязнить поверхность.[3]

Маскировка

Маскировка - это процесс нанесения маскирующего материала на поверхность, чтобы гарантировать протравливание только желаемых участков.[2][3] Жидкие маскирующие средства можно наносить методом окунания, при котором часть погружается в открытый резервуар с маскирующим средством, а затем маскант сушится. Маскант можно также наносить методом обливания: жидкий маскант растекается по поверхности детали. Некоторые токопроводящие маскирующие средства могут также применяться электростатическое осаждение, куда электрические заряды наносятся на частицы масканта по мере его распыления на поверхность материала. Заряд заставляет частицы масканта прилипать к поверхности.[12]

Типы маскантов

Используемый маскант определяется в первую очередь химическим веществом, используемым для травления материала, и самим материалом. Маскант должен прилипать к поверхности материала, а также должен быть достаточно химически инертным по отношению к травителю, чтобы защитить заготовку.[3] В большинстве современных процессов химического измельчения используются маскирующие средства с адгезией вокруг 350 г см−1; если адгезия слишком сильная, процесс разметки может оказаться слишком сложным для выполнения. Если адгезия слишком низкая, площадь травления может быть определена неточно. На большинстве промышленных предприятий химической промышленности используются маскирующие средства на основе неопрена. эластомеры или сополимеры изобутилена-изопрена. [13]

Разметка

Разметка удаление масканта на протравливаемых участках.[2] В декоративных целях это часто делается вручную с помощью ножа для разметки, иглы для травления или аналогичного инструмента; современные промышленные приложения могут включать в себя разметку оператора с помощью шаблона или использования компьютерное числовое программное управление для автоматизации процесса. Для деталей, требующих нескольких этапов травления, могут использоваться сложные шаблоны с использованием цветовых кодов и аналогичные устройства.[14]

Травление

Травление это погружение детали в химическую ванну и действие химиката на фрезерованную деталь.[15] Время, проведенное в химической ванне, определяет глубину полученного травления; это время рассчитывается по формуле:

куда E скорость травления (обычно сокращенно скорость травления), s - требуемая глубина реза, и т - полное время погружения.[10] [15] Скорость травления зависит от таких факторов, как концентрация и состав травителя, материал для травления и температурные условия. Из-за непостоянства, скорость травления часто определяется экспериментально непосредственно перед процессом травления. Небольшой образец разрезаемого материала с такими же характеристиками материала, условиями термообработки и примерно такой же толщины протравливается в течение определенного времени; по истечении этого времени измеряется глубина травления и используется вместе со временем для расчета скорости травления.[16] Алюминий обычно вытравливается со скоростью около 0,178 см / ч, и магний о 0,46 см / ч.[10]

Демаскирование

Демаскирование это процесс очистки части травителя и масканта.[2][17] Травление обычно удаляется чистой холодной водой. Ванна для раскисления также может потребоваться в том общем случае, когда в процессе травления на поверхности материала остается оксидная пленка. Для удаления маскирующего средства можно использовать различные методы, наиболее распространенным из которых является удаление вручную с помощью соскоба. Это часто занимает много времени и трудоемко, а для крупномасштабных процессов может быть автоматизировано.[18]

Обычные травители

медь сделана непрерывная разливка, макросъемка
За алюминий
За стали

2% Нитал является обычным травителем для гладких углеродистых сталей.

За медь
За кремнезем

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Харрис 1976, п. xiii.
  2. ^ а б c d е ж грамм Akir, O .; Yardimeden, A .; Озбен, Т. (август 2007 г.). «Химическая обработка» (PDF). Архив материаловедения и инженерии. 28 (8): 499–502. Архивировано из оригинал (PDF) на 2015-04-12. Получено 13 февраля 2013.
  3. ^ а б c d Харрис 1976, п. 32.
  4. ^ а б Харрис 1976, п. 2.
  5. ^ Харрис 1976, п. 6.
  6. ^ Харрис 1976, п. 9.
  7. ^ Харрис 1976, п. 10.
  8. ^ Харрис 1976, п. 15.
  9. ^ Харрис 1976, п. 17.
  10. ^ а б c d Фишлок, Дэвид (8 декабря 1960). «Новые способы резки металла». Новый ученый. 8 (212): 1535. Получено 13 февраля 2013.
  11. ^ Харрис 1976, п. 31.
  12. ^ Харрис 1976, п. 36.
  13. ^ Харрис 1976, п. 33.
  14. ^ Харрис 1976 С. 37-44.
  15. ^ а б Харрис 1976, п. 44.
  16. ^ Харрис 1976, п. 45.
  17. ^ Харрис 1976, п. 54.
  18. ^ Харрис 1976, п. 56.

Рекомендации

  • Харрис, Уильям Т. (1976). Химическое фрезерование: технология резки материалов травлением. Оксфорд: Clarendon Press. ISBN  0 19 859115 2.CS1 maint: ref = harv (связь)