化学加工

课程名称：先进制造
学院：机械工程学院
专业：机械设计制造及其自动化姓名：学号：
年级：08级任课教师：
2012年3月23 日
化学加工
（贵州大学机械学院机械设计制造及其自动化 550025 ）
摘要：简述化学加工的原理和方法。

化学加工是利用酸，碱，盐等化学溶液和金属材料发生化学反应，使金属腐蚀溶解，改变工件尺寸和形状的一种加工方法。

主要有化学铣削加工，光化学腐蚀加工和化学表面处理。

化学表面处理又分为化学抛光和化学镀膜等。

关键词：化学铣削光化学腐蚀照相制模表面镀膜化学抛光
Abstract :Summary chemistry processing principle and method.Chemistry processing is uses the
acid, the alkali, chemistry solutions and the metal material and so on salt has the chemical reaction, causes the metal corrosion to dissolve, change work piece size and shape one processing method.Mainly has the chemical milling processing, the photochemistry corrosion processing and chemistry surface treatment.Chemistry surface treatment divides into chemistry polishing and chemistry coating and so on.
Key word:Chemical milling Photochemistry corrosion Photography pattern making Superficial coating chemistry polishing.
化学加工是利用酸、碱或盐的溶液对工件材料的腐蚀溶解作用，以获得所需形状、尺寸或表面状态的工件的特种加工（如图1所示）。

1.引言
化学加工的应用较早，14世纪末已利用化学腐蚀的方法，来蚀刻武士的铠甲和刀、剑等兵器表面的花纹和标记。

19世纪20年代，法国的涅普斯利用精制沥青的感光性能，发明了日光胶板蚀刻法。

不久又出现了照相制版法，促进了印刷工业和光化学加工的发展。

到了20世纪，化学加工的应用范围显著扩大。

第二次世界大战期间，人们开始用光化学加工方法制造印刷电路。

50年代初，美国采用化学铣削方法来减轻飞机构件的重量。

50年代末，光化学加工开始广泛用于精密、复杂薄片零件的制造。

60年代，光刻已
大量用于半导体器件和集成电路的生产。

图1
2.化学加工发展现状
化学加工使用的腐蚀液成分取决于被加工材料的性质，常用的腐蚀液有硫酸、磷酸、硝酸和三氯化铁等的水溶液；对于铝及其合金则使用氢氧化钠溶液。

化学加工主要分为化学铣削、光化学加工和化学表面处理三种方法。

2.1 化学铣削加工
化学铣削是把工件表面不需要加工的
部分用耐腐蚀涂层保护起来，然后将工件浸入适当成分的化学溶液中，露出的工件加工表面与化学溶液产生反应，材料不断地被溶解去除。

工件材料溶解的速度一般为0.02～0.03毫米/分，经一定时间达到预定的深度后，取出工件，便获得所需要的形状。

化学铣削的工艺过程包括：工件表面预处理、涂保护胶、固化、刻型、腐蚀、清洗和去保护层等工序（如图1所示）。

保护胶一般用氯丁橡胶或丁基橡胶等；刻型一般用小刀沿样板轮廓切开保护层，并使之剥除所示。

图2
化学铣削适合于在薄板、薄壁零件表面上加工出浅的凹面和凹槽（如图3所示），如飞机的整体加强壁板、蜂窝结构面板、蒙皮和机翼前缘板等。

化学铣削也可用于减小锻件、铸件和挤压件局部尺寸的厚度，以及蚀刻图案等，加工深度一般小于13毫米。

图3
化学铣削的优点是工艺和设备简单、操作方便和投资少，可加工任何难切削的金属
材料，而不受到任何硬度和强度的限制；适于大面积加工，可同时加工多件；加工过程不会产生应力、裂纹、毛刺等缺陷，表面粗糙度可达Ra2.5~1.25微米；加工操作简单。

缺点是加工精度不高，一般为±0.05～±0.15毫米；而且在保护层下的侧面方向上也会产生溶解，并在加工底面和侧面间形成圆弧状，难以加工出尖角或深槽；化学铣削不适合于加工疏松的铸件和焊接的表面，不适宜加工窄而深的槽和型孔等；原材料中的缺陷和表面不平度、划痕等不易消除；腐蚀液对设备和人体有害，需要适当的保护措施。

随着数字控制技术的发展，化学铣削的某些应用领域已被数字控制铣削所代替。

2.2 光化学腐蚀加工
光学照相制版和化学腐蚀相结合的一
种精密微细加工技术。

与化学铣削的主要区别是不靠样板人工划刻，而是用照相感光来确定工件表面要蚀除的图形和线条。

在工件表面加工出精密复杂的凹凸图
形，或形状复杂的薄片零件的化学加工法。

它包括光刻、照相制版、化学冲切(或称化学落料)和化学雕刻等。

其加工原理是先在薄片形工件两表面涂上一层感光胶；再将两片具有所需加工图形的照相底片对应地覆置在工件两表面的感光胶上，进行曝光和显影，感光胶受光照射后变成耐腐蚀性物质，在工件表面形成相应的加工图形；然后将工件浸入(或喷射)化学腐蚀液中，由于耐腐蚀涂层能保护其下面的金属不受腐蚀溶解，从而可获得所需要的加工图形或形状。

照相制版的工艺过程（如图4，5，6所示）。

图4 照相制版的工艺过程
图5 照相制版的工艺过程
图6 照相制版的工艺过程
光刻原理
利用光致抗蚀剂的光化学反应特点，将演膜版上的图形精确地印制在涂有光致抗蚀剂的称底表面，再利用光致抗蚀剂的耐腐蚀特性，对称底进行腐蚀，获得极为复杂的精细图形。

特点和应用:精度甚高，半导体器件和集成电路的关键工艺刻度尺、光栅等精密产品。

光化学加工的用途较广。

其中化学冲切主要用于各种复杂微细形状的薄片(厚度一
般为0.025～0.5毫米)零件的加工，特别是对于机械冲切有困难的薄片零件更为适合。

这种方法可用于制造电视机显象管障板(每平方厘米表面有5000个小孔)、薄片弹簧、精密滤网、微电机转子和定子、射流元件、液晶显示板、钟表小齿轮、印刷电路、应变片和样板等。

化学雕刻主要用于制作标牌和面版；光刻主要用于制造晶体管、集成电路或大规模集成电路；照相制版主要用于生产各种印刷版。

2.3 化学表面处理
化学表面处理包括酸洗、化学抛光和化学去毛刺和化学镀膜等。

工件表面无须施加保护层，只要将工件浸入化学溶液中腐蚀溶解即可。

酸洗主要用于去除金属表面的氧化皮或锈斑；化学抛光主要用于提高金属零件或制品的表面光洁程度；化学去毛刺主要用于去除小型薄片脆性零件的细毛刺。

化学抛特点：大面积、多件抛光薄壁、低刚度零件；抛光内表面、形状复杂零件；无需外加电源、设备，操作简单，成本低。

效果差于电解抛光，抛光液用后处理麻烦。

化学镀膜即在含金属盐溶液的镀液中加入一种化学还原剂，将镀液中的金属离子还原后沉积在被镀零件表面。

化学镀膜特点是具有很好的均镀能力；被镀工件可为任何材料；设备简单；镀液可连续再生使用。

3. 化学加工的发展趋势
二十一世纪高新产品精度与表面质量要求越来越高，材料更强、更硬、更韧。

为
解决精密加工的难题，化学加工正发挥独特优势，从一般特种加工向精密特种加工发展。

计算机数控技术使电解加工自动控制和工具电极CAD/CAM成为现实；IGBT、IPM 等电力电子器件的应用为新型电源开发创造条件；新材料和表面技术的进展，进一步完善化学加工工艺；高新技术为化学加工发展提供了技术基础。

新工艺研究取得重要成果；柔性加工、脉冲电流、低浓度复合电解液，电解与电火花、机械、超声及磁力等复合加工工艺，可大幅度提高加工精度。

应用方面，化学加工正加速从国防工业向民用工业延伸。

加工对象由粗加工、半精加工向精密、光整加工方向扩展。

新世纪，结合电解加工，化学加工将充分利用“离子
去除”的优点，扬长避短，注意“绿色掣造”，在微细、超精及纳米制造领域成为关键核心技术。

参考文献[1] 《特种加工》第五版，机械工业出
版社，哈尔滨工业大学刘普春白基成郭永丰等
主编。

[2] 《电解加工》编译组，[M].北京：国防工业出版社，1977。