SURFACE TECHNOLOGY Oct. 2002Vol.31
NO.5
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钨钴硬质合金电化学蚀刻加工研究
吉华，王伟，田间
（四川大学化工机械系，四川成都
610065）
［摘要］对YG6硬质合金电化学蚀刻工艺进行了研究，提出了采用光致抗蚀剂作保护膜，在生成一定钝化膜的情况下进行电化学蚀刻的方法。在一定的蚀刻深度范围内，该工艺的可控性好、腐蚀区表面质量较好。
［关键词］电化学蚀刻；光致抗蚀剂；钨钴硬质合金［中图分类号］TG178
［文献标识码］A
［文章编号］（2002）1001-366005-0032-02
Study on the Optical Electrochemical Maching of WC Alloy
JI Hua ，WANG Wei ，TIAN Jian
（Department of ChemicaI Processing Machinery ，Sichuan University ，Chengdu 610065，China ）
［Abstract ］In this articIe opticaI eIectrochemicaI maching of WC aIIoy is studied ，the technigues of eIectrochemicaI maching with some passivation fiIm are presented using photoresist as protecting fiIm. With a certain range of deepness ，controI performance of the technics and roughness of etched surface is satisfactory.
［Keywords ］EIectrochemicaI machining ；Photoresist ；WC aIIoy
0引言
重要的部分使用封口胶作为保护。常用的光致抗蚀剂一般使用碱溶液进行显影，抗碱性能差；实验中使用的溶液多为碱性溶液，采用溶剂显影型光致抗蚀剂。试验的装置如图2。腐蚀深度的测量采用
该仪器的分辨率为1CWB1200型高精度数字位移计，
0.01~0.05m 。典型腐蚀深度采用英国生产的Hobson !
表面轮廓仪，精度可达0. 01m 。用电镜观察腐蚀形貌
! 特征。
光化学蚀刻工艺是在工件表面涂覆一层耐腐蚀的感光膜，利用感光膜的光化学反应特点，使需腐蚀部分的工件表面裸露出来，然后用化学蚀刻液进行腐蚀，从而达到加工的目的。该工艺广泛用于印制电路板加工、仪表面板加工、特殊零件加工。亦有采用电化学蚀
［1，2］
刻的方法对碳钢、不锈钢进行蚀刻加工。
1试验方法
如图1所示：掩膜为一透明薄膜，用ARX 程序在
用激光光绘机在掩膜上AutoCAD 下画出需要的图形，
绘制出需要的图形，在特殊光源下，从保护区透过光线，使涂覆（或粘贴）在工件表面的感光膜发生光化学反应，经处理使腐蚀区的金属本体暴露出来，进行电化学蚀刻加工。
为了满足加工几何形状的需要和达到一定的加工精度，在试验中选用了光致抗蚀剂作保护膜，在其他非
［收稿日期］2002-04-17
［作者简介］吉华（1972-），四川武胜人，讲师，硕士，主要从事材料的腐蚀与防护研究。
图1加工示意图
图2试验装置示意图
表面技术第31卷第5期2002年10月33
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当100g/LNaNO3+50g/LNaOH复合水溶液试验中，
2电化学蚀刻实验
实验中蚀刻对象YG6硬质合金是以碳化钨粉为硬质相，金属钴为粘接相，经粉末冶金方法而成。其主
［3］要化学成分为94%WC，导电、导热好。6%CO，
电流密度较低时，腐蚀区呈黑色，无金属光泽；当电流密度较高时，腐蚀区大多呈银灰色，表面质量不稳定，多为明显的波澜状。两种电解液中均含有能有效溶解钴、钨氧化物的组分，能有效地去钝化，试验中硬质合金的溶解速度都较快，但表面质量较差，腐蚀深度不易控制，不适合电解蚀刻。
2.212g/LNaNO 3+3g/LC 2H 4O 7Na 复合水溶液
在大量的试验的基础上，提出以NaNO 和电化学蚀刻YG6硬质合金的关键在于寻求合理
的电解液。有效的电解液应该在满足蚀刻深度要求的同时，腐蚀区应具有一定的平整度和光洁度，加工深度在一定范围内的可控性好。
电化学蚀刻钨钴硬质合金，阳极难溶性产物覆盖硬质合金表面，妨碍硬质合金的继续溶解，甚至是不溶解。E. M. 鲁米扬夫和A. ! . 达维多夫用合金溶解速度与阳极电位关系曲线（如图3），讨论过电解加工中WC-CO 类硬质合金的阳极行为［4］
。他们认为：由于CO 是非常容易钝化，它虽然含量不大，但可使合金出现完全钝化。在这种情况下，
电解加工需选择
图3合金阳极溶解在复合溶液中的特性
组元B 容易电化学溶解的那种电解液，或复合电解液，例如用来加工WC-CO 硬质合金的一定比例的NaNO 3和NaOH 复合水溶液，在这样的电解液中合金极化曲线将有（AB ）的形式。电解加工与电化学蚀刻工作条件不尽相同，如电解加工一般电解液有一定的压力、阳极与阴极之间的距离非常小，但是本质都是以电化学为基础，所以借鉴E ・M. 鲁米扬夫和A ・!
・达维多夫的理论，蚀刻液中同时含有能溶解WC 和CO 的氧化膜的电解质。
一般认为［5］
硝酸盐、亚硝酸盐对钴的溶解作用较
好，碳酸盐、磷酸盐、酒石酸盐溶解钨酸盐较好。2.1
复合水溶液试验
60g/LNaNO3+50g/LNa2CO 3复合水溶液试验中电流缓慢上升后下降较少，基本趋于一稳定值。当电流! 750A/dm2时，腐蚀区仍粗糙不平，无氧化膜生成。该配方下随电流、时间变化，腐蚀深度无一定的规律性。
3C 2H 4O 7Na 为主要成分的电解液配方，NaNO 3利于钴的溶解，C 2H 4O -7是利于WC 溶解的良好络合剂。电解液配方降低了电解质的含量，一方面由于所加工部件腐蚀深度在10~100"
m ，以免腐蚀深度过大：另一方面以提高腐蚀深度在10~100" m 范围内的可调节性。2.2.1试验现象和讨论
在实验中观察到开始有电流减小现象，后保持稳定；腐蚀区表面生成连续均匀半透明薄膜，用碱液擦洗可去除；腐蚀区平整，呈银白色，有金属光泽；槽区边缘有坡度。
在表面生成一层均匀的钝化膜，降低了电流效率，但是同时获得了较好的表面质量（Ra0. 80~0. 40），认为其机理与电化学抛光有相似之处。当腐蚀区产生表
面凹凸不平时，凸起部位所生成钝化膜，比凹洼部位所生成的钝化膜的厚度要小一些，而且凸起部位离阴极较近，电场强度大，依据尖端放电的原理容易失去电子，使腐蚀区凸起部位优先溶解。最后得到表面平整的状态。
2.2.2pH 值的影响
电解蚀刻加工中电解液pH 值对腐蚀加工的表面质量有明显地影响，WC 在碱性溶液中易于溶解，而CO 在碱性溶液中易于生成CO （OH ）2沉淀。
随着pH 的上升，钝化膜减少，pH 值控制在7~8，一方面可获得较好的表面质量，一方面是有利于光致抗蚀膜的保护。蚀刻后生成的钝化膜溶于碱，说明钝化膜主要是钨的氧化物WO 3・IH 2O 。
2.2.3电流密度、
时间、温度的影响如图5~图（7电流密度均为下降后稳定值），腐蚀深度在一定的范围内基本上与加工时间、电流密度成正比，随温度的上升而上升。说明该电解液在一定加工深度范围内的加工可控制性比较好，能够满足加工要求。
（下转第36页）
（电流密度）
SURFACE TECHNOLOGY Oct. 2002Vol.31NO.5
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按照以上工艺进行施镀，所得镀层分别在1mol/LHCl 、3.5%NaCl 、10%NaOH 溶液中浸泡241、721、1201，失重结果如表1所示。由此可知：该镀层在10%NaOH 溶液中有更好的耐腐蚀性，这是因为沉积物是在碱性溶液中制得的。
表1介质1.0mol/LHCl 3.5%NaCl 10%NaOH
失重与浸泡时间的关系
失重（・/mg cm -2）241.240.0114
349.120.0170
419.210. 1010.0212
（1）化学粗化时，可以采用含添加剂的强碱性高锰酸钾型工艺代替高铬酸型工艺。避开了六价铬可能造成的环境污染问题。
（2）该镀层主要为非晶态结构。镀层合金中铁、磷和硼的含量分别为35.8%、2.8%和6.1%。（3）该低温碱性化学镀Ni-fe-P-B 磁性合金的工艺稳定，使用寿命长，镀层光亮，无裂纹，镀层的耐蚀性良好。
［
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参
考
文
献
］
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. 天津：
0. 05010. 0815
6结论
经过实验研究，可得出如下结论：
（上接第33页）
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由于控制温度、电流密度相对较难，所以温度、电流密度控制在表面质量最好的范围内，主要通过控制加工时间来控制加工深度。
3结论
采用溶剂显影型光致抗蚀剂作为保护膜，在生成一定钝化膜的情况下进行电化学蚀刻，可以用于腐蚀深度不太深、加工形状特殊的零件的精细加工。生成的钝化膜降低了电流效率，但同时也有利于提高腐蚀加工区的表面质量。
电流密度! =100A/dm2；极间距! =3mm ；室温pH =8；
图6腐蚀深度随时间变化曲线
时间" =10min ；极间距! =3mm ；室温pH =8，
图7腐蚀深度随电流密度变化曲线［
参
考
文
献
］
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电流密度! =14A/dm2；极间距! =3mm ；
时间" =10min pH =8；
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图5腐蚀深度随电解液温度变化曲线
钨钴硬质合金电化学蚀刻加工研究
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
吉华， 王伟， 田间
四川大学化工机械系,四川,成都,610065表面技术
SURFACE TECHNOLOGY2002,31(5)1次
参考文献(7条)
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引证文献(1条)
1. 魏静 印刷线路板精细蚀刻的研究[学位论文]硕士 2005
本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_bmjs200205012.aspx