微型弹簧微纳米加工技术研究(4)
而不同的晶粒取向、晶粒密度及杂质都会和周围的母相金属形成微观和超微观原
电池。因此在腐蚀液中的金属因为这些原电池的存在使表面有电位差，负电位较
早被腐蚀，正电位得到短时间保护。从另一个方面来说，由于表面上的原子间距
是不断变化的，较宽的部分比较容易被溶解，直到有不平整的表面产生为止。接
着以不变的溶解速度切削堆积紧密的原子层，从而导致表面的几何形状也随着晶
粒的不断被溶解而持续变化。晶界上的刻蚀也进一步影响零件表面，晶界上的晶
格畸变和聚集的杂质加速的腐蚀，从而使整个晶粒受到凹坑状的蚀刻。晶粒尺寸
越小，经蚀刻后表面粗糙度越低。通常金属的化学腐蚀有四个步骤[18]
：
（1）清洁处理：为了保证防腐涂层和金属表面均匀粘附必须将待腐蚀零件
表面的各种污渍清洁干净，这样也可以保证均匀的刻蚀速度。常用根据零件材料
和受污染程度选择不同的方法，主要有：有机溶剂清洁、碱性酸性化学清洁、超
声波清洁、点解清洁等。
（2）防腐处理：其目的是保护不需要腐蚀加工的表面，暴露出来的需要腐
蚀的金属表面完全暴露并用合适的腐蚀剂进行腐蚀。这一过程对防腐材料与金属
表面粘附的牢固程度要求非常高，要保证在整个腐蚀过程中防腐层不会脱落。防
腐处理主要有丝网印刷技术、照相化学技术、移印防蚀技术、图形电镀防蚀技术、
激光光刻防蚀技术等。
（3）腐蚀加工：待腐蚀金属零件按要求制作好防腐图文后，放入腐蚀液中
进行腐蚀加工过程称为腐蚀加工。这一工序的主要影响因素有：腐蚀液浓度、腐蚀温度、蚀刻时间等。全面腐蚀的金属无需进行防腐处理，清洁后即可直接进行
腐蚀加工。
（4）清除防腐层：零件经腐蚀合格后，实用溶剂，碱液或其他清洁剂将表
面的防蚀层去掉即可。
金属蚀刻的优点和缺陷：随着 MEMS 技术的发展，对微型零件的精度要求也
在日益提高，化学刻蚀技术也取得了巨大的进展，被广泛的应用在航空航天工业
中，例如，化学蚀刻是解决在预先成形的飞机部件上去掉多余金属的最好方法。
这种方法不仅减轻了航空部件的质量，而且还能在弯曲的超薄金属材料上完成传
统加工方法不能加工的沟槽等结构。 化学蚀刻技术的发展使更多的零件加工变得
简单、容易且价格低廉。虽然相比于机械加工的方法蚀刻技术有很多的优势，但
是蚀刻技术也不是一种万能的加工方法，也会面临许多的限制和困难。由于化学
蚀刻只能以零件原有表面状态为基准进行累计切削，从而导致大多数情况下经过
刻蚀后的零件表面与原来的初始基准的表面呈平行状态。而蚀刻成形的几何形状
又是由材料的厚度决定的。因此表面较粗的板材和棒材不能用化学蚀刻，也不能
用来加工较复杂的零件。在进行蚀刻之前首先应该用机械的方法对试样进行处理
后蚀刻平行的将表面已经加工好的金属均匀地腐蚀掉一层。单纯的外形尺寸加工
通常只适用于两种情况：①用于加工厚度较薄的精细零件加工。如弹簧片。②用
于加工材料硬度大不易用机械方法进行加工的金属材料。化学蚀刻不能用来加工
窄而深的凹槽是化学蚀刻面临的一个技术问题。因为化学反应所产生的气泡会大
量聚集在防腐层的边缘，导致金属表面和腐蚀剂分离从而造成不规则腐蚀，形成
不整齐的边缘。化学蚀刻还有一个不可忽视的限制是钻孔的加工，不同于机械加
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