簡論鋁材的化學(xué)清洗與化學(xué)浸蝕

王文忠

（洛陽立微電子有限公司，河南 洛陽471003）

0 前言

鋁材化學(xué)清洗及化學(xué)浸蝕的目的在于獲得潤濕、潔凈、均勻的表面，以滿足電鍍、氧化、涂裝加工的需要。

1 化學(xué)清洗

對于油污比較嚴(yán)重的工件，可先用溶劑（如三氯乙烯、汽油等）預(yù)處理，然后進(jìn)行弱堿性或弱酸性化學(xué)脫脂。

1.1 弱堿性化學(xué)脫脂

對于機械拋光件，應(yīng)在弱堿性除蠟水或超聲波中除蠟后再化學(xué)脫脂。

（1）實例一

碳酸鈉15～20g／L，焦磷酸鈉10～15g／L，表面活性劑1～3g／L，60～80℃，3～5min。

表面活性劑由6501 及TX-10 組成，其具有較好的潤濕、滲透、乳化及除蠟垢效果。但除蠟垢時溫度應(yīng)在70℃以上，使蠟軟化，然后乳化去除。如用超聲波，溫度在50～70℃也可取得同樣的效果。

焦磷酸鈉具有較好的緩沖及表面活性作用。更重要的是，它能與許多金屬離子配位成具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的可溶性配位物。如與鈣、鎂離子配位，可防止不溶性鈣、鎂皂化膜附在工件上。

（2）實例二

三聚磷酸鈉50～70g／L，十二烷基硫酸鈉5～10g／L，十二烷基苯磺酸鈉5～10g／L，TX-10 3～5 g／L，25～50℃。

三聚磷酸鈉對金屬離子（Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+）有很好的配位作用，有利于除去固體污垢；作為助洗劑可與表面活性劑協(xié)同作用，提高乳化、潤濕、滲透效果，增強常溫脫脂效果。

1.2 弱酸性化學(xué)脫脂

對于表面油污較少、氧化膜較薄的鋁制件，用酸性化學(xué)清洗，可在除去油污的同時對工件表面輕微腐蝕，除去表面氧化物。

（1）實例一

硫酸30～100mL／L，硝酸50～70mL／L，十二烷基苯磺酸鈉5～10g／L，十二烷基硫酸鈉0.05～0.15g／L，50～70℃，1～3min。

據(jù)介紹，在H2SO4-HNO3-表面活性劑系列的酸性除油劑中加入適量的Fe3+，可以促進(jìn)油污及表面氧化物的去除。Fe3+本身不消耗，其反應(yīng)如下：

Fe3+及硫酸與鋁發(fā)生反應(yīng)，都會對鋁造成均勻腐蝕，同時產(chǎn)生的H2也加快了油污的去除。因此，酸性脫脂往往有雙重作用，可以簡化工序，避免堿性脫脂后難以清洗帶來的麻煩。

（2）實例二

硝酸80～120 mL／L，OP-10 1～5g／L，磷酸10～15mL／L，常溫，3～5min。

稀HNO3有較強的脫脂能力。對于鑄鋁件，HNO3可稍濃點，并加入適量的氟化氫銨或氫氟酸以除去含硅污垢。無機酸也可選用氨基磺酸，它的毒性小，對鋁的腐蝕小，又是固體，一般多與稀HNO3配合使用。

2 化學(xué)浸蝕

鋁件經(jīng)過化學(xué)脫脂后，還需要進(jìn)行化學(xué)浸蝕，以徹底去除工件表面的氧化物及油污，清除條紋、拉傷等缺陷，從而獲得均勻一致的活化表面。

2.1 堿性化學(xué)浸蝕

2.1.1 堿浸蝕液的組成及浸蝕機制

鋁及其合金在熱NaOH 溶液中浸蝕，是應(yīng)用最廣泛的浸蝕方式。其典型浸蝕工藝一般為：NaOH 50～100g／L，配位劑5～10g／L，50～70℃，1～3 min。提高NaOH 的質(zhì)量濃度，升高溫度，會加快浸蝕速率。隨著浸蝕的進(jìn)行，鋁離子積累到一定量會發(fā)生偏硅酸鈉水解，所生成的Al（OH）3脫水形成Al2O3，集結(jié)于槽壁，加熱管形成堅硬垢層，使浸蝕速率變慢。為了抑制鋁垢的產(chǎn)生，人們開始研究加入配位劑。可供選擇的配位劑多為羥基羧酸鹽、氨羧配位劑（如葡萄糖酸鈉、酒石酸鈉、氨三乙酸、乙二胺四乙酸等），也可選用多元醇有機物（如甘油、山梨醇等）。加入配位劑后，抑制了Al（OH）3沉淀的產(chǎn)生，大大提高了槽液中鋁的質(zhì)量濃度。當(dāng)Al3+達(dá)到120g／L時，浸蝕液變得很黏，使溶進(jìn)和帶出的Al3+量平衡。因此，人們稱之為“永不廢棄”的長壽堿浸蝕液。

2.1.2 中和與出光

鋁件經(jīng)堿性脫脂及堿浸蝕之后，需要出光，或稱為中和處理。中和可除去殘存在工件表面難以清洗的堿液。出光則是除去殘留在工件表面的黑灰狀疏松物，以獲得清潔光亮且有鈍化層的表面。中和與出光實為一種工藝，只是側(cè)重點不同，因而通常只說堿蝕后出光，也稱為除灰。

對于含銅鋁合金，通常在體積分?jǐn)?shù)為10%～25%的HNO3中浸1～3min除灰。對于含硅的鑄鋁件，則在VHNO3∶VHF=3∶1的混合液中除灰。在HNO3中鋁處于鈍化狀態(tài)，很少被溶，而添加硅元素后則被溶解，反應(yīng)式為：

2.2 酸浸蝕

人們在實踐中發(fā)現(xiàn)：不經(jīng)堿浸蝕可直接酸浸蝕，在酸浸蝕液中鋁及其合金的損失小，一般不出現(xiàn)暗膜，浸蝕前須進(jìn)行除油，浸蝕后可獲得半光澤表面。根據(jù)鋁及其合金材質(zhì)的不同，選擇不同的浸蝕劑。

對于經(jīng)熱處理的鋁合金，可采用如下配方：CrO3175g／L，H2SO435g／L，60～70℃，30～120 s。對于含銅、錳、硅元素的鋁合金，可在下列浸蝕液中進(jìn)行輕微浸蝕：HF（40%）10%（體積），HNO3（密度為1.42g／cm3）10%（體積），水80%（體積）。

有時為了滿足對鋁材表面深度腐蝕，獲得平滑而發(fā)白的效果，可以用氟化氫銨25g／L，硫酸銨15 g／L，常溫浸泡2min；之后，用稀HNO3浸蝕出光。

此外，用氨基磺酸與稀HNO3配合，雙氧水與稀HNO3配合，都可用于鋁及其合金的浸蝕。

3 研究進(jìn)展

近幾年，在市場上出現(xiàn)了許多鋁及其合金表面處理系列的添加劑。主要有具有脫脂、浸蝕、光亮“三合一”的酸性光亮脫脂清洗劑。它是以無機酸作浸蝕劑，具有鈍化作用的氧化劑作光亮劑，高價金屬離子作促進(jìn)劑，復(fù)合型表面活性劑作脫脂劑，實現(xiàn)了脫脂、浸蝕、出光三位一體，減少了工序，提高了效率。對于長壽堿蝕劑也有許多改進(jìn)，它含有配位劑、緩蝕劑及清洗助劑。所有鋁材表面處理劑應(yīng)根據(jù)鋁及其合金的材質(zhì)，結(jié)合質(zhì)量要求、后續(xù)加工布局，合理設(shè)計出適合本單位需要的配方。