摘要 ：本文對金屬蝕刻溶液的再生應用進行了實驗研究，結(jié)果表明，對于減少環(huán)境污染、節(jié)約腐蝕溶液用量、降低金屬蝕刻工藝成本有重要的意義。

關(guān)鍵詞 ：金屬蝕刻；腐蝕；溶液

一  引言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，越來越需要許多幾何形狀復雜、精密度要求高而機械加工難以實現(xiàn)的超薄形工件。而照相腐蝕（或稱金屬蝕刻）方法卻易達到部件平整、無毛刺、圖形復雜的要求，且加工周期短、成本低。它的化學原理是利用三氯化鐵水溶液作為腐蝕劑與金屬反應：

2FeCl 3 ＋ F e＝ 3FeCl 2

2FeCl 3 ＋ C u＝ CuCl 2 ＋ 2FeCl 2

在氯離子和氧化劑共存的條件下就可以發(fā)生金屬腐蝕。 FeCl 3 作為一種較強的氧化劑，其腐蝕作用取決于 Fe 3 + ＋ e → Fe 2+ 反應的氧化還原電位（ 0.77V ），加之溶液中含有大量的氯離子，且 PH 值低、酸性強，所以對金屬有強烈的腐蝕傾向。

由腐蝕反映原理可知，三氯化鐵隨著反應進行， Fe 3+ 離子濃度越來越低，而 Fe 2+ 離子濃度越來越高。一般經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明：在 Be 4 2  的三氯化鐵溶液中的 Fe 2+ 離子濃度超過一定量時，腐蝕劑對金屬腐蝕速度就顯著下降，腐蝕質(zhì)量變差， 此時就需要更新。若經(jīng)常更換腐蝕溶液，一則對環(huán)境產(chǎn)生污染，二則造成浪費，提高產(chǎn)品成本，如果能把 Fe 2+ 氧化再生就可能解決這些問題。

二  調(diào)整再生 FeCl 3 溶液的方法

反應原理

亞鐵化合物在微酸性溶液中被空氣中的氧所氧化的速度很慢。但在酸性溶液中，亞鐵化合物能被較強的氧化劑氧化，如 MnO 4 - 、 CrO 4 2- 、 ClO 3- 、 NO 3- 、 H 2 O 2 等。其反應原理為：

2FeCl 2 ＋ H 2 O 2 +2HC l＝ 2FeCl 3 +2H 2 O

?  FeCl 2 氧化劑的選擇

當 FeCl 3 溶液中 Fe 2+ 含量較高時，我們選擇了加入一定量 H 2 O 2 （ 30 ％）及鹽酸的方法來調(diào)整溶液中 Fe 2+ 的濃度。

以腐蝕 1 g 金屬（ F e 、 Cu 等）計：

3FeCl 3 ＋ F e＝ 3FeCl 2

324.6 55.8 380.4

經(jīng)計算： FeCl 3 的需要量： 5.8 （ g ）

FeCl 2 的需要量： 6.81 （ g ）

FeCl 2 +H 2 O 2 ＋ 2HC l＝ 2FeCl 3 ＋ 2H 2 O

253.6 34 73 324.6

經(jīng)計算： 需加 H 2 O 2 的量： 0.91 （ g ）

需加 HCl 的量： 1.91 （ g ）

生成 FeCl 3 的量 ： 8.71 （ g ）

通過計算，按被腐蝕金屬的重量，相應加入 H 2 O 2 及 HCl 、 FeCl 3 腐蝕溶液即可調(diào)整再生。但在實際操作中，測定被腐蝕的金屬的量很不方便，故采用測定溶液中 Fe 2+ 濃度的方法，再確定所應加氧化劑的量。

三  試驗數(shù)據(jù)及分析

?  FeCl 3 溶液再生轉(zhuǎn)化率的實驗數(shù)據(jù)

通過定期從本公司腐蝕機內(nèi)取樣，測定 Fe 2+ 的濃度，所得數(shù)據(jù)見表 1 。

?  造成轉(zhuǎn)化率較低的原因及對策

?  實驗中所加氧化劑的量都依據(jù)理論計算，而在實際操作中應過量加入。

?  加入氧化劑時腐蝕溶液達 4 0 ℃左右，而 H 2 O 2 受熱易分解，從而造成 Fe 2+ 轉(zhuǎn)化率降低。 故實際加入的雙氧水應為理論的2倍，而一般工業(yè)用雙氧水的含量為35%（質(zhì)量含量），故實際蝕刻1g鐵要加雙氧水大約為5.8g.

?  配置 FeCl 3 水溶液易產(chǎn)生絮狀 Fe(OH) 3 沉淀，而加入鹽酸后會有反應 Fe 3 + ＋ 3Cl - → FeCl 3 ,OH - ＋ H → H 2 O 發(fā)生，消耗一定量的 HCl 溶液，導致加入的酸量不足。

?  工作一段時間后的腐蝕液的成分較復雜。反應過程的干擾離子和干擾因素較多。如溶液中的碳酸鹽與游離的鹽酸反應。因此要定期測試腐蝕溶液的成份。

四、氧化劑的選擇：

氧化劑的種類很多，如上述所述：MnO 4 - 、NO 3- 、 H 2 O 2但從環(huán)境角度來看只有雙氧水與鹵酸鹽是最具操作性。

1.而上述討論中以雙氧水為二價鐵之氧化劑，由于上述的各種原因：雙氧水在溫度較高時易分解，使得實際加入的雙氧遠比理論大很多，而且雙氧水在操作過程中極危險，不小心濺到皮膚上會灼傷皮膚，且對存放的要求較高，存放時間過長易分解導致含量不足，且受熱時會有發(fā)生爆炸之危險。由計算得出的結(jié)果每蝕刻1g的鐵大約要加入5.8g的雙氧水，耗用量大。

2.故現(xiàn)在商家開發(fā)以氯酸鹽為主體的亞鐵再生劑WS-420，并加其中添加了防側(cè)蝕劑，該產(chǎn)品極其穩(wěn)定，不在因存放時間過長也失效。而且蝕刻1g的鐵只消耗需WS-420約為2.0ml藥水。

化學反應式如下：

6FeCl 2 + [CLO3-] ＋ 6HC l＝ 6FeCl 3 ＋ 3H 2 O  + CL-

3.再生劑成本比較：

以蝕刻1g鐵為例：

以上僅為再生劑方面的成本比較，在實際生產(chǎn)過程中由于用再生劑使用三氯化鐵使用量大大減少，從生產(chǎn)過程統(tǒng)計結(jié)果來看，三氯鐵用量比不使用再生劑時節(jié)藥了大約1/2到1/3.同時節(jié)約了成本的同時，也減少了廢水的排放量，方便了生產(chǎn)，提高了產(chǎn)品品質(zhì)、

五  結(jié)論

生產(chǎn)中在采用 FeCl 3 腐蝕溶液再生的方法一年來取得較好的效果：

1.首先降低了 FeCl 3 的用量（使用量為以前的 1/3 ～ 1/2 ）因此，排放量也隨之降低；

2.其次降低了加工成本，一年來腐蝕溶液用量由 24 噸下降到 8 噸，節(jié)約資金 4 萬元。

3.由于生產(chǎn)過程中溶液相對穩(wěn)定，腐蝕質(zhì)量也有提高，所加工工件合格率由原來的 80 ％提高到 90 ％以上。

參考文獻 ：

1 中南礦冶學院分析化學教研室編著《化學分析手冊》 科學出版社 1982.1

2 趙錫瑞等著 《分析化學》 北京師范大學出版社 1990