简论铝材的化学清洗与化学浸蚀

王文忠

（洛阳立微电子有限公司，河南 洛阳471003）

0 前言

铝材化学清洗及化学浸蚀的目的在于获得润湿、洁净、均匀的表面，以满足电镀、氧化、涂装加工的需要。

1 化学清洗

对于油污比较严重的工件，可先用溶剂（如三氯乙烯、汽油等）预处理，然后进行弱碱性或弱酸性化学脱脂。

1.1 弱碱性化学脱脂

对于机械抛光件，应在弱碱性除蜡水或超声波中除蜡后再化学脱脂。

（1）实例一

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

表面活性剂由6501 及TX-10 组成，其具有较好的润湿、渗透、乳化及除蜡垢效果。但除蜡垢时温度应在70℃以上，使蜡软化，然后乳化去除。如用超声波，温度在50～70℃也可取得同样的效果。

焦磷酸钠具有较好的缓冲及表面活性作用。更重要的是，它能与许多金属离子配位成具有环状结构的可溶性配位物。如与钙、镁离子配位，可防止不溶性钙、镁皂化膜附在工件上。

（2）实例二

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

三聚磷酸钠对金属离子（Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+）有很好的配位作用，有利于除去固体污垢；作为助洗剂可与表面活性剂协同作用，提高乳化、润湿、渗透效果，增强常温脱脂效果。

1.2 弱酸性化学脱脂

对于表面油污较少、氧化膜较薄的铝制件，用酸性化学清洗，可在除去油污的同时对工件表面轻微腐蚀，除去表面氧化物。

（1）实例一

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

据介绍，在H2SO4-HNO3-表面活性剂系列的酸性除油剂中加入适量的Fe3+，可以促进油污及表面氧化物的去除。Fe3+本身不消耗，其反应如下：

Fe3+及硫酸与铝发生反应，都会对铝造成均匀腐蚀，同时产生的H2也加快了油污的去除。因此，酸性脱脂往往有双重作用，可以简化工序，避免碱性脱脂后难以清洗带来的麻烦。

（2）实例二

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

稀HNO3有较强的脱脂能力。对于铸铝件，HNO3可稍浓点，并加入适量的氟化氢铵或氢氟酸以除去含硅污垢。无机酸也可选用氨基磺酸，它的毒性小，对铝的腐蚀小，又是固体，一般多与稀HNO3配合使用。

2 化学浸蚀

铝件经过化学脱脂后，还需要进行化学浸蚀，以彻底去除工件表面的氧化物及油污，清除条纹、拉伤等缺陷，从而获得均匀一致的活化表面。

2.1 碱性化学浸蚀

2.1.1 碱浸蚀液的组成及浸蚀机制

铝及其合金在热NaOH 溶液中浸蚀，是应用最广泛的浸蚀方式。其典型浸蚀工艺一般为：NaOH 50～100g／L，配位剂5～10g／L，50～70℃，1～3 min。提高NaOH 的质量浓度，升高温度，会加快浸蚀速率。随着浸蚀的进行，铝离子积累到一定量会发生偏硅酸钠水解，所生成的Al（OH）3脱水形成Al2O3，集结于槽壁，加热管形成坚硬垢层，使浸蚀速率变慢。为了抑制铝垢的产生，人们开始研究加入配位剂。可供选择的配位剂多为羟基羧酸盐、氨羧配位剂（如葡萄糖酸钠、酒石酸钠、氨三乙酸、乙二胺四乙酸等），也可选用多元醇有机物（如甘油、山梨醇等）。加入配位剂后，抑制了Al（OH）3沉淀的产生，大大提高了槽液中铝的质量浓度。当Al3+达到120g／L时，浸蚀液变得很黏，使溶进和带出的Al3+量平衡。因此，人们称之为“永不废弃”的长寿碱浸蚀液。

2.1.2 中和与出光

铝件经碱性脱脂及碱浸蚀之后，需要出光，或称为中和处理。中和可除去残存在工件表面难以清洗的碱液。出光则是除去残留在工件表面的黑灰状疏松物，以获得清洁光亮且有钝化层的表面。中和与出光实为一种工艺，只是侧重点不同，因而通常只说碱蚀后出光，也称为除灰。

对于含铜铝合金，通常在体积分数为10%～25%的HNO3中浸1～3min除灰。对于含硅的铸铝件，则在VHNO3∶VHF=3∶1的混合液中除灰。在HNO3中铝处于钝化状态，很少被溶，而添加硅元素后则被溶解，反应式为：

2.2 酸浸蚀

人们在实践中发现：不经碱浸蚀可直接酸浸蚀，在酸浸蚀液中铝及其合金的损失小，一般不出现暗膜，浸蚀前须进行除油，浸蚀后可获得半光泽表面。根据铝及其合金材质的不同，选择不同的浸蚀剂。

对于经热处理的铝合金，可采用如下配方：CrO3175g／L，H2SO435g／L，60～70℃，30～120 s。对于含铜、锰、硅元素的铝合金，可在下列浸蚀液中进行轻微浸蚀：HF（40%）10%（体积），HNO3（密度为1.42g／cm3）10%（体积），水80%（体积）。

有时为了满足对铝材表面深度腐蚀，获得平滑而发白的效果，可以用氟化氢铵25g／L，硫酸铵15 g／L，常温浸泡2min；之后，用稀HNO3浸蚀出光。

此外，用氨基磺酸与稀HNO3配合，双氧水与稀HNO3配合，都可用于铝及其合金的浸蚀。

3 研究进展

近几年，在市场上出现了许多铝及其合金表面处理系列的添加剂。主要有具有脱脂、浸蚀、光亮“三合一”的酸性光亮脱脂清洗剂。它是以无机酸作浸蚀剂，具有钝化作用的氧化剂作光亮剂，高价金属离子作促进剂，复合型表面活性剂作脱脂剂，实现了脱脂、浸蚀、出光三位一体，减少了工序，提高了效率。对于长寿碱蚀剂也有许多改进，它含有配位剂、缓蚀剂及清洗助剂。所有铝材表面处理剂应根据铝及其合金的材质，结合质量要求、后续加工布局，合理设计出适合本单位需要的配方。