化学蚀刻能加工的金属种类很广，但不同材料的蚀刻行为差异显著——速率不同、药水不同、精度不同、成本不同。选错材料不仅影响零件性能，也可能导致蚀刻良率和成本大幅恶化。本手册按材料大类整理蚀刻特性，供设计选型阶段参考。
总览对比
| 属性 | 不锈钢 (SUS) | 钛 (Ti) | 铜及铜合金 |
|---|---|---|---|
| 蚀刻液 | FeCl₃（三氯化铁） | HF + HNO₃（混合酸） | FeCl₃ 或 CuCl₂ |
| 蚀刻速率 | 中等（15-25 μm/min） | 较慢（8-15 μm/min） | 较快（20-40 μm/min） |
| 蚀刻因子 | 2.0-3.5 | 变化较大 | 3.0-4.0 |
| 表面质量 | 好 | 中等 | 好 |
| 成本 | 基准 | 材料贵 3-5 倍 + 药水成本高 | 材料略贵，药水成本与 SS 接近 |
| 安全要求 | 常规 | 氢氟酸剧毒，需专项资质 | 常规 |
一、不锈钢
不锈钢是化学蚀刻中加工量最大的材料类别。常用牌号包括 SUS 304、SUS 316L、SUS 430 和 SUS 301。
牌号对比
| 牌号 | 类型 | 主要合金 | 蚀刻因子 | 蚀刻速率 | 典型应用 |
|---|---|---|---|---|---|
| 304 | 奥氏体 | 18Cr-8Ni | 2.5-3.0 | 15-25 μm/min | 垫片、过滤网、蚀刻标牌 |
| 316L | 奥氏体 | 16Cr-10Ni-2Mo | 2.0-2.5 | 12-20 μm/min | 医疗器械、化工零件 |
| 430 | 铁素体 | 16Cr | 3.0-3.5 | 20-30 μm/min | 装饰件、面板 |
| 301 | 奥氏体 | 17Cr-7Ni | 2.5-3.0 | 15-25 μm/min | 弹簧片、弹性元件 |
药水与工艺
标准药水为三氯化铁（FeCl₃）溶液：
- 浓度：36-44°Bé（波美度），根据牌号微调
- 温度：45-55°C
- 316L 因含 Mo（钼），耐蚀性强，需提高温度和浓度才能获得与 304 接近的蚀刻速率
选型建议
- 首选 304：最通用，蚀刻行为稳定、可预测，成本适中
- 耐腐蚀选 316L：医疗、化工环境，但蚀刻成本略高
- 弹性件选 301：冷轧硬化后弹性好，适合弹簧片
- 低成本选 430：蚀刻快但表面粗糙度较大，不适合精密件
二、钛及钛合金
钛的化学蚀刻难度显著高于不锈钢，主要挑战来自致密的 TiO₂ 钝化膜。
牌号对比
| 牌号 | 类型 | 蚀刻难度 | 典型应用 |
|---|---|---|---|
| Gr1 | 纯钛（软） | 中等 | 电极基材、过滤网 |
| Gr2 | 纯钛（中强度） | 中等 | 双极板、阀片 |
| TC4 (Ti-6Al-4V) | α+β 合金 | 高 | 航空件（不推荐精密蚀刻） |
药水与工艺
钛蚀刻必须使用含氢氟酸（HF）的混合酸体系，三氯化铁对钛无效。
- HF + HNO₃：最常用组合。HF 负责溶解 TiO₂ 钝化膜和基体钛，HNO₃ 作为氧化剂控制反应速率并抑制析氢
- 蚀刻速率：Gr2 约 8-15 μm/min，明显慢于不锈钢
- 氢脆风险：钛在酸性环境中会吸氢，ASTM B265 规定 Gr1/Gr2 氢含量上限为 150ppm，但薄壁弹性件的工程实践中通常要求更低
安全警告
氢氟酸（HF）属于强腐蚀性剧毒化学品，皮肤接触可致深层组织损伤。钛蚀刻加工需要供应商具备专用 HF 处理设备、人员培训和含氟废液处理资质。并非所有蚀刻厂都具备这些条件。
选型建议
- 精密蚀刻优先选 Gr1/Gr2 纯钛：单相组织蚀刻均匀性好
- 不建议用 TC4 做精密蚀刻：双相结构（α+β）会导致相选择性腐蚀，蚀刻面不均匀
- 钛蚀刻成本显著高于不锈钢：材料贵 3-5 倍 + HF 药水和废液处理成本
三、铜及铜合金
铜和铜合金蚀刻速率快、精度高，是电子行业蚀刻加工的重要材料。
牌号对比
| 牌号 | 成分 | 蚀刻因子 | 蚀刻速率 | 典型应用 |
|---|---|---|---|---|
| 紫铜 T2 | ≥99.9% Cu | 3.0-4.0 | 25-40 μm/min | 导电片、引线框架 |
| 黄铜 H62 | Cu-Zn (62/38) | 2.5-3.5 | 20-35 μm/min | 屏蔽罩、装饰件 |
| 磷青铜 C5210 | Cu-Sn-P | 2.5-3.0 | 18-30 μm/min | 弹簧触指、弹性接触件 |
| 铍铜 C17200 | Cu-Be | 2.0-2.5 | 15-25 μm/min | 高强度弹簧、连接器 |
药水与工艺
- FeCl₃：最常用，与不锈钢蚀刻使用同一类药水
- CuCl₂：部分厂家用于紫铜蚀刻，再生效率更高
- 铜蚀刻速率快，需要注意控制蚀刻时间避免过蚀
- 温度：40-50°C
选型建议
- 导电件选紫铜：导电率最高，蚀刻性好
- 弹性件选磷青铜：弹性模量高，耐疲劳
- 结构件选黄铜：机械强度好，成本低
- 铍铜慎用：铍是有毒元素，蚀刻废液处理要求严格
材料选型决策树
按优先级排序的选型逻辑：
第 1 步：确定功能需求
- 需要导电 → 铜系
- 需要耐腐蚀 → 不锈钢或钛
- 需要弹性回复 → 301 不锈钢、磷青铜或钛
第 2 步：确定工况环境
- 强酸/强氧化 → 钛 或 316L
- 常规工业环境 → 304 不锈钢
- 电子/导电 → 紫铜/磷青铜
第 3 步：确定成本约束
- 成本敏感 → 304 不锈钢或黄铜
- 性能优先 → 钛或磷青铜
第 4 步：确认蚀刻可行性
- 将板厚、特征尺寸和材料牌号一起发给供应商评估
- 特别注意：钛蚀刻需确认供应商的 HF 处理资质
如需材料选型建议或蚀刻可行性评估，欢迎将图纸和工况要求发给伟达精密。