Etsen
Procesbeschrijving
Etsen en beitsen zijn wezenlijk verschillende technieken, ondanks het feit dat het in beide gevallen gaat om een oppervlaktereactie tussen het stuk een zuur of ander bijtend materiaal.
Bij het beitsen gaat het erom een gelijkmatig en chemisch reactief metaaloppervlak te verkrijgen. Etsen is een groep bewerkingen waarbij selectief metaal van het substraat wordt weggenomen[1]. Dit gebeurt doorgaans in een sterk zuur of een sterk alkali. De grens tussen “beitsen” en “etsen” is dus niet altijd scherp te trekken. In de BBT-studie Oppervlaktebehandeling van metalen en kunststoffen is de grens dus getrokken bij het hoofddoel van de bewerking nl. enkel metaaloxides wegnemen versus gericht een deel van het metaalsubstraat wegnemen.
Beitsen is in de meeste gevallen een voorbehandeling en wordt doorgaans grootschalig toegepast. Etsen is doorgaans een hoofd- of eindbewerking en heeft doorgaans eerder kleinschalige toepassingen.
De belangrijkste toepassingen van etsen zijn:
Wijziging van de oppervlakte-eigenschappen. Bv. etsen om het oppervlak (plaatselijk) te ruwen of een bepaalde glans te geven.
Etsen van speciale legeringen voor toepassingen in lucht- en ruimtevaart.
Dit gebeurt bv. om gewichtsbesparingen te realiseren. Toepassingen zijn etsen van titanium en RVS in een HF/HNO3 mengsel of etsen van aluminium-legeringen in NaOH met bepaalde additieven, bv. amines.
In de praktijk wordt enkel een deel van het stuk geëtst; delen die niet geëtst moeten worden, worden vooraf afgedekt met een masker. Verwijderen van de maskeerfilm gebeurt mechanisch.
Precisie-etsen. Deze techniek wordt vooral gebruikt om in dunne metaalfolie zeer nauwkeurige uitsparingen of putjes aan te brengen. Vooraf wordt een lichtgevoelige film aangebracht. Deze wordt selectief belicht; belichte delen harden uit en niet belichte delen worden in een waterige reiniger verwijderd. Vervolgens wordt het metaal ondergedompeld in een geschikt zuur; dit tast enkel de niet-bedekte plaatsen aan. Na grondig spoelen wordt tenslotte de resterende kunststoffilm verwijderd; dit gebeurt in principe opnieuw in een waterige reiniger.[2]
Selectief verwijderen van metaaldeklagen vnl. bij de productie van bedrukte schakelingen. De meest gebruikelijke toepassing is deze waarbij een koperdeklaag vooraf selectief bedekt wordt met een tin- of lood/tin-patroon dat bepaalt hoe de bedrukte schakeling er uiteindelijk zal uitzien, gevolgd door het selectief oplossen van de niet met tin of lood/tin bedekte delen. Een overzicht van de gebruikte etsmiddelen wordt gegeven in onderstaande tabel. Vervolgens wordt de tinlaag verwijderd in tetrafluorboorzuur (HBF4), tinfluorboraat (SnB2F8) of salpeterzuur (HNO3).
Tabel: Indeling van de etsmiddelen bij de productie van gedrukte schakelingen
|
Etsmiddel |
Toepassing |
Opmerkingen |
|
ammoniumzouten (chloride, sulfaat en carbonaat) |
Etsen van Cu bij gedrukte schakelingen waarop een tin of lood/tin patroon is aangebracht. |
|
|
Zure etsmiddelen: oplossing van CuCl2 / HCl/ H2O2
|
Etsen van Cu bij aantal types gedrukte schakelingen |
|
|
H2O2 / H2SO4 |
Precisie-etsen |
Ter vervanging van persulfaat / zwavelzuur S2O82- / H2SO4 |
|
FeCl3 |
Etsen van folie (roestvast staal, koperlegeringen, …) |
|
Soms wordt de term etsen ook gebruikt voor bepaalde types kwaliteitscontrole bij zeer kritische stukken bv. voor luchtvaart en militaire toepassingen. Doel is om defecten zoals barstjes, onjuiste kristalgrootte of –type, afwijkende oppervlaktesamenstelling, … op te sporen tijdens het productieproces of voorafgaand aan een onderhoudsbeurt. Door onderdompelen in geschikt zuren of oxidantia worden kleine hoeveelheden oppervlaktemetaal (bv. 0,1 µm) geëtst en omgezet tot een oxide of een andere verbinding[3]. Hierbij ontstaan kleurpatronen door interferentie. Doordat de verschillende materiaal- en kristalvormen en –oriëntaties met verschillende snelheden geëtst worden, worden deze als een kleurpatroon zichtbaar. http://www.astresstech.com/bproducts.html
Typische etsoplossingen voor deze toepassing zijn HCl / methanol / water; HNO3 / water; HNO3 / methanol / water, … al dan niet gecombineerd met kleurstoffen.
Milieuaspecten
De milieuaspecten bij het etsen zijn vrij gelijkaardig aan die van beitsen (zie Milieuaspecten).
De voornaamste verschillen zijn echter:
- de schaalgrootte: etsen gebeurt doorgaans veel kleinschaliger dan beitsen;
- de eisen naar zuiverheid van de gebruikte chemicaliën zijn doorgaans hoger bij etsen dan bij beitsen.
[1] “Etsen van kunststoffen” is een volledig ander proces dat wordt besproken in Specifieke voorbehandelingstechnieken
[2] Deze techniek kan gezien worden als de moderne vorm van de meer dan 500 jaar oude etstechniek waarbij een negatief voor het drukken werd gemaakt door koperplaat met zwart gemaakte bijenwas te bedekken, hierin een lijntekening aan te brengen en daarna de plaat te dompelen in een bijtende vloeistof. Als gevolg daarvan wordt de term etsen niet alleen gebruikt voor “al dan niet selectief wegnemen van metaal door dompelen in een geschikte vloeistof” maar ook voor “technieken om lijnpatronen te realiseren in een metaalplaat”. Vandaar ook technieken zoals laser-etsen, mechanisch etsen, … die in deze context niet ter zake doen en die deel uitmaken van technieken besproken in de BBT Metaalbewerking.
[3] Het gaat dus om een mengvorm van etsen en aanbrengen van een conversielaagje. Omwille van de gebruikte oplossingen is het logischer om deze toepassing onder etsen in te delen.