教你使用钛制作蚀刻电镀彩色标牌

1、 使用钛制作蚀刻电镀彩色标牌叶子疏钛除了广为人知的质轻强硬耐腐蚀之外，还有一个特别的特性。利用电化学反应可以在钛上制备出厚度可控的牢固氧化层，通过光的干涉效应不用任何颜料就可以呈现出丰富多彩的颜色。再配合干膜光刻技术进行图形转移，就能在钛材上氧化出任意的图案，通过电流和化学的艺术制造出自己独一无二的饰品。材料和工具A制版 硫酸纸/透明菲林 石油醚/无水酒精B钛材加工 TA2工业纯钛板 手工锯 史丹利双金属锯条 电钻 硬质合金钻头 砂纸，锉刀 台钳C干膜光刻 感光干膜 显影剂（碳酸钠） 脱模剂（氢氧化钠） 培养皿 毛刷 橡胶手套 热风枪/过塑机/电熨斗D阳极氧化 铜片/铜丝 棉签 电解液（可乐2

2、0ml） 实验电源 导线处理图片虽然说图案可以自由发挥，但并不是所有的图片都能够直接用于制版曝光。对印刷有了解的人可能知道，丝网印刷时的灰度渐变色需要转换成黑白二色的网点图，通过网点疏密呈现颜色变化。干膜光刻也类似，图片需要转换成黑白二色，边缘清晰，去掉细小线条供打印制版。首先，网上找来的图片可能是这个样子的，颜色多，有渐变，尺寸还很小。用Photoshop放大去噪修整，然后在CorelDRAW里描摹成矢量图。这一步转换是为了便于缩放，否则边缘容易在放大时出现锯齿。矢量图再调整大小，输出A4大小的高质量图片，至少300dpi。记得要左右翻转，因为实际光刻时有墨粉的打印面要朝下。打印制版准备好高

3、清晰度的图片之后，需要把它们打印到实体上制成光刻版。较高精度下用的是石英版和玻璃版，印刷业中常用透明塑料加涂层制成的菲林版。虽然菲林版不贵（几毛钱一张），但是它和纸张性质差距略大，有些打印机支持不好。个人来说，有一个更为通用的选择：硫酸纸制版。硫酸纸又称描图纸，质地坚硬半透明，虽然制版精度不能和菲林片相比，但是还是比普通的白纸要好得多。更重要的是，几乎所有打印机都能吃硫酸纸。在硫酸纸上打印出准备好的图案，由于纸质半透明，可以从背面看验证图形正确。制版时对图形的遮光度有很高的要求。一般的打印机打印硫酸纸的时候，“黑色”部分经常是深灰色半透明，对曝光很不利。如果是激光打印机的话，有一个事后对硫酸纸

4、图形加黑的方法印刷界的秘方加黑液。说穿了非常简单，只要在纸上面涂抹适当的有机溶剂，就可以让激光打印机的墨粉团溶解分散，在纸上更加均匀的分布。过去常用的配方是烃类溶剂和酯类溶剂的混合配方，但是通常情况下溶剂汽油，石油醚，无水酒精都可以。在一块干净的平板上倒上溶剂，均匀沾湿硫酸纸的背面，再晾干就可以了。钛材加工既然要在钛上作阳极氧化，首先一件事自然是把钛材加工成所需的形状。买来的钛板通常是标准尺寸的，需要自行切割。TA2钛板的硬度接近不锈钢，不是很容易加工，普通的高碳钢工具极易磨钝。事实证明史丹利的双金属硬质合金锯条很好用虽然手动还是费时。有可能的话建议上电锯。切割出方块之后稍微用最粗的砂纸打磨一

5、下，主要是检查表面有没有严重的凹凸不平现象。然后打孔，金刚石磨头对韧性大的钛材很无力，于是上了电钻。钻孔时温升很快，可以看到孔的周边已经受热氧化成金黄色。打完孔以后就可以进一步打磨，粗磨出金属光泽可以呈现拉丝效果，加水细磨可以磨出磨砂表面，用金相砂纸抛光的话还可以呈现镜面反光，以及把钛材打磨成其他各种各样的形状这些也都可以用角磨机来做。左边一块钛牌是银白磨砂效果，右边一块镜面抛光。这一步做出来的牌子如果不继续加工，叫做“无饰牌”（寓意平安无事）。干膜光刻感光干膜中含有丙烯酸共聚物和光聚合单体、光引发剂等成分，未感光时为淡蓝色，可溶于弱碱。受光照后干膜中的聚合物聚合，颜色变深质地变硬，仅溶于强碱

6、。与液态的光刻胶和感光油墨相比，干膜不含溶剂，操作简易，厚度均匀，尤其适用于DIY操作。买来的感光干膜是成卷的淡蓝色薄膜，需要避光保存。要用的时候，在暗处取出一段，剪成和光刻图案大小相仿的小块。如果贴过手机膜的筒子们应该对干膜的结构很熟悉，它也分三层：较软的聚烯烃上保护层，较硬的多元酯下保护层和中间的淡蓝色干膜感光层。光刻的第一步是揭掉下保护层，然后把干膜粘贴到钛牌上。贴膜的要领和贴手机膜一样，尽量不要有气泡和灰尘，多的话就返工重贴。贴完以后剪去周边多余的干膜，然后热压固定。干膜本身和基材的粘贴力不强，需要加热加压让两者紧密接触粘贴良好。工业上给PCB板上的干膜热压用的是类似过塑机的机器，家用

7、可以使用熨斗隔湿毛巾加压，实验室条件下，还可以用热风枪加热，随吹随压。粘贴好干膜以后，裁剪适当大小的硫酸纸版，打印面朝下用胶带固定在干膜的上保护层上。有条件的话也可以使用两块玻璃板把纸版和材料夹紧在一起，效果会更好。这是另外一块固定好的样子。然后就是找一个光源暴晒。有紫外线曝光机的话当然好，没有的话可以考虑正午的直射阳光或者离得很近的荧光灯。各种光源适合的曝光时间不同，强烈日光只要几十秒，荧光灯可能需要十几分钟，各自条件不同最好多实验几次控制。干膜的一个好处是曝光后膜自身会变色，所以可以直观地判断曝光进度。去掉纸版之后，遮盖部分淡蓝原色，其他部位深蓝色的状态最好。曝光完成后尽快撕去干膜的上保护

8、层进行显影，避免过度曝光。显影液的配方是5%的碳酸钠溶液，未曝光的干膜会在弱碱性溶液中分解成白色悬浊液。显影时用细毛刷小心刷洗表面，未曝光干膜全部溶解露出金属表面时即可取出用清水冲净。避免显影过久，这会导致其他部位的干膜翘起穿孔。如果之前贴膜的时候有气泡灰尘没有去除，显影的时候就很容易出现膜层损伤。小的损伤可以通过修版修复，用油性记号笔在损伤处轻点，让油墨在露出的金属表面形成覆盖层即可。阳极氧化为了控制氧化反应的范围，首先要做一个简单的电解刷。刷子的本体是医用棉签，上面缠上了铜箔并用胶带固定。使用时在棉签上沾上电解液，电流即可通过铜箔和棉签中的电解液流向工件。然后是一张L型的铜片用于放置钛牌。

9、实际操作的时候，把钛牌放在铜片上，背面与铜片接触。然后铜片接电源正极，电解刷接电源负极，在刷子上沾适量电解液，就可以在作为阳极的钛牌上上色。这样获得的有色氧化层成分是二氧化钛，摩氏硬度66.5，和钛本身以及玉石的硬度相仿，非常耐磨损。图片中右边培养皿里的棕褐色电解液不时冒出气泡，事实上它来自一瓶百事可乐。钛的阳极氧化对电解液要求很低，只要自身不分解的导电液体一般都可以。在正式氧化之前，最好先找块材料练习练习。调节电源的电压和电解刷接触钛材的时间，可以控制氧化层的厚度，由于干涉效应呈现不同的颜色。钛阳极氧化时最大氧化层厚度和所加电压成正比，我手头的电源电压设定为25V时，在实验中可以呈现金黄，棕

10、红，紫红，蓝紫到深蓝的一系列颜色，最后变为深蓝色以后就不再变化。通过更大的电压还可以在钛上获得红色和绿色系的颜色。在带有图形干膜的钛材上用电解刷刷涂，和电解刷接触的裸露金属面被氧化，就呈现出了颜色和图案。左侧刷涂得时间较短，呈现棕黄色，右侧刷涂次数多，呈现的是深蓝色的氧化层。脱模冲洗阳极氧化以后需要脱模，固化以后的干膜虽然不溶于弱碱但是会在强碱性溶液中溶解。因此配制一些2%的氢氧化钠溶液，浸泡一段时间后固化的干膜就会自行脱落。戴上橡胶手套把钛牌捞出，冲洗晾干就完工了。最后给钛牌加一条链子，就可以随意挂在希望的地方啦参考文献1. 杨为正. 浅谈硫酸纸加黑剂J. 丝网印刷. 2010(01)2. 闫召民,郭天文,余建军,潘会波. 电解电压对钛阳极氧化色彩的影响J. 实用口腔医学杂志