解析凹印制版的表面处理工艺

一、前言

    凹版以其印刷质量好、耐印力高、适合长版印件等优势颇具发展前途。凹印制版的方法已有碳素纸法、直接加网法、电子雕刻、激光雕刻及胶凹印转换制版工艺。方法虽各异，但都带应用表面处理工艺。表面处理工艺的不断改进、革新，势必弥补凹印版制作周期长的缺点，提高耐印力，降阿低成本，为凹版的广泛应用提供有力的保证。

    二、制版应用的表面处理工艺

    1．电沉积

    ①制版铜层的沉积

    在制作制版铜层之前，基辊都要沉积预镀层，其方法不一而足。比如镀暗镍、氰化物镀铜，然后根据需要作巴拉德处理。制版铜层质量必须符合下列要求：铜的纯度高、品粒细；镀层表面应光滑无凹陷、无条纹等；镀层有足够的硬度和韧性。为此，可选择工艺成熟的镀铜方法如：硫酸故镀铜、氖硼酸工艺及氰化物镀液。根据成本高低及溶液管理的难易程度综合考虑，硫酸盐镀铜工艺被绝大多数单位接受。目前工艺较为先进的酸性高速硬质电镀铜法，其阴极电流密度可以在13～20A/dm2范围内变化，所制得的铜层硬度为维氏（210±10）HV能满足电雕版的要求。当然亦适用于除激光雕刻外的制版工艺，因它们只需布氏硬度为60～90HB即可。高速电镀所用阳极消耗较快，基于尽可能扩大阳极实际表面积防止阳极钝化的要求，阳极则以球形为首选。纯铜阳极溶解不良，易产生铜粉影响铜层质量，而含磷0.1%的铜阳极由于Cu3P（非化学计算成分）的存在，在相同条件下溶解均匀且有较高的溶解速度。硫酸浓度、杂质铁离子、氯离子的含量对铜层的质量影响较大，溶液管理应予特别的重视。

    近年来，电沉积工艺之一的硫酸盐电铸铜法以其沉积速度快、成本不高的优点逐渐被技术人员重视并加以改良利用。电铸是在芯模上电沉积，然后分离以制造或复制金属制品的工艺。电铸和电镀的主要差别在于其实施的工艺方法和对实施过程中的技术要求不同。经浇注隔离层（巴拉德处理）的滚筒再镀铜的过程实际上与电铸所定义的形式一样。硫酸盐电铸铜电解液一般工艺：

    硫酸铜 150～300g/l

    硫酸 40～110g/l

    温度 20℃～50℃

    阴极电流密度 10～30A/dm2

    添加剂适量

    阳极和阴极电流效率接近100%。

    电沉积铜要达到相当的速度和质量要求，添加剂是必不可少的。其选择要具体到工艺规范，切不可大意。

    由于工艺等原因制得的铜层有时难免出现砂眼、短划痕等疵病。事后的补救方法有：用胶水加铜金粉填补；烙铁焊锡点焊或锡汞代锡焊；用5～15V的整流电源以刷镀工艺的最简单的形式作修补。实践证明，刷镀铜的修补方式最方便、可靠。操作方法如下：清洁修正区域，以滚筒作阴极，从整流器正极引一导线，裸露部分用棉花包裹，浸渍电镀液作阳极在待修正区域上来回轻擦，直到完全补镀上铜为止，要注意电压的调整，以防镀层烧焦，造成刷镀层与制版铜层的结合力不强而前功尽弃。

 
最后用水磨砂纸打磨即可。
    ②镀硬铬

    硬铬镀层有很高的硬度及高度的耐磨性和化学稳定性。要提高耐印力则主要提高铬层的硬度。如印数要达50万印，铬的硬度需750～950HV。普通镀硬铬工艺虽然质量稳定，但铬的沉积速度过低已不能满足目前激烈的市场竞争的要求。

    铬层硬度与温度、电流密度、铬酐及硫酸的含量都有密切的关系。往硬铬镀液中加入适量的添加剂已十分普遍。据报道加入一种稀土添加刑的低铬镀液比普通高铬镀液的电流效率由高铬的60%～15%提高到20%～31%；沉积速度提高600%～110%；硬度提高30%～60%，适用耐磨镀硬铬。从含有机添加剂的铬镀波中得到的铬硬度有可能比普通的更高。镀铬添加刘归纳起来有4类：

    1）无机阴离子添加剂（如SO42-、F-等）

    2）有机阴离子添加剂（如羧酸、磺酸等）

    3）稀土阳密离子添加剂（如La3+、Pr3+等）

    4）非稀土阳离于添加剂（如Sr2+Mg2+等）

    国内的稀土添加刑研究相当活跃，有的已走出实验室并应用到生产实践中去。它为解决铬酸镀铬的不足之处起到很大的作用。但试生产中也暴露出质量的稳定性和可靠性问题。有的生产厂家技术力量薄弱，对添加剂所引发的电镀故随他们难以解释清楚。所以在选择添加剂时一定要以先进性、稳定性、经济性为原则。有条件的可到相关应用厂家参观、了解。生产非稀土添加剂的厂，国内有好几家。

    铬酐的价格不菲且具毒性，是环保一类控制化学品，加强溶液管理显得特别重要。影响铬层质量的杂质主要为铜离子和氮离子。铜的来源主要是挂具及滚筒表面的铜溶入。如果铜超标存在（＞8g/l），滚筒中间部位铬层就会发黑，令产品无法使用。超标的氯就会使滚筒发灰。除去硬铬镀液槽中杂质的方法有电解法及采用DJ001大孔树脂逆流方式进行离子交换法。法国专利FR2607489A（1988.6.3）则提供了从废液中回收铬酐的方法。但对大多数制版厂家来说，对于铬液报废，始终是一个相当头痛的问题。

    2．退铬

    凹版在出厂前都需经打样检验，如出现质量问题，一般将滚筒先作退铬处理。所以退铬工艺特别是退铬速度日渐备受关注。目前采用最多的退铬溶液有两种，一种是体积比为1∶1的盐酸溶液；另一种是浓度为80g/1的氢氧化钠电解溶液，电流密度为10～13A／dm2、电压为4.5V的工艺。后者是前者的改进。但两者的退铬速度较侵，如0.01mm厚的铬层，两者要花20～25min才退除干净。国外出现了一种以稀硫酸与添加剂协同作用的退铬工艺，其退铬时间只需4min即可且无过腐蚀，适应高效率的需要，但添加剂价格较贵。笔者根据电化学原理，研制出与其功能相当的添加剂。用赫尔槽试验表明，试片厚度为0.01mm的硬铬层在2～4min内即退除干净，制版铜层光亮，用了LD-D4数显式深度计检测，试片网值在退铬前后无变化。

    3．表面改性

    激光制版的雕刻基面为特定配方的环氧树脂层。

印数在50万印以上则雕有图案的滚筒就要镀硬铬。因环氧树脂是非金属而化学镀硬铬工艺还在研究阶段，只有进行表面改性才可镀硬铬。化学镀铜或化学镀银是比较成熟的工艺、溶液成分简单。操作容易。其镀层可作为导电层满足目前镀硬铬的要求。

    三、结束语

    凹印制版作为一项系统工程。当中涉足几个学科，尤以表面处理技术较为复杂同时又最具发展潜力。如何利用好表面处理方面的新成就是摆在我们面前的一个重要课题。