钛合金因其高强度、耐腐蚀性和生物相容性，在航空航天、医疗器械、新能源等领域广泛应用。其化学腐蚀加工（即钛合金化学蚀刻加工、钛合金化学刻蚀加工）通过选择性去除材料实现精密制造，成为微纳结构加工的核心技术。本文从工艺流程、技术特点及应用领域三方面展开分析。

一、钛合金化学腐蚀加工的核心流程

钛合金化学腐蚀加工通过化学溶液与材料反应实现精准去除，其流程涵盖预处理、掩膜制作、蚀刻反应及后处理四大核心环节。

1. 表面预处理：奠定加工基础

钛合金表面常存在氧化层、油污及杂质，需通过多步骤清洗确保洁净度。首先采用碱性溶液（如NaOH）或有机溶剂（如丙酮）脱脂，去除油污；随后通过酸洗（稀盐酸或混合酸）或喷砂处理去除氧化层，部分场景需使用氢氟酸（HF）溶解顽固氧化物。例如，航空领域钛合金零件需在40℃中性脱脂剂中清洗，避免高温损伤薄壁结构。预处理后，表面粗糙度需控制在Ra≤0.8μm，为后续掩膜附着提供理想条件。

2. 掩膜制作：定义蚀刻边界

掩膜通过光刻、丝网印刷或喷墨打印技术覆盖非蚀刻区域，形成抗腐蚀保护层。光刻工艺中，柔性涂布机均匀涂覆12-20μm厚感光膜，经85℃恒温烘干后，利用德国进口曝光机（定位精度≤±2.5μm）将设计图形转移至感光层。丝网印刷则通过定制网版直接印刷耐酸胶层，适用于批量生产。掩膜材料需具备耐HF/HNO₃混合液腐蚀、易剥离等特性，常用乙烯基聚合物或氟丁合成橡胶。

3. 蚀刻反应：精准控制材料去除

蚀刻液配方需根据钛合金牌号（如TC4、TA15）调整。主流配方为HF（5%-20%）与HNO₃（10%-30%）混合液，其中HF溶解钛氧化物，HNO₃提供氧化环境并抑制氢脆。反应式如下：Ti + 6HF + 4HNO₃ → H₂TiF₆ + 4NO₂↑ + 4H₂O蚀刻参数需严格控制：温度30-50℃（加速反应同时减少氮氧化物挥发）、时间1-10分钟（依浓度调整）、溶液流速10L/min（确保均匀性）。例如，氢燃料电池双极板蚀刻需控制孔径0.1mm、深度0.05mm，公差±0.004mm。针对多相结构钛合金，需添加柠檬酸等络合剂平衡局部腐蚀速率。

4. 后处理：提升产品性能

蚀刻后需通过多级清洗去除残留液：首先用NaOH溶液中和酸性物质，随后去离子水冲洗至电导率≤0.5μS/cm。掩膜剥离采用弱碱性剥膜剂（pH 10-11），避免损伤基材。最后通过阳极氧化（如钛合金表面生成TiO₂钝化层）或镀金、氮化钛（TiN）涂层提升耐腐蚀性与导电性。例如，医疗植入物需表面钝化至Ra≤0.2μm，满足生物相容性要求。

二、钛合金化学腐蚀加工的技术优势

高精度与复杂结构加工能力化学腐蚀可实现微米级精度（±0.01mm），加工宽度0.05mm的微流道或孔径0.1mm的孔阵。例如，氢燃料电池双极板通过阶梯蚀刻形成三维流道，流阻降低25%，能量效率提升10%。其各向同性腐蚀特性可加工异形曲面、多层镂空结构，突破机械加工限制。

无应力与薄材适配性相比机械冲压或CNC加工，化学腐蚀无切削力作用，避免钛材变形或微裂纹，尤其适合0.05mm钛箔加工。航空领域通过嵌套排版优化图形设计，零件利用率可达90%以上，减少边角料浪费。

批量生产与成本效益单次蚀刻可同时加工数百片零件，适合大规模订单（如电子元件屏蔽罩）。光刻版或丝网可重复使用，降低长期合作成本。相比激光加工，化学腐蚀设备能耗降低30%-50%，且无需高功率激光器，初始投资更低。

绿色工艺升级潜力传统HF/HNO₃体系存在氮氧化物污染问题，但通过添加脲素或改用磷酸基无氟蚀刻液，可减少危废排放。喷墨掩膜技术进一步降低材料消耗，推动工艺向环保化转型。

三、钛合金化学腐蚀加工的应用领域

航空航天：轻量化与功能集成钛合金化学腐蚀用于制造飞机蒙皮、整体壁板及发动机叶片。例如，波音747钛合金零件通过化铣减重15%-20%，同时保证气密性与结构强度。某型无人机采用蚀刻加工的钛合金网格结构，在耐高温氧化同时实现重量优化。

医疗器械：生物相容性与功能化骨科植入物（如人工关节）表面通过微孔蚀刻（孔径50-100μm）促进骨细胞附着，提升生物固定效果。内窥镜微型镜头支架采用0.05mm厚钛箔蚀刻，实现20μm线宽精密图案，满足医疗设备小型化需求。

电子元件：高精度导电结构5G通信滤波器通过化学蚀刻形成周期性纳米结构，实现特定频段信号滤波功能，插入损耗≤0.5dB。某品牌手机天线支架采用钛合金蚀刻，结合镀金涂层提升导电性，满足高频信号传输要求。

新能源：高效能量转换氢燃料电池双极板通过蚀刻加工微流道（宽度0.1-0.5mm），降低流阻的同时提升反应气体分布均匀性，使电池输出功率提升12%。太阳能电池背板采用钛合金蚀刻网格结构，增强散热性能，延长使用寿命。

钛合金化学腐蚀加工凭借其高精度、无应力、批量生产及环保优势，已成为高端制造领域的关键技术。从航空航天轻量化结构到医疗植入物功能化表面，从5G通信精密滤波到新能源高效转换，其应用场景持续拓展。随着无氟蚀刻液、喷墨掩膜等绿色工艺的普及，钛合金化学腐蚀加工将进一步推动制造业向智能化、可持续化方向升级。