Способы химического травления металла

Химические способы травления металлов

Травлением называется способ воспроизведения с помощью химических средств рисунков, орнаментов, надписей и т.п. на поверхности металлических предметов.

Травление производится двумя способами: можно покрыть веществом, на которое действует протрава, все линии и поверхности рисунка.

А можно, наоборот, защитить от действия кислот все промежутки, оставляя линии и поверхности рисунка свободными.

Если потом покрыть всю поверхность кислотой, то в первом случае рисунок получится слегка рельефным, во втором — рисунок выйдет углубленным.

Как ни проста, на первый взгляд, операция травления, начинающие часто терпят неудачу, особенно при травлении тонких и сложных рисунков.

Очистка поверхности

Прежде чем наносить предохраняющее покрытие, обрабатываемую поверхность следует тщательно очистить от тонкого налета ржавчины, жира и иной грязи. Приставший к поверхности жир можно удалить промыванием в спирте или бензине, прокаливанием или, наконец, провариванием в растворе соды или едкого натрия.

Очищенный от грязи и жира предмет погружают в 10%-ный раствор серной кислоты и оставляют в ней до тех пор, пока не исчезнет темный налет ржавчины.

После этого обрабатываемую поверхность можно отполировать, если форма предмета позволяет и назначение его не противоречит этой операции. Но подобная предварительная полировка не обязательна.

До вычищенной поверхности нельзя дотрагиваться голыми пальцами, так как на них всегда есть большее или меньшее количество жирового вещества, а на жир протрава не действует.

Когда протравливаемая поверхность вычищена настолько, что имеет свежий металлический блеск, приступают к нанесению предохранительного покрытия.

Защитное покрытие

Хорошее покрытие можно приготовить следующим образом: расплавляют 1 часть асфальта и 2 части мастики, смесь перемешивают и добавляют к ней 2 части белого воска.

По охлаждении этот состав формуют в шарики и конусы, которые завертывают сначала в тряпочку из тонкого плотного полотна, а сверху — в сухую тафту.

Состав наносится на поверхность следующим образом: обрабатываемый предмет подогревают и, слабо надавливая на поверхность, водят по ней равномерно массой, завернутой в тафту; при этом состав тает и просачивается сквозь тряпку, покрывая тонким слоем натираемую поверхность.

Когда это покрытие затвердеет, его покрывают тонким слоем свинцовых белил, мелко растертых и распущенных в растворе гуммиарабика.

Перенос рисунка

Затем при помощи синей бумаги на белую поверхность переводят требуемый рисунок или надпись. Все места, которые требуется вытравить, проскабливают до поверхности металла. Тонкой и острой гравировальной иголкой можно воспроизвести даже тончайшую тушевку рисунка.

Если хотят протравить простую фигуру или надпись, то предохранительное покрытие можно разбавить какой-нибудь жидкостью, например скипидаром, до консистенции густой масляной краски. По такому покрытию можно воспроизвести требуемый рисунок от руки иглой или даже стальным пером.

При нанесении предохранительного покрытия необходимо следить за тем, чтобы металлическая поверхность была совершенно суха, иначе покрытие местами плохо пристанет, а кислота может проникнуть тогда до металла и протравить места, которые должны остаться нетронутыми.

Рецепт протравы

Протравой для медных, латунных, бронзовых и серебряных изделий служит следующая смесь: 3 части насыщенного водного раствора азотнокислой меди и 1 часть насыщенного уксусного раствора нашатыря.

Для железа и стали рекомендуют следующую смесь: 400 частей воды, 2-3 капли азотной кислоты, 15 частей каломея (двухлористой ртути) и 1 часть виннокаменной кислоты.

Травление

Протравливаемый предмет опускают в глиняную глазированную кюветку (ванночку), в которую наливают соответствующий растворитель.

Если обрабатываемая поверхность плоская, то можно установить ее в горизонтальном положении, вылепить по краям бортик из воска толщиной в палец и в полученную таким образом плоскую кюветку налить соответствующую кислоту.

Когда травление считают оконченным, предмет прополаскивают в чистой воде, а предохранительное покрытие удаляют нагреванием или смывают его скипидаром.

Если в углублениях останется некоторое количество протравки, то со временем она разъест металлическую поверхность местами глубже, чем требуется. Во избежание этого промытый предмет кладут на несколько минут в известковую воду, которая нейтрализует остаток кислоты.

Источник

Травление металла

Травление – это процесс очистки и обработки металлической заготовки. Химическое, кислотное, щелочное, электрохимическое – есть много способов выполнения этой технологической операции. Где применяют травление металла, зачем его используют в промышленности, какие бывают способы обработки с применением этой технологии, всё эти вопросы подробно разобраны в представленной ниже статье.

Что такое травление

Это технология удаления верхнего слоя с поверхности металлической детали. Технология применяется для очистки заготовок от окалины, ржавчины, окислов и снятия верхнего слоя металла. Используя этот способ, снимают верхний слой для поиска внутренних дефектов и изучения макроструктуры материала.

С помощью травления зачищают деталь и увеличивают адгезию поверхности. Это делают для последующего соединения металлической поверхности с другой заготовкой, перед нанесением краски, эмали, гальванического покрытия и других защитных покрытий.

Метод позволяет не только быстро очистить деталь, но и создать на металлической поверхности нужный рисунок. Этим методом вырезают на металлической поверхности тончайшие каналы и сложные изображения. Можно выполнять очистку габаритных деталей или проката. Глубина обработки регулируется с точностью до несколько микрон, что позволяет изготавливать сложные детали с небольшими пазами и другими сложными элементами.

Применение травления в промышленности

1. Для очистки от оксидной плёнки деталей из углеродистой, низколегированной и высоколегированной стали, титана и алюминия.
2. Для улучшения адгезии перед нанесением гальванических и других видов защитных покрытий.
3. Для подготовки стальной поверхности к горячему цинкованию.
4. Чтобы провести макроанализ для выявления образования межкристаллитной коррозии у нержавеющих сталей.
5. С помощью этой технологии обрабатываются мелкие металлические детали, такие как шестерёнки наручных часов.
6. Обработка меди применяется для изготовления полупроводниковых микросхем и печатных плат в электронике. Этим методом выполняется нанесение токопроводящего рисунка на микросхему.
7. Для быстрой очистки изделий горячего металлопроката, термообработанных деталей, от окислов.
8. В авиастроении с помощью этой технологии уменьшают толщину алюминиевых листов для снижения массы самолёта.
9. При изготовлении металлических надписей и рисунков. Травлением получают рельефные изображения, нарисованные путём удаления слоя металла по определённому трафарету.

Виды травления

Основные разновидности применяемой в промышленности обработки металлов:

• электролитическое – бывает катодное и анодное;
• химическое;
• плазменное.

Электролитическое травление

Электролитическая или гальваническая обработка металла применяется для быстрой очистки деталей, нанесения гравировок и получения пазов. Металлические детали погружают в кислотный или солевой электролит. Деталь становится катодом – отрицательным электродом или анодом – положительным электродом. Поэтому классифицируют два типа электролитического травления – катодное и анодное.

1. Катодное травление. Метод применяется для снятия окалины с поверхности изделий из углеродистых сталей после горячей прокатки или проведения закалки в масле. При катодном травлении материалом для анода служит свинец, электролитом является раствор соляной, серной кислоты или соли щелочного металла. В процессе электролиза на катоде активно выделяется газообразный водород, который взаимодействует с железом, и отрывает окалину. Металлическая поверхность при катодном методе активно насыщается водородом, что повышает хрупкость заготовки. Поэтому для тонкостенных изделий катодный способ не применяют.
2. Анодная электрохимическая очистка. Это самый распространённый в машиностроении способ. Процесс заключается в механическом отрывании на аноде оксидной плёнки кислородом и смешивании с электролитом металлических молекул. Электролит представляет собой раствор кислот или солей обрабатываемого металла. В качестве катода применяют свинец, медь и другие металлы. При анодной обработке поверхность изделий становится чистой, с небольшой шероховатостью, а металл растворяется в электролите. При этом способе существует риск уменьшения толщины заготовки и перетравливания.

Химическое травление

Метод химической обработки используют для очистки поверхности детали от оксидной плёнки, окалины и ржавчины для заготовок из следующих материалов:

• чёрных металлов;
• нержавеющих и жаропрочных сталей;
• титана и его сплавов;
• алюминия.

Для травления применяют серную, соляную или азотную кислоту. Заготовку погружают в кислотный или щелочной раствор, расплав соли и выдерживают на протяжении нужного временного интервала. Необходимое время для очистки может составлять от 1 до 120 минут.

Процесс очистки происходит за счёт выделения водорода при взаимодействии кислоты с металлом. Молекулы кислоты проникают через поры и трещины под оксидную плёнку. Там они взаимодействуют с металлической поверхностью, выделяется водород. Выделяющийся газ отрывает оксидную плёнку и очищает деталь.

Одновременно с оксидами в кислоте растворяется обрабатываемый металл. Чтобы предотвратить этот процесс используются ингибиторы коррозии.

Плазменное травление

При ионно-плазменном способе очистка и снятие поверхностного слоя происходит путём бомбардировки детали ионами инертных газов, которые не вступают в химическую реакцию с молекулами обрабатываемого материала. Позволяет делать высокоточные насечки, пазы с точностью до 10 нм. Технология применяется в микроэлектронике.

Плазмохимический метод предусматривает возбуждение плазмы в химически активной среде, что вызывает образование ионов и радикалов. Активные частицы, попадая на металлическую поверхность, вызывают химическую реакцию. При этом образуются лёгкие соединения, которые удаляются из окружающей воздушной среды вакуумными насосами.

Метод основывается на химических реакциях, возникающих при использовании химически активных газов, таких как кислород, обладающих большой реакционной способностью. Эти газы активно взаимодействуют в плазме газового разряда. В отличие от плазменной обработки в инертных газах при этом способе очистки активный газ вступает в реакцию только с определёнными молекулами.

Недостатком этого метода является боковое расширение пазов.

Травители

Травление углеродистых сталей осуществляется в 8-20% растворе серной или 10-20% соляной кислоты. С обязательным добавлением ингибиторов коррозии (КС, ЧМ, УНИКОЛ) для устранения хрупкости материала и уменьшения возможности перетравливания.

Изделия из нержавеющей или жаропрочной стали обрабатываются с применением раствора, состоящего из: 12% соляной, 12% серной, 1% азотной кислоты. Если требуется, обработку делают в несколько ступеней. Первая – в 20% соляной кислоте разрыхляется окалина. Второй этап – это погружение в 20-40% раствор азотной кислоты для полного удаления поверхностных загрязнений.

Толстый слой окалины, который образуется на нержавеющей стали, при её производстве удаляют 75-85% расплавом едкого натра с 20-25% азотнокислого натрия. После чего в 15-20% азотной кислоте производится полное удаление окислов.

Обработку алюминия и сплавов на его основе используют снятия тугоплавкой оксидной плёнки с поверхности заготовки. Для этого применяются щелочные или кислотные растворы. Обычно используют 10-20 % щёлочь, при температуре 50-80 ºС, процедура травления занимает менее 2 минут. Добавка в щелочь хлористого и фтористого натрия делает этот процесс более равномерным.

Очистка титана и его сплавов, проводимая после термической обработки, выполняется в несколько этапов. На первой стадии в концентрированном едком натре разрыхляют окалину. Затем удаляют окалину в растворе из серной, азотной или фтористоводородной кислоты. Для удаления оставшегося травильного шлама используют соляную или азотную кислоту с добавкой небольшого количества фтористоводородной кислоты.

При обработке меди и ее сплавов используют травители из перекиси водорода, хромовой кислоты и следующих солей:

• хлорида меди;
• хлорида железа;
• персульфата аммония.

Этот информационный материал подробно описывает применяемый на металлургических предприятиях процесс травления. Способ позволяет быстро очищать поверхность металла от окислов, окалины, ржавчины и других загрязнений. Благодаря травлению можно наносить на металл различные рисунки, создавать сложные микросхемы и делать микроскопические каналы нужной формы.

Источник

Травление металлов. Процесс травления, способы и оборудование

Вопросы, рассмотренные в материале:

• 3 метода промышленного травления металла
• Средства для промышленного травления поверхности металла
• 2 способа художественного травления металла
• Художественное травление металла в домашних условиях
• Травление металла сварочным аппаратом

Травление металла осуществляется разными способами, но смысл технологии всегда один – удаление верхнего слоя с поверхности детали. Благодаря подобной методике можно не только очистить заготовку от окислов и окалины, но и в случае необходимости проверить материал на наличие внутренних дефектов.

Травление часто используется и для решения других задач. Так, с помощью данной технологии на поверхность металла наносятся достаточно эффектные изображения или же тончайшие, размером в несколько микрон, каналы, что требуется при изготовлении некоторых весьма сложных деталей.

Суть метода

Чтобы сделать рисунок на металле, необходимо использовать разъедающий состав (протраву). Чтобы не повредить участки поверхности, на которых не будет декоративного изображения, на них наносится специальное защитное покрытие.

После подготовки детали, её погружают в ёмкость, заполненную электролитической жидкостью. Металлическая заготовка подвергается воздействию агрессивной среды. Постепенно кислота разъедает металл. Важно понимать, что чем дольше заготовка будет находится в протраве, тем больший слой металла она вытравит. Существует две методики травления: гальваническое и художественное. Их можно применять как на производстве, так и в домашних условиях.

Применение[ | ]

• для снятия поверхностного слоя загрязнений, окислов, жировой плёнки и т.п. (например, окалины с полуфабриката в металлургии);
• для выявления структуры материалов (например, структуры металлов и сплавов при металлографии);
• для нанесения рельефного рисунка при художественной обработке материалов (обычно металлов).
• для формирования проводящих дорожек и контактных площадок при производстве печатных плат
• для формирования проводящих дорожек, контактных площадок и окон в слоях окисла для диффузии при изготовлении интегральных схем методом фотолитографии;
• для изготовления мембран (вытравливание сверхмалых отверстий с применением метода фотолитографии);
• для химической полировки поверхности и удаления нарушенного в ходе предшествующей механической обработки слоя.

Гальваническое травление металла

Считается наиболее безопасной методикой. Гальванический способ травления подразумевает под собой использование электролитических растворов на основе медного, железного, цинкового купороса и нашатыря. При этом не используются едкие кислоты, которые при травлении выделяют вредные испарения.

Для проведения гальванической обработки необходимо подготовить определенный инвентарь:

1. Большая емкость для погружения детали (ванна).
2. Подача постоянного тока в 5 вольт. Удобнее всего использовать для этого блок питания.
3. Отдельный катод. Он должен быть изготовлен из того же металла, что и обрабатываемая деталь.
4. Подвесы из проволоки.
5. Две штанги на которых будут закреплять заготовку с катодом и подавать напряжение.

После подачи тока металл начинает передаваться от заготовки к катоду.

Процесс травления для других материалов

Широко распространен в настоящее время такой вид обработки стекла, как травление. Используются пары плавиковой кислоты, фтористого водорода. Сначала осуществляется кислотная полировка поверхности, далее наносится рисунок. После данных манипуляций изделие помещается в ванну с травильным раствором. Затем стекло тщательно промывают и очищают от защитного покрытия. В качестве последнего можно применять смесь на основе пчелиного воска, канифоли, парафина. Травление стекла плавиковой кислотой используется для придания ему матовости. Существует также возможность цветного протравливания. Соли серебра придают поверхности желтые, красные, синие оттенки, соли меди – зеленые, черные, красные. Для получения прозрачного, блестящего рисунка к плавиковой добавляют серную кислоту. Если необходимо глубокое протравливание, процесс повторяют несколько раз.

Способы травления металла

Существует несколько основных способов художественной обработки металлов, которые используют на производстве и в домашних условиях.

Химический

Химическое травление изделий из металла подразумевает под собой использование различных кислот. Для создания рисунка не нужно покупать дорогостоящее оборудование или собирать сложные конструкции. Используются серная, соляно-фосфорная или азотная кислота. В растворе серной кислоты можно эффективно травить различные материалы.

При использовании химического способа декоративной обработки металлических изделий необходимо использовать защитные очки и респиратор. Кислоты выделяют едкие пары, которые могут навредить организму человека.

Электрохимический

В этом способе обработки металла применяют раствор электролита. В процессе травления через него пропускают ток. Таким образом работа проходит быстрее чем при химической обработке, не выделяется вредных испарений.

Ионно-плазменный

Для этого способа не используются кислоты и другие химические составы. Металл обрабатывается с помощью ионизированной плазмы, которая подаётся на него отдельными пучками.

Травление стали

В основном такую обработку используют для удаления окалины и различных окислов. Данная процедура требует тщательного соблюдения технологии, так как перетравливание основного металла нежелательно. В процессе применяют как химический способ, так и электролитные ванны. Для приготовления растворов используется соляная, серная кислоты. Все детали требуют тщательного обезжиривания поверхности. Даже небольшой отпечаток пальца способен испортить заготовку. В качестве защитного покрытия применяют лак на основе канифоли, скипидара, гудрона. Однако стоит помнить, что составляющие – огнеопасные вещества, поэтому приготовление лака требует большой концентрации внимания и осторожности. После того как завершилась обработка металла, происходит непосредственно сам процесс травления. По его окончании деталь необходимо очистить от лака.

Травление изделия из металла

Способы травления металла могут отличаться в зависимости от обрабатываемого материала. Например, цветные металлы или сталь и железо обрабатываются по-разному.

Цветной металл

Травление цветных металлов

Протравы подбираются в зависимости от вида металла, его физических и механических свойств. Например, сплавы на основе меди и чистую медь эффективнее всего обрабатывать с помощью серной, азотной, соляной или фосфорной кислот. В качестве катализатора, ускоряющего реакцию, можно использовать соединения на основе хрома.

Чтобы травить алюминий, необходимо использовать щелочные растворы. То же самое касается молибдена.

До начала травления цветных металлов, их нужно подготовить. Для этого с поверхности материала требуется снять оксидную плёнку. Также нужно удалить окалины.

Титан интересен в процессе обработки. Изначально его нужно покрыть щелочным раствором и только потом использовать кислоты. В качестве вторых должны выступать мощные концентраты.

Травление печатных плат

Платы для электроприборов изготавливаются из текстолита. На одной из сторон платы находится слой медной фольги. Вытравить дорожки, по которым будет проходить ток, можно с помощью медного купороса, азотной кислоты, хлорного железа, разбавленной серной кислоты.

Травление стали

Часто методами травления со стали удаляются окалины или оксидная плёнка. Важно изначально обезжирить поверхность стали, чтобы на ней не осталось масляных подтёков или пятен жира. Они могут испортить внешний вид материала после травления. Также особое внимание нужно уделить протравам.

Протравы, используемые для стали

Самый популярный состав, которые используют домашние мастера — азотная кислота. Часто её смешивают с соляной, чтобы добиться наилучшего эффекта. Эта смесь опасна и обращаться с ней нужно аккуратно. Чтобы работать с твердыми видами стали, требуется использовать смесь уксусной и азотной кислоты.

Азотная кислота

Процесс травления для других материалов

Часто с помощью травления создаются рисунки на стекле. Для этого применяются пары, которые выделяет плавиковая кислота. При этом защищают места, которые не нужно обрабатывать, с помощью воска или парафина.

Травление печатных плат

Существует несколько способов протравливания плат. В первом случае используется вода и хлорное железо. Его можно изготовить и самостоятельно. Для этого в соляной кислоте растворяют железные опилки. Смесь выдерживают некоторое время. Также травление печатных плат осуществляется с помощью азотной кислоты. Весь процесс длится около 10 минут. По его окончании плату необходимо тщательно протереть с помощью пищевой соды, так как она отлично нейтрализует остатки едкого вещества. Еще один состав для протравливания включает серную кислоту, воду, перекись водорода (в таблетках). Гораздо больше времени занимает травление плат таким составом: горячая вода, поваренная соль, медный купорос. Стоит отметить, что температура раствора должна быть не меньше 40 градусов. В противном случае травление займет больше времени. Можно протравливать платы и с помощью постоянного тока. В качестве посуды для данного процесса можно использовать стеклянную, пластиковую тару (она не проводит ток). Заполняют емкость раствором пищевой соли. Именно он является электролитом. В качестве катода можно взять медную (латунную) фольгу.

Получение цветного рисунка

Чтобы нанести рисунок на поверхность изделия в домашних условиях, можно воспользоваться одним из трёх проверенных способов.

Лак для ногтей

Этим косметическим составом сложно прорисовывать мелкие детали из-за его густоты. Требуется умение рисовать лаком, поскольку исправить неудавшиеся детали сложно.

Лак для ногтей

Грунтовка или битумный лак

Для этого способа можно использовать грунтующие составы ГФ 021, ХВ 062. Также подходит битумный лак. Всё изделие покрывается выбранным составом. Кистью переносятся контуры изображения. С помощью иглы или шила очищаются те места, с которых требуется снять слой металла.

Глянцевая бумага

Такую бумагу можно приобрести в канцелярском отделе магазинов. Дополнительно нужен утюг и принтер:

1. В первую очередь, на принтере распечатывается изображение в полную величину.
2. Рисунок кладут на металлическую поверхность глянцевой стороной и проводят 3–5 раз горячим утюгом.

После обработки теплом, бумагу смывают водой.

См. также[ | ]

• Селективное травление
• Реактивное ионное травление
• Травление в литографии
• Декапирование
• Морилка (деревообработка)
• Офорт

Для улучшения этой статьи по химии желательно: Ис статью согласно стилистическим правилам Википедии. Проставить для статьи более точные категории. Проставив сноски, внести более точные указания на источники. Добавить иллюстрации. Пожалуйста, после исправления проблемы исключите её из списка параметров. После устранения всех недостатков этот шаблон может быть удалён любым участником. Техника безопасности при травлении При проведении травления металла домашних условиях требуется соблюдать правила техники безопасности. Таким образом можно защитить свой организм от возможного негативного влияние химикатов. Правила и рекомендации: Проводить работы нужно в помещении с хорошей вентиляцией. Нельзя лить воду в кислоту. Можно наливать кислоту в воду. Если для травления используется гальванический метод, требуется проверить оборудование для обработки на наличие поломок и неизолированных участков. Чтобы не получить ожогов, необходимо использовать респиратор, защитные перчатки и очки. В мастерской должен присутствовать огнетушитель. При попадании кислоты на кожу, поражённый участок требуется промыть раствором соды. Щелочи смываются разбавленным уксусом. Травление металла применяется на производстве и в домашних условиях. Это процесс позволяет создавать разнообразные рисунки на металлических и стеклянных поверхностях. Однако при работе с кислотами и щелочами требуется уделять особое внимание безопасности организма. Травители[ | ] Травители используются в химическом и электрохимическом травлении. Травители для электрохимического травления в отсутствие электрического тока могут вообще не воздействовать на материал, либо их воздействие может отличаться от воздействия при протекании электрического тока. Различают травители однокомпонентные и многокомпонентные. Компоненты многокомпонентных травителей выполняют в травителе 3 основных роли: модификация поверхности обрабатываемого материала (например, окисление поверхности); растворение модифицированного материала (например, растворение образовавшегося окисла); управление процессом травления (например, увеличение или уменьшение скорости стравливания, усиление или ослабление степени селективности травления и т. п.). Различают травители селективные и неселективные. Степень селективности травителя также может быть различной. Некоторые из селективных травителей могут быть полирующими. Источник Оцените статью Вам также может понравиться Ясень семена способ распространения Ясень обыкновенный Fraxinus excelsior – так в ботанической Ярлыки способы создания ярлыков ос windows Создаем ярлыки на рабочем столе Windows Создаем ярлыки Японское удобрение фуджима способ применения Удобрения Фуджима Знаете потрясающее удобрение, палочка Японский чай способ заварки Технология заваривания японского чая Известно, что Правообладателям Политика конфиденциальности Контакты