Травление металла химическим способом

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 металла в домашних условиях: как вытравить рисунок, химическое травление

Художественная обработка металлических изделий может быть разной, в том числе нанесение узоров с помощью краски или специальных химикатов. Но максимальной надежностью с точки зрения длительности сохранения результата отличаются способы с использованием активных реакций, когда меняется структура поверхностного слоя. В статье мы расскажем о том, как сделать химическое травление (нанесение рисунка/надписи) на металле с помощью электролиза в домашних условиях своими руками.

Суть метода

Процедура известна уже очень долгое время. Она применялась наравне с другими техниками нанесения изображения на оружие, кухонную утварь. В основе лежит удаление верхней части металлического изделия с помощью реакции с активными компонентами – протравой. Таким образом можно сделать гравировку, украшение, а также придать поверхности некоторые уникальные качества.

Технология заключается в том, чтобы обезопасить участки, которые должны оставаться целыми, от воздействия химиката. Защитное покрытие может наноситься разными способами – ниже мы их подробно опишем. После этого должна воздействовать кислота. Деталь из железа погружают в раствор электролитов и подвергают реакции. Чем она длительнее, тем более толстый слой будет убран с поверхности. Интересный результат показывает многослойное протравливание, когда погружение производится в несколько этапов.

Процедура используется и на производстве, и дома. Цель травления на нержавеющей стали в домашних условиях – вытравливание рисунка на металле, а также гравировка (надпись). В результате получается очень ровный зазор, который повышает эстетичность предмета, может помочь в реставрации, например, оружия. Метод также предназначен для придания свежести старым предметам, для того чтобы скрыть погрешности, потертости, замаскировать сколы. Кроме того, методику используют при производстве сувенирной и подарочной продукции.

Используемые способы

Несмотря на то, что суть методика одна – это снятие верхнего металлического слоя с помощью воздействия агрессивного вещества в заранее подготовленных, идеальных для этого условиях, технологию можно разделить по видам. В основу классификации будет положено не то, как вытравить рисунок на металле, а какой раствор для травления приготовить. В зависимости от материала, различают способы:

Химический. Его также называют жидким, поскольку применяются жидкости – кислоты. Несмотря на то, что результат получается достаточно быстрый и качественный, а специфическое или дорогое оборудование приобретать не нужно, не все пользуются именно таким методом, поскольку в ходе протравливания образуются едкие, вредные для здоровья пары. Очень важно придерживаться техники безопасности и обеспечить защиту верхних дыхательных путей.

Электрохимический (гальванический). Суть в том, что реакцию металла с электролитическим раствором усиливает пропущенный через емкость электрический ток. Преимущества использования заряда в высокой скорости процесса, точном результате и в отсутствии испарений.

Ионно-плазменный. Второе название – сухой. Методика реализуется только на высокотехнологичном производстве, потому что требует дорогостоящего оборудования. На зону обработки попадает точно направленный пучок ионизированной плазмы. Наиболее часто так изготавливают микросхемы и другие миниатюрные элементы бытовой техники и гаджетов.

Как травить рисунок на металле в домашних условиях гальваническим способом

Рассмотрим именно этот процесс как наиболее популярный, дающий отличный результат, а также не очень затратный и доступный дома. Первое приятное отличие от химического метода – нет вредных паров. Раствор электролита зависит, в первую очередь, от протравленного материала:

Используемые химические элементы

Нашатырный спирт, сульфат железа

Медные сплавы (чистая медь, бронза, латунь)

Для того чтобы провести нанесение узора на металл своими руками, вам понадобится подготовить следующие материалы и оборудование:

Емкость, не проводящая ток, которая соответствует размерам обрабатываемой детали и немного превышает их.

Источник электричества на 5 вольт.

Катод – он должен быть изготовлен из такой же стали, что и заготовка.

Подвесы из проволоки, на которые нужно будет подвешивать металлический элемент.

Штанги-проводники в количестве двух штук, которые превышают размеры ванны.

Теперь представляем алгоритм действий:

Подсоединяем первую штангу к источнику электроэнергии (отрицательный заряд), прикрепляем катод.

Вторую, соответственно, к положительному выводу, а также она будет служить опорой, на которой будет подвешено изделие (анод).

Затем подается напряжение. Когда оно включается, происходит электролитический перенос. Однако только с тех поверхностей, которые не были покрыты каким-либо защитным покрытием.

Художественное травление металла в домашних условиях

Методика, которую применяют в целях декорирования металлических изделий, может быть любой из представленных выше. Обычно это пользуется популярностью для нанесения узоров на холодном и огнестрельном оружии, на кухонной утвари, стальных частях автомобиля и любых других предметов из стали. Чаще всего в качестве трафаретов используют сцены охоты, абстракцию, силуэты животных. Иногда процесс протравливания совмещают с рядом других методов декорирования металлических поверхностей, например, с воронением. Тогда рисунок получает дополнительный желтоватый оттенок.

Посмотрим видео про травление металла в домашних условиях:

Обычно в этих целях применяют:

Для оклеенной поверхности берется горячая игла. Ей царапаются контуры изображения или гравировки. Таким образом материал прорезается. Берется пинцет, им аккуратно приподнимаются и удаляются участки скотча с тех фрагментов, где предполагается протравливание. А другие части остаются защищенными. Чтобы затем убрать клейкий слой, можно использовать обычный растворитель. Не забывайте об обязательном обезжиривании перед началом процесса.

Подготовка поверхности перед тем, как нанести рисунок на металл для травления

Зачем производить очистку и обезжиривание? Для того, чтобы ускорить всю процедуру, а также для улучшенного результата – удаление происходит ровным, одинаковым слоем. Первым делом нужно убрать любые загрязнения – это и механические (обыкновенная грязь), и химические (масло, например) элементы. С этой целью можно использовать мыльный раствор, классическое средство для мытья посуды, порошок. Далее дайте детали обсохнуть при нормальных климатических условиях. Лучше не тереть теми тряпками, которые могут оставить ворсинки, а пропитать, к примеру, бумажными салфетками.

Следующий этап – это удаление жирного, маслянистого слоя, помочь в этом может обезжириватель или обычный бензин, растворитель, ацетон, спирт.

Можно применять не только химические способы очистки, но и механические – совмещать их. Для этого можно применять полировку и шлифовку. Если полировочные составы и губки недоступны мастеру, а есть в наличии только наждачная бумага, то важно шкурить строго в одном направлении, чтобы следы были параллельные, а не хаотичные. Это позволит улучшить общий внешний вид готового изделия.

Нанесение рисунка на металл для травления: как сделать узор

Общий принцип единый: нужно защитить одну часть от разъедающего воздействия протравливающего состава. Только действовать можно с помощью разных материалов. Мы ниже приведем примеры таких веществ.

Лак для ногтей

Доступность этого метода очень высокая – косметическое средство можно купить в любом соответствующем магазине. Но пользователи отмечают, что есть несколько негативных сторон:

Поскольку жидкость достаточно вязкая, ее не получается наносить на очень маленькие детали, тонкие штрихи.

Не каждый человек без опыта сможет без трафарета нарисовать узор кисточкой. Должны быть определенные навыки рисования, а также твердая рука.

Если была допущена ошибка, то осторожно стереть неправильный участок лака достаточно сложно, он будет размазываться.

Травление рисунка на нержавейке грунтовкой или битумом

Способ достаточно кропотливый. Сперва вся обрабатываемая поверхность покрывается жидким материалом. После того как он подсохнет, берется ручка или фломастер, карандаш, им переносится узор. Затем нужно взять иголку, тонкую проволоку или другой заостренный металлический элемент. С его помощью необходимо процарапать все детали рисунка, которые не подвергаются протравливанию.При этом обратите внимание на то, чтобы не было сколов. Для нанесения подойдет грунтовка типов ГФ 021, ХВ 062, а также самый обычный битумный лак. Обычно технику используют, когда нужно нанести тонкие линии, а также изображения, отличающиеся высокой сложностью.

Глянцевая бумага

Необязательно покупать специальные одноцветные листы, вполне подойдет старый журнал. Однако отсутствие лишних напечатанных рисунков и текста на глянце способствует точному нанесению заготовленного узора. Что важно сделать:

На компьютере подготовить изображение и сделать его зеркальным (особенно важно для текста).

Используя струйный принтер, напечатать заготовку на глянцевую бумагу.

Пока чернила еще не до конца засохли, весь эскиз прикладывают к металлической поверхности, разглаживают его.

После остывания можно смочить листок теплой водой.

Перед началом следует защитить торцевые стороны изделия, а также задние, поскольку они в обратном случае тоже будут взаимодействовать с протравой. Как и у всех способов, этот имеет достоинства и недостатки. Основной плюс – максимальная точность перенесения изображения и отсутствие ошибок из-за художественного исполнения. К минусам же можно отнести то, что для точности поверхность должна быть максимально гладкой. Добиться этого можно с помощью качественной предварительной зачистки. Эта технология активно используется компьютерщиками и электриками для изготовления печатных плат.

Немного информации о травлении стали

Кроме высокой эстетичности, стальные детали, протравленные одним из методов, получают еще некоторые преимущества. Таким образом можно легко избавиться от оксидных пленок и окалин. Но для этих целей очень важно, чтобы были соблюдены такие параметры, как:

Длительность пребывания детали в электролитическом растворе.

Концентрация определенных веществ в протраве.

Сила подаваемого тока.

Вне зависимости от того, какая технология используется – гальваническая или химическая, применяются достаточно сильно активные кислоты – соляная, серная. Перед тем как травить сталь, обязательно нужно тщательно обезжирить поверхность. Жирные пятна – это основная причина того, что заготовка портится. Кроме того, важно защитить те участки детали, которые в дальнейшем не требуется протравливать. Для этих целей можно применять лакокрасочные покрытия на основе скипидара, гудрона или канифоли. Так как они легко воспламеняются, необходимо быть очень осторожными в ходе работы. А когда процесс завершен, поверхность можно очень просто убрать обычным растворителем для лака.

Протравы, используемые для стали

Обычно растворы являются многокомпонентными, но не всегда. В качестве основы или добавки могут применять кислоты:

Серную (для чугунов).

В качестве вспомогательных компонентов выступают:

На их основе готовят глифоген, его же можно купить уже приготовленным. В нем выдерживают для протравливания деталь первый раз – достаточно нескольких минут. Затем ее обмывают и высушивают, и только после этого помещают в финальный раствор.

Травление цветных металлов

Несколько много различных металлических сплавов и отдельных веществ в таблице Менделеева, настолько многочисленны применяемые протравы. Их эффективность часто обусловлена атомным весом элемента.

Чаще всего из цветмета травят медь, латунь и бронзу. С ними одинаково хорошо вступают в реакцию такие кислоты, как соляная, фосфорная и азотная. Соединения хрома в составе способствуют ускорению происходящей реакции.

Одним из немногих элементов, который реагирует не на кислотную, а на щелочную среду, является алюминий и, соответственно, алюминиевые сплавы. Кроме него, можно назвать молибден. Для них следует смешать едкий натр, добавить перекись водорода.

Очень сложно обрабатывать титан, ему обязательно необходимо подготавливать две ванны – сперва со щелочным раствором, а затем с сильными кислотами, такими как серная и азотная в высокой концентрации. Таким образом, сперва снимаются окислы, а затем только производится гальванизация.

Если нужно протравить более редкие металлы, например, никель или вольфрам, то стоит смешать перекись водорода с HCOOH.

Создание печатных плат

В качестве заготовки используют тонкий лист текстолита, который с обеих сторон покрыт слоем меди. Задача специалиста – сделать токопроводящие дорожки в точном соответствии с чертежом. Это достаточно тонкая работа. Нужно закрепить на линиях какой-либо защитный материал (обычно это лак), а остатки медной фольги убрать с помощью пинцета. При травлении используются такие материалы:

Состав из серной кислоты, перекиси водорода и воды.

Сульфат меди с хлоридом натрия.

Это в том случае, если применяется жидкий способ. После этого необходимо тщательно убрать все остатки химиката. Также подходит электролитический вариант.

Как проходит процесс для других материалов

Часто так декорируют стекло, например, предметы кухонной утвари, окна, зеркала. Единственное вещество, которое с легкостью и достаточно безопасно растворяет стекло, – это плавиковая кислота. А в качестве защитного покрытия подойдет воск, канифоль. В остальном все этапы прежние – подготовка поверхности, защита участков, нанесения жидкого химиката, снятие остатков.

Техника безопасности

Любая химическая реакция происходит в условиях повышенной опасности, используемые материалы вполне могут разъесть кожу и мягкие ткани, некоторые емкости, а их газы при проведении процедуры сильно повреждают органы дыхания. Поэтому необходимо соблюдать рекомендации:

Использовать специальные ванны.

Надевать защитные перчатки, очки и респиратор.

Работать в проветриваемом помещении.

Мы рассказали, как сделать рисунок на железе травлением в домашних условиях. Будьте осторожны при создании узоров и надписей.

Источник