Ряд технологий для управления удалением поверхностного слоя металлической детали при помощи специально подобранных химических реагентов называется травлением металла. Оно позволяет удалять с изделий окалину, ржавчину и окислы под действием кислот, солей и щелочей в растворах. Таким способом проводят дополнительную подготовку изделий из металла к соединению или нанесению покрытия, что улучшает сцепление деталей или наносимого слоя с основой. Чаще всего применяется травление металла химическое, осуществляемое погружением заготовки в ванну с растворенными химическими реактивами.

Способы химического травления металла

Также существуют его виды, предусматривающие дополнительную активацию травящих веществ с помощью физических факторов. Это травление металла электрохимическое (или гальваническое) под действием электрического поля или ионно-плазменное посредством ионизации частиц реагентов. Если слово «травление» употреблено без указания его вида, то речь идет о химическом травлении в водном электролите. Его еще называют «жидким», в отличие от «сухого» ионно-плазменного.

При травлении металла кислотой, как правило, серной либо соляной, в ее раствор погружают заготовку. В кислотную реакцию при этом вступают как окислы, существующие на поверхности детали, так и металл основной. От увеличения содержания кислот операции растворения ускоряются одновременно для окислов и основного металла. На скорость процесса травления металла, помимо концентрации кислоты, влияют также его температурный режим, а также химический состав окислов. Наиболее оптимальное сочетание этих факторов позволяет вести травление так, чтобы при максимально скором растворении окислов оно как можно меньше затрагивало основной металл. Помимо этого в художественном травлении, когда необходимо сохранить нетронутой часть поверхности изделия, она покрывается особым защитным слоем.

Для очистки железа от поверхностных оксидов оптимален раствор 10% соляной кислоты с температурой в 40 єС (для использования кислоты серной - 60 єС). С увеличением этой температуры возрастает и скорость процесса. Получаемые в ходе травления металла соли также способны влиять на скорость процесса. Одни из них, например FеСl2, увеличивают ее, а другие, такие как FeSO4, уменьшают.

Травление металла хлорным железом осложняется получением водорода в ходе реакций железа и кислот. Он взаимодействует с верхним слоем металла, образуя в нем «травильные пузырьки» и делая изделие более хрупким. С целью предотвращения такого эффекта в ванну с травильным раствором добавляются особые добавки, замедляющие реакции. Они, создавая специальную оболочку, защищают металл от негативного воздействия водорода.

Баки из бетона или дерева, покрытые внутри кислотоупорными материалами, служат основным оборудованием для травления металла. Для удобства погружения небольших заготовок в ванны с травильным раствором используют особые лотки с корзинами. Когда необходима очистка не всей поверхности, а только ее части, например, паяного шва, то для нанесения травильных растворов на его поверхность применяют кисточку. Затем деталь аккуратно промывают водой. Травильные пасты необходимы для очищения частей металла, покрытых ржавчиной. Участок, пораженный ржавчиной, в два приема покрывают разными слоями паст с последующим промыванием.

Для обработки поверхности детали из меди или ее сплава применяется травление металла кислотами азотной, соляной либо серной. Алюминиевые детали следует травить щелочными растворами. Никель со сплавами подлежат очистке растворами серной кислоты с добавлением хромового ангидрида. Мельхиоровые детали очищают также раствором серной кислоты, добавляя в него хромпик. При этом их нужно промывать после процедуры травления теплой водой, растворив в ней немного винного камня. В виде потравы железных либо стальных изделий пользуются растворами нашатыря либо железным купоросом, бронзовые и латунные детали требуют травления металла медным купоросом, а цинковые изделия - цинковым купоросом, а также раствором окиси хлористого цинка.

Особенности процесса электролитического травления

Электролитическое или гальваническое травление металла применяют с целью ускорения очистки деталей способом погружения в ванну с раствором, на что обычно уходит много времени. Этот процесс проходит гораздо быстрее, если металлические детали помещать в электролитическую ванну в виде катодов или анодов. Отсюда и разделение электролитического травления на катодное и анодное.

Для анодного метода травления металла в качестве электролита используются щелочные растворы солей металлов и кислот. Катодом при этом обычно служат свинец или реже железо как материалы, не растворяющиеся в электролите. Учитывая скорость процесса травления металла электролизом, в очистке изделий этим способом необходимо строго соблюдать определенный режим, чтобы не подвергать металл риску чрезмерного электролитического растворения. Характеристики анодного тока выбирают, исходя из состояния поверхностного слоя изделия, а также необходимой скорости процесса. Травление ведется в комнатной температуре. Продолжительность операции определяют опытным путем.

Катодный способ травления металла предполагает использование в виде анода свинца либо сплава его с сурьмой. В смеси с растворами кислот соли щелочного металла являются электролитом. В основе данной технологии лежит действие водорода, получаемого на катоде. Он способствует восстановлению металлов из окислов, находящихся на детали, а водород в виде газа отделяет их с поверхности металла. Этот вариант травления не подходит для заготовок из закаленной стали из-за возможного наводораживания поверхностного слоя металлической детали. Уменьшить его при использовании этой технологии травления металла возможно, если ввести соли олова и свинца в ванну с электролитом.

Гальваническое травление экономичнее в сравнении с химическим. Это касается не только затрат времени, но и количества применяемых химических средств. Кроме того химический состав потрав для такого травления не включает едких кислот, поэтому в ходе его не выделяются газы, негативно действующие на здоровье.

По завершении травления проводят нейтрализацию возможных остатков растворов после очистки на изделиях. Если этого не делать, частицы солей либо кислот могут способствовать началу коррозии металла. В целях удаления этих остатков изделия помещают ненадолго в раствор с кальцинированной содой. После этого детали промывают холодной, а затем горячей водой и высушивают. Хранение обработанных таким образом изделий не вызывает коррозии, но во избежание возможного окисления лучше сразу подвергнуть их пайке.

Травление осуществляют двумя способами - химическим и электрохимическим.

Химическое травление . При химическом травлении с поверхности изделий, изготовленных из черных металлов, действием травильных растворов удаляют окалину и ржавчину. Травление осуществляют в растворах серной или соляной кислот, иногда с добавками азотной, плавиковой и других кислот. Для понимания сущности химического травления рассмотрим воздействие водорода на поверхность с окисью железа, т. е. окалиной.

В серной, соляной, азотной и других кислотах атомы водорода являются составляющей частью. Например, молекула серной кислоты состоит из двух атомов водорода, одного атома серы и четырех атомов кислорода. Атомы водорода обладают свойством выделяться из кислоты, как только в нее будет помещен черный металл. Образующаяся на поверхности изделий из черных металлов окалина имеет поры и, кроме того, она покрывает поверхность металла неравномерно, поэтому серная кислота через поры достигает верхних слоев основного металла и действует на основной металл растворяющим образом, и от действия кислоты на основной металл происходит энергичное выделение водорода. Образовавшийся под коркой окалины водород вследствие все увеличивающегося давления разрыхляет на поверхности изделия окалину и сбивает ее с поверхности, что способствует очистке поверхности металла, т. е. осуществлению травления.

При травлении поверхности изделия с плотной пленкой окалины, препятствующей проникновению кислоты внутрь металла, пользуются обычно растворами соляной кислоты, так как растворы серной кислоты на такую окалину действуют значительно медленнее. Содержание серной и соляной кислот в травильных растворах не превышает 20%, применение более концентрированных растворов может привести к значительному растворению (перетравлению) основной части металла. При перетравлении металл имеет черную и глубоко изъеденную поверхность.

Водород, проникая в верхние слои металла, способствует образованию травильной хрупкости, из-за этого ухудшается качество металла.

В целях устранения травильной хрупкости и уменьшения возможности перетравливания металла в процессе травления в растворы добавляют либо так называемые травильные присадки (КС, ЧМ, УНИКОЛ), полученные путем специальной обработки отходов мясных комбинатов и других пищевых предприятий, либо органические вещества, называемые ингибиторами (замедлителями). В процессе травления пленка присадки или ингибитор закрывает доступ водороду в межкристаллические промежутки металла и прекращает химическое действие кислоты на металл.

Химическое травление поверхности изделий, изготовленных из углеродистых сталей, осуществляют в растворах серной или соляной кислот. Для травления поверхности изделий из низкоуглеродистых сталей применяют травильные растворы следующих двух составов: первый- серная кислота до 20%, присадка КС 0,1-0,2%, вода - остальное; температура нагрева первого раствора наименьшая 16-20° С, наибольшая 50-60° С; второй- соляная кислота до 20%, присадка КС 0,1-0,2%, вода - остальное; температура нагрева этого раствора 30-40° С.

Для травления поверхности изделий из углеродистых сталей часто применяют раствор следующего состава: серная кислота 200 г, хлористый натрий 50 г, присадка КС жидкая 10 г, вода 1 л. Температура нагрева этого раствора 50-60° С.

Для этой цели применяют также травильный раствор, состоящий из соляной кислоты 150 г, присадки КС жидкой 10 г, воды 1 л. Температура нагрева раствора 30- 40° С.

Для травления поверхности изделий, изготовляемых из нержавеющих и жаропрочных сталей, применяют травильный раствор следующего состава в весовых частях: серная кислота 14, соляная кислота 13, азотная кислота 1, вода 75. Температура нагрева раствора 50-70°С.

Травление поверхности изделий, изготовляемых из углеродистых сталей, выполняют в такой последовательности: заправка ванны, загрузка ванны, травление изделия, промывка изделия, контроль качества травления.

Художественное травление металла впервые стали применять средне вековые оружейных дел мастера. Украшения на их изделиях не уступа ли тем, что выходили из-под рук искусных ювелиров. Травлением оружейники заменили один из трудоемких процессов - ручную гравировку, не утратив при этом прежних художественных качеств.

Техникой травления можно воспроизвести рельефный или углубленный орнамент, сюжет, текст на любом металле. Сейчас существуют два способа травления - химический и гальванический. Гальванический способ проще, потому что раствор электролита не выделяет вредных для здоровья газов, которые неизбежны при химическом способе, и эффективнее, так как контуры вытравленного рисунка получаются более четкими.

Чтобы заняться гальваническим травлением, нужно обзавестись источником постоянного тока напряжением 4 - 7 в и сделать ванночку из изолирующего материала для электролита - ее устройство видно на рисунке.

Электролит - это насыщенный водный раствор железного или медного купороса. Первый предназначен для стали и железа, второй - для меди, латуни, бронзы.

Можно также применять насыщенный раствор поваренной соли. Вода во всех случаях желательна дистиллированная.

К металлической заготовке перед травлением необходимо припаять оловом медную проволоку с согнутым кольцом. Придерживая за кольцо, опустите заготовку в подогретый до 50 градусов десятипроцентный раствор едкого натра минут на пять. Затем перенесите в пятнадцатипроцентныи раствор серном кислоты на одну-двс минуты, после этого хорошенько промойте в горячей воде. Заготовка обезжирена.

Теперь приготовьте мастику. Расплавьте в жестяной коробочке или банке 4 части вара, 2 части канифоли, 3 части воска и помешивайте, пока не получится однородная масса. Остывшую мастику разрежьте на небольшие кусочки и каждый заверните в прочную нетолстую ткань. У вас получатся своеобразные тампоны. Водите тампоном по поверхности чуть подогретой заготовки, слегка надавливая, и металл покроется тон ким равномерным слоем мастики. Заготовку нужно покрыть мастикой всю.

Когда слой мастики затвердеет, на него наносят и аккуратно растирают пальцем белую или желтую акварельную краску. На загрунтованную таким образом поверхность карандашом наносят рисунок или текст. Острым ножичком и иголками выскабливают мастику в тех местах, где по замыслу должны быть углубления.

Подготовленную таким образом заготовку поместите в электролит, подвесив за кольцо к штанге с клеммой «плюс». Это анод. К катоду (знак «минус») подвесьте пластинку из любого металла и подключите ток.

Если необходима различная глубина травления, изделие время от времени извлекайте из раствора и кисточкой покрывайте мастикой те места, которые достаточно протравились. Добившись желаемого результата, отключите ток, отпаяйте проволоку, промойте изделие скипидаром и приступайте1 к окончательной отделке-шлифовке, полировке.

Если по творческому замыслу необходима более декоративная отделка, можно применить нитроэмаль различных цветов. Обезжирьте изде лие бензином, потом равномерно заполняйте эмалью вытравленные уча стки. Сушите эмаль под электролампой, следя, чтобы на краску не по падала пыль.

Отделывая вещь, попробуйте свои силы и в таушировании - это ин крустация металла другим металлом - мягким, пластичным, контрастным по цвету.

Протравите в изделии канавки глубиной и шириной 0,7 - 1 мм. Возь мите медную проволоку (а если изделие выполнено из меди, то алюми ниевую) сечением на одну пятую больше вытравленной канавки. Ото жгите проволоку (алюминиевую отжигать не надо) и вбивайте ее в канавку, ударяя молотком по пуансону, торец которого должен соответствовать ширине канавки, чтобы на изделии не осталось забоин.

Окончив таушнрование, отшлифуйте изделие до блеска и, предвари тельно обезжирив, покройте лаком - он предохранит металл от коррозии.

Как известно, металл довольно трудно обрабатывать в домашних условиях без специальных навыков и инструментов, тем более, если это такой твёрдый металл, как сталь. Тем не менее, можно призвать на помощь химию: существует такой химический процесс – электролиз. Он протекает на электродах при прохождении электрического тока через растворы электролитов. Т.е. если в качестве электрода взять металлическую заготовку, в качестве электролита использовать обычную солёную воду, то при прохождении через неё тока металл начнёт стравливаться, проще говоря, атомы с поверхности металла начнут «улетать». Таким образом, для обработки металла не всегда нужны какие-то особые навыки и инструменты, ведь за нас всё может сделать электричество.

В этой статье рассмотрим, как вытравить на металлической пластинке надпись или рисунок. Для этого понадобится:

• Пластиковая или стеклянная ёмкость.
• Поваренная соль.
• Металлическая пластинка.
• Источник питания 5 - 12 вольт.
• Соединительные провода.

Электрохимическая гравировка на металле

Шаг 1. Из металлической пластинки вырежем прямоугольный кусочек, который на котором и будет в дальнейшем вытравлена надпись. Достать металлическую пластинку толщиной 1-2 мм можно в любом строительном магазине, я купил самую дешёвую стальную проушину.

Вырезанный из неё кусок:

Шаг 2. Тщательно зашкуриваем поверхности заготовки, сначала крупной наждачной бумагой, затем мелкой. Поверхность должна стать блестящей, покрытой множеством мелких царапин. Также нужно пройтись наждачной бумагой по краям и рёбрам пластинки. После зашкуривания металл необходимо обезжирить спиртом, растворителем или просто тщательно промыть горячей водой с мылом. После этого прикасаться к поверхностям жирными руками нельзя.

Шаг 3. На лазерном принтере распечатываем рисунок, который будет увековечен на металле и переносим на металл с помощью лазерно-утюжной технологии, которая не раз описывалась в интернете. Распечатывать нужно в зеркальном отображении. Если под рукой нет лазерного принтера, с тем же успехом можно нарисовать рисунок лаком для ногтей или несмываемым маркером. Закрашенная область останется нетронутой, а голый металл подвергнется электролизу, т.е. попросту стравится.

Шаг 4. Теперь, когда заготовка полностью готова к травлению, нужно взять неметаллическую ёмкость, налить в неё воды и насыпать соли. От концентрации соли сильно зависит скорость травления, чем больше соли – тем быстрее идёт процесс. При слишком большой скорости травления есть риск повреждения защитного слоя лака или тонера от принтера, рисунок получится не качественным. Оптимальное соотношение – столовая ложка соли на стакан воды.
В ёмкости нужно закрепить анод, т.е. саму металлическую заготовку и катод – простой кусок металла. Чем больше его площадь, тем выше будет скорость травления. Наглядно установка для травления показана на картинке ниже:

Плюс от источника питания (анод) подключается к заготовке, а минус (катод) в раствор. При этом желательно установить несколько минусовых контактов со всех сторон от заготовки, тогда травление пройдёт равномерно со всех сторон.

Несколько слов об источнике питания. Я использую компьютерный блок питания, а точнее его 12-ти вольтовую линию. Чем больше напряжение – тем выше скорость травления. Можно использовать и обычное зарядное для сотового телефона, на его выходе 5 вольт, этого напряжения будет вполне достаточно. Не стоит повышать напряжение более 12-ти вольт, иначе процесс будет идти слишком активно, защитный слой лака отпадёт, а раствор перегреется.
Правильно подключив все провода, включаем блок питания. От минусового контакта (катода) сразу же начнут идти пузыри, это означает, что процесс идёт. Если пузыри стали идти от заготовки, значит нужно поменять полярность питания.

После нескольких минут травления на поверхности раствора образуется пенка противного жёлто-зелёного цвета.

Минут через 30-40 заготовку можно доставать из раствора, предварительно отключив питание. Она будет вся покрыта чёрным налётом, это нормально.

Шаг 5. Теперь остаётся лишь очистить металл от налёта, стереть тонер или лак, по желанию ещё раз зашкурить поверхность. Чёрный налёт легко удаляется под струёй обычной воды, лак или тонер смывается ацетоном либо жидкостью для снятия лака. Теперь чётко видно, что буквы на металле стали рельефными, сама металлическая поверхность после травления стала матовой.

Исходным металлом для холодной прокатки является прокат, полученный на станах горячей прокатки, называемый подкатом. Обязательной операцией в технологии производства холоднокатаной продукции является металла к прокатке. Так как поверхность горячекатаного металла покрыта слоем окалины, возникает необходимость ее удаления для получения высококачественной поверхности металла.
Эффективность удаления зависит от ее физико-химического состава, ее толщины и структуры, а также от условий травления. Оптимальные условия травления создаются тогда, когда окалина

содержит максимальное количество вюстита (закись железа — FeO), а гематит (Fe2O3) отсутствует. Это связанно с тем, что вюстит хорошо растворяется в кислотах, а гематит является нерастворимым соединением. Такие условия образования окалины характерны для низкой температуры конца прокатки. Снижение температуры сматывания полос в рулон не влияет на толщину слоя окалины, но уменьшает опасность появления гематита на кромках и концах полосы.

Существуют кислотный и механический . На травильных линиях удаляют окалину совмещая оба способа ее удаления: сначала полоса проходит через окалиноломатель и дрессировочную клеть, где происходит взламывание окалины и ее механическое удаление, а затем производится растворение оставшейся на полосе окалины в растворах кислот (химический способ).
основан на взаимодействии окалины с кислотами. При этом окалина претерпевает химические превращения и отделяется от основного металла. Кроме того, удаление окалины происходит также в результате выделения газообразного водорода, скапливающегося под окалиной и отрывающего ее от металла.

Известны 2 метода травления: погружением металла в ванную и подача раствора в виде струй под давлением.

Самыми распространенными кислотами, применяемыми для травления стали, являются серная и . При использовании серной кислоты имеет место не только растворение окислов окалины, но и чистого железа, что приводит к повышению угара металла и увеличению расхода кислоты. Поэтому сернокислотное травление обычно проводят в присутствии ингибиторов — веществ, замедляющих процесс растворения чистого металла без снижения скорости травления окалины. К недостаткам сернокислого травления также можно отнести: загрязнение травильного раствора шламом, неравномерное стравливание окалины, отсутствие регенерации отработанных травильных растворов и низкий спрос на побочный продукт регенерации — железный купорос.

Травление в соляной кислоте идет в наружных и во внутренних слоях окалины. Соляная кислота достаточно хорошо растворяет не только вюстит, но и высшие окислы железа. При этом, окалина не отваливается с образованием шлама на дне ванны или полосе, а почти полностью переходит в раствор. Считается, что потери металла при солянокислом травлении на ~25% меньше, чем при травлении в серной кислоте вследствие уменьшения растворения чистого железа. При травлении в соляной кислоте повышается интенсивность растворения окалины, более редки перетравы. Травление в соляной кислоте приводит к получению более чистой поверхности, чем при травлении в серной кислоте. Большим преимуществом соляной кислоты является возможность полной регенерации отработанных солянокислых травильных растворов. Травление, как правило, осуществляется в горячем растворе, затем полоса отжимается парами отжимных роликов промывается, сушится, подрезается кромка. Обработанная таким образом полоса передается на .