Химическое травление металла технология

Обновлено: 27.04.2024

Удаление части поверхностного слоя металлического изделия с помощью химической реакции называют травлением. Эта технология известна человеку уже несколько тысячелетий, наряду с чеканкой и чернением ее применяли для отделки металлических деталей оружия и домашней утвари, украшений и ритуальных предметов. В наши дни травление металлов применяется в художественных промыслах, для нанесения гальванических покрытий, для создания изображений и надписей на металлических изделиях.

Электрохимическое травление лезвия ножа

Суть метода

Перед проведением травления на те участки поверхности металла, которые не должны быть вытравлены, наносится защитное покрытие, устойчивое к травящему веществу (протраве).

Далее деталь подвергают воздействию кислой среды или погружают в емкость с электролитической жидкостью. Чем дольше деталь подвергается обработке, тем больший слой металла разъедается агрессивной средой. Травление металла может осуществляться в несколько приемов, это так называемое многослойное протравливание.

Травление изображений на металле проводят как в промышленных, так и в домашних условиях.

Способы травления металла

Исходя из применяемых для разъедания слоя металла материалов, различают такие способы травления металлов, как:

Химический (жидкий). Применяются кислые растворы. Не требует сложного оборудования и дорогостоящих материалов. В ходе работы образуются вредные для здоровья испарения.
Электрохимический. Применяется раствор электролита и пропускаемый через него электрический ток. Характеризуется большей скоростью процесса, более точным исполнением деталей рисунка, экономным расходованием рабочей жидкости. Не образует вредных испарений
Ионно-плазменный (сухой). Поверхностный слой испаряется пучком ионизированной плазмы. Применяется при производстве микроэлектронных компонентов.

Ионно-плазменный метод требует высокоточного и дорогостоящего оборудования и применяется только в условиях промышленного производства. Жидкий метод, электрохимическое травление металла и даже электрохимическая гравировка доступны и в домашних условиях.

С помощью гальванического травления можно самостоятельно сделать печатную плату, практически не уступающую промышленной.

Гальваническое травление металла

Гальванический способ травления выгодно отличается от жидкого отсутствие необходимости использования кислот, дающих вредные испарения. В зависимости от материала заготовки используются разные электролитические растворы:

Сталь и железо — нашатырь и железный купорос
Медь и ее сплавы (бронза, латунь)- медный купорос
Цинк – цинковый купорос.

Гальванический способ травления рисунка на металле

Для проведения процесса в домашних условиях потребуется:

Гальваническая ванна из непроводящего материала.
Блок питания на 5 вольт постоянного тока.
Металлический катод (из того же металла, что и заготовка.)
Проволочные подвесы для заготовки и катода. Заготовка не должна касаться стенок или дна ванны.
Две проводящие штанги, превосходящие по длине ванну.

Одну штангу присоединяют к отрицательному выводу блока питания и вешают на нее катод.

Другую штангу — к положительному выводу и подвешивают на нее изделие, которое будет служить анодом.

При подаче напряжения начинается процесс электролитического переноса металла с изделия на катод. Он будет происходить с участков поверхности, не покрытых защитным лаком.

Художественное травление металла

Художественное травление металла проводят как гальваническим, так и жидким методом.

Художественное многослойное травление металла

Мастера народных промыслов и просто домашние умельцы получают с его помощью высокохудожественные изображения на холодном и огнестрельном оружии, всевозможной кованой и литой утвари. Для мастеров, делающих авторские охотничьи и бытовые ножи, травление стало практически обязательным элементом отделки. Особенно популярны охотничьи сцены, арабские, рунические или абстрактно — геометрические орнаменты. Многие мастера комбинируют травление металла с его воронением, придавая рисунку синеваты, черный или желтоватый оттенок.

Для переноса изображений используют как способ покрытия детали лаком, так и глянцевую бумагу. Применяют также еще один способ – оклеивание детали скотчем. Горячей иглой процарапывают линии рисунка, после чего пинцетом аккуратно удаляют скотч с участков, подлежащих протравливанию. Остатки клеевой массы нужно смыть растворителем.

Перед травлением деталь следует тщательно обезжирить.

Подготовка поверхности металла

Перед началом травления поверхность следует подготовить. Это позволит обеспечить:

Высокую скорость процесса
удаление металла ровным слоем.

В ходе обработки поверхности с нее удаляются все механические и химические загрязнения. Для нее применяют теплый мыльный раствор, подойдет и любое моющее средство. После высыхания поверхности ее надо протереть ветошью, пропитанной растворителем или обезжиривателем. Это позволит удалить остатки жидкости и масляные пленки.

Процесс обезжиривания поверхности металла

Химическую обработку хорошо сочетать с механической:

полировка до зеркального состояния
шлифовка наждачкой. Применяется при недоступности полировки. Следует проследить, чтобы шкурка все время двигалась в одном направлении и следы от нее были строго параллельны

Механическая обработка значительно улучшит внешний вид изделия после травления.

Нанесение рисунка

Для этой операции применяется несколько способов. Все их объединяет общий принцип: защита части поверхности от разъедающего действия протравы, а различает вещество, используемое для нанесения рисунка.

Лак для ногтей

Популярный и доступный способ. Обладает некоторыми недостатками:

Использование лака для ногтей

Грунтовка или битумный лак

Используется грунтовка ГФ 021, ХВ 062 или битумный лак. Сначала веществом покрывается все протравливаемое изделие. Далее тонкой ручкой или маркером переносят контуры рисунка. Из тонкой проволоки или прутка из мягких сплавов следует изготовить иглу, заострив конец проволоки.

Травление с применением грунтовки

Те участки изображения, которые должны быть вытравлены, процарапываются до металла. Следует следить за тем, чтобы грунтовка не скалывалась.

Глянцевая бумага

Кроме глянцевой бумаги (ее можно купить в магазинах товаров для творчества, а можно просто вырезать лист из журнала), потребуется лазерный принтер, приложение для работы с изображениями и утюг. Изображение рисунка следует сделать зеркальным и распечатать в натуральную величину. Изображение прикладывают к поверхности и проглаживают несколько раз. После остывания заготовки бумагу смывают теплой водой, а тонер остается на поверхности детали. Тыльную и боковые поверхности, не подлежащие протравке, нужно защитить лаком или пластилином.

Глянцевая бумага для травления

Основное достоинство метода — можно точно переносить мельчайшие детали изображения.

Основной недостаток — работать таким образом можно только с плоскими или цилиндрическими заготовками. Способ весьма популярен при изготовлении печатных плат.

Травление стали

Кроме художественного травления металла, позволяющего получать изысканные изображения на стальных поверхностях, травление стали используют и для удаления окалины и оксидных пленок. При этом следует особо тщательно соблюдать требования технологического процесса во всем, что связано с концентрацией протравочных растворов и времени выдержки детали в протраве или в электролитной ванне. Перетравливание в ходе такой операции крайне нежелательно.

При травлении стали применяют как жидкий, так и электрохимический метод. Протраву готовят на основе сильнодействующих кислот, таких, как соляная или серная. Особое внимание следует уделить тщательному обезжириванию поверхности. Пропущенное масляное или жировое пятно может привести заготовку в негодность. Для защиты частей заготовки, не подлежащих травлению, использую лаки, составляемые на основе канифоли, скипидара, гудрона.

Эти компоненты легко воспламеняемы, поэтому во время работы с лаком следует сбыть особо внимательным и осторожным. По окончании травления непротравленные участки заготовки очищают от защитного лака растворителем.

Протравы, используемые для стали

Большой популярностью среди домашних мастеров — травильщиков пользуется азотная кислота. Ее применяют как единственную основу для протравы, так и в смеси с виннокаменной или соляной. Раствор для травления металла на основе смеси азотной и соляной кислоты обладает очень высокой химической активностью, и обращаться с ним следует крайне осторожно.

Для обработки твердых и специальных сортов стали используют смеси азотной и уксусной кислоты. Обработку проводят в два этапа. Сначала готовят специальную предварительную протраву — глифоген, представляющий собой смесь воды, азотной кислоты и этилового спирта. В ней деталь выдерживают в течение нескольких минут. Далее заготовку промывают раствором винного спирта в дистиллированной воде и тщательно высушивают. После этого проводят основное протравливание.

Для травления чугунов применяют растворы серной кислоты средних концентраций.

Травление цветных металлов

Исходя их атомного веса и определяемых им физико-химических свойств вещества, для каждого металла и сплава подбирают свою, наилучшим образом воздействующую именно на него, протраву.

Травление медных сплавов

Как чистая медь, так и медные сплавы протравливают с применением серной, соляной, фосфорной, азотной кислоты. Для повышения скорости реакции в растворы добавляют соединения хрома или азота. На первой стадии травления с заготовки удаляют окалину и оксидную пленку, далее переходят собственно к травлению металла. При травлении меди в домашних условиях следует соблюдать осторожность.

Алюминий и сплавы на его основе выделяются среди других металлов тем, что для их травления применяют не кислотные, а щелочные растворы. Для молибдена также применяют щелочные растворы на основе едкого натра и перекиси водорода.

Титан стоит еще большим особняком — на первом этапе предварительного протравливания применяют щелочь, а на основном — уже кислоту. Для титана применяю самые сильные кислоты — плавиковую и концентрированные серную и азотную. Титановые заготовки протравливают с целью снятия поверхностного слоя окислов непосредственно перед тем, как нанести гальваническое покрытие.

Для протравливания таких металлов, как никель или вольфрам, используют водный раствор перекиси водорода и муравьиной кислоты.

Травление печатных плат

Заготовка для печатной платы представляет собой лист текстолита, с одной или с двух сторон покрытый слоем медной фольги. Целью травления печатных плат является создание проводящих дорожек из медной фольги в точном соответствии с чертежом. Дорожки покрывают защитным лаком, остальную часть фольги удаляют травлением.

В домашних условиях применяет несколько способов:

Хлорным железом. Реагент приобретают в магазине химических товаров или делают самостоятельно. В соляной кислоте следует растворить железные опилки. Перед использованием раствор следует выдержать до полного растворения железа и тщательно перемешать.
Азотной кислотой.
Водным раствором серной кислоты, смешанной с таблетированной перекисью водорода.
Медным купоросом с добавлением горячей воды и хлорида натрия. Этот вариант самый безопасный, но и самый продолжительный. На протяжении всего процесса температуру протравы следует поддерживать не менее 40 о С, иначе протравливание растянется на многие часы.
Электролитическим методом. Следует взять диэлектрическую емкость (хорошо подходят кюветы для проявки фотографий), наполнить ее раствором поваренной соли, поместить туда плату и кусок медной фольги, которая будет служить катодом.

По окончании протравливания жидким методом плату следует тщательно промыть раствором соды, чтобы погасить остатки кислоты.

Процесс травления для других материалов

Кроме металлов, операции травления подвергают и другие материалы. Наиболее часто встречается протравливание стекла с декоративными целями. Травление осуществляют в парах плавиковой кислоты, единственной, способной растворить стекло. На этапах подготовки проводится предварительная кислотная полировка поверхности изделия, потом на нее переводится контур будущего изображения. Защитные покрытия для стекла делают из смеси воска, канифоли и парафинов. После нанесения защитного покрытия заготовку окунают в травильную емкость.

Применение плавиковой кислоты создает на поверхности красивую матовую структуру. Чтобы получить гладкую, прозрачную поверхность, в протравочную смесь добавляют концентрированную серную кислоту. Для получения рельефного, глубокого узора операцию повторяют.

Техника безопасности при травлении

В травлении металлов используются чрезвычайно активные в химическом отношении вещества-сильные кислоты, щелочи и их растворы. При неправильном обращении они могут причинить серьезный вред здоровью и нанести значительный материальный ущерб.

Использование резиновых перчаток

Поэтому при работе с ними нужно соблюдать особые меры предосторожности и строго выполнять правила техники безопасности при проведении работ:

Работы проводят только при наличии хорошей вентиляции, предпочтительно — вытяжного шкафа.
Обязательно использование средств индивидуальной защиты: резиновых перчаток и фартука, плотной производственной одежды, респиратора, защитного лицевого щитка.
Нельзя ставить банки с кислотами и щелочами на высоко расположенные полки и шкафы.
Во время разведения кислот КИСЛОТУ ЛЬЮТ в ВОДУ, и никогда — воду в кислоту.
При работе с кислотой иметь под рукой раствор соды, а при работе со щелочью — слабый уксусный раствор для промывания участков кожи, на которые случайно попали капли раствора.
При работе гальваническим методом перед началом работы тщательно осмотреть все используемое электрооборудование на предмет отсутствия механических повреждений и целостности изоляции.
Иметь под рукой исправный огнетушитель.

В случае попадания травильного раствора на кожу следует немедленно промыть пораженный участок соответствующим нейтрализующим раствором. Если брызги кислоты или щелочи попали на одежду — ее следует немедленно снять.

Промыть водой пораженный участок

Если травильный раствор попал на слизистые оболочки — следует немедленно обратиться за медицинской помощью. Промедление в таких случаях может стоить здоровья или даже жизни.

Травление металлов в домашних условиях

Процедура травления уже много лет применяется в металлообработке. Она представляет собой обработку металлических поверхностей с помощью химических средств и электричества. В ходе процедуры мастер удаляет слой металла и таким образом создает специфический узор на конкретном изделии.

Сегодня травление металла используется для решения разных задач. Эта процедура используется как в промышленности, так и частными мастерами в домашних условиях. Благодаря травлению травильщик придает металлу:

декоративные и технологические свойства;
процедура дает возможность мастеру увидеть микроструктуру металла;
с ее помощью удаляются окалины и другие не металлические вкрапления;
подготовить металл к пайке;
создать орнамент.

Если говорить о травлении металла в домашних условиях, то чаще оно проводится в декоративных целях для того чтобы придать изделию эстетические свойства. Причем такая процедура проводится при обработке стали с высокой прочностью, так как другие методы гравировки в этом случае будут не эффективны.

Отметим, что травление – это довольно простая процедура, которая не требует особых навыков, главное это соблюсти технологию.

Суть методики

Холодное травление металла, как и любое другое действие, требует подготовительного процесса. В первую очередь такая подготовка в домашних условиях требует удаления с поверхностей загрязнения, особенно это касается масла.
Дальше требуется защитить те участки металла, которые не должны подвергаться травлению. Для этого на узор наносят специальное покрытие, которое способно противостоять химическим веществам, применяемым в травлении.

На следующем этапе изделие или элемент погружают в емкость, где находится электролиз, создающий кислую среду. Помните, что чем дольше металл будет находиться в кислой среде, тем большая часть поверхности будет разъедена агрессивным составом. В некоторых случаях используется технология многослойного травления, когда процедура применяется в несколько раз.

Сегодня травильщики используют разные методы травления металла, рассмотрим их подробно.

Метод электрохимического травления. Определенные виды металлов (например, нержавеющая сталь), которые обладают высокой стойкостью к воздействию кислоты. Поэтому для обработки таких металлов в домашних условиях применяется электрохимическое травление.

Чтобы провести травление электрохимическим способом понадобится: пластмассовая ванная наполненная электролитом, клеммы, провода, а также источник электричества, передающий постоянный ток. Также следует помнить, что процесс реакции происходит чрезвычайно бурно, и поэтому используем емкость с большим объемом. Само травление обычно занимает от нескольких минут до получаса. При этом мастеру нужно периодически проверять изделие, чтобы состав не разъел металл, больше чем это требуется. Схема подключения при травлении металла выглядит следующим образом, в раствор электролиза погружается медная пластина, по которой подается ток. Как показывает практика, метод эффективен.

Методика химического травления . Процесс происходит в емкости где куда предварительно было залит активный состав. В качестве такого состава используется лимонная кислота, солевой раствор, уксусная кислота. Если раствор для травления металла приготовлен из соли, то его химическая эффективность будет, ниже чем у кислотных растворов.

Инструкция по химическому травлению в солевом растворе или лимонной кислоте, предполагает погружение металлической поверхности покрытой защитным раствором в емкость. При этом срок процедуры зависит от того, какой состав использует мастер.

Для чего применяют травление

Травление как способ обработки металла позволяет мастеру выполнять технические действия. Однако, если говорить про травление в домашних условиях, то чаще всего его используют для создания орнаментов и декоративных узоров на клинках и других металлических изделиях.

Сегодня многие люди занимаются производством всевозможного холодного оружия и инструмента в домашних условиях. При этом, подобные авторские вещи украшаются орнаментом. Травление ножа, топора позволяет мастеру быстро создать своеобразное декоративное украшение лезвия.

Начиная работы, травильщик первым делом подготавливает эскиз будущего орнамента или рисунка. Сегодня это можно легко сделать с помощью специальных программ, которые позволяют создавать изображения. Если узор планируется нанести на обе стороны клинка, то тогда распечатывают два эскиза. После того как изображение подготовлено, оно переносится на лезвие с помощью ручки, а в дальнейшем процарапывается с помощью скрабера.

При этом еще до нанесения рисунка, металлическую поверхность нужно хорошо вычистить, освободить от ржавчины. Дальше железо в местах нанесения узора обрабатывается специальным составом и обезжиривается. Также следует позаботиться о торцах будущего ножа, защитив их от последствий воздействия соленого раствора или кислоты.

Травление можно производить двумя разными способами. Первый предполагает полное погружение металла в емкость с электролизом. Второй вариант это точечное нанесение кислотного состава на конкретные участки поверхности с помощью ватного тампона. В обычных условиях изделие погружается в раствор на десять, пятнадцать минут. Однако, этот параметр сильно зависит от типа выбранного электролиза.

После того как травление окончено, лезвие промывают водой и проверяют полученный результат. Если все получилось как надо, тогда остается произвести шлифовку ножа, удалив, таким образом, остатки коррозии, придав ему соответствующий вид.

Метод позволяет создавать по-настоящему замечательные и красивые изделия.

Какое оборудование необходимо для успешного травления в домашних условиях

Травление металла в домашних условиях это достаточно простая процедура, которая не требует от человека особых навыков. Но для того чтобы произвести успешное травление нужно подготовить некоторые предметы и оборудование.

Емкость из стекла или пластика. Только такие материалы могут выдержать химическую реакцию, которая сопровождает процедуру , а также способны противостоять кислотной среде.
Соль поваренная. Это вещество чаще всего используется для создания электролиза.
Медная пластина. Они играет роль клеммы, которая распространяет ток внутри емкости.
Источник энергии. В качестве него может использоваться зарядка для телефона.
Провода для соединения клемм и зарядного устройства.

Травление с помощью зарядного устройства от телефона, как показывает практика, позволяет эффективно обрабатывать даже поверхности, сделанные из стали высокой стойкости.

Растворы, применяемые в процедуре травления

В процедуре травления металлов могут применяться различные составы и вещества. Рассмотрим наиболее популярные разновидности таких смесей.

Раствор для травления из соляной или серной кислоты. Такие составы применяются при обработке углеродистой стали. Причем в емкость для травления также следует добавить ингибитор коррозии. Это необходимо для того чтобы устранить хрупкость материала а также снизить вероятность перетравливания.
Для работы с нержавеющей или жаропрочной сталью применяют жидкость, состоящую из азотной, серной или соляной кислоты. Причем часто одно изделие обрабатывается сразу несколькими веществами, таким образом можно полностью удалить все загрязнения и проявить рисунок;
Алюминий и его сплавы травят с помощью кислотных и щелочных растворов. При этом если в раствор добавить хлористый натрий, то конечное изделие будет иметь равномерный рисунок на всех участках.

Конечно, применять серьезные химические вещества для травления металла в домашних условиях, можно далеко не всегда. Именно поэтому в большинстве случаев такие процедуры осуществляются с помощью солевых или электролизных растворов. При этом в качестве защитного средства, которое может противостоять кислотной среде ,часто применяют лак для ногтей, или хорошую краску.

Подготавливаем изделие к процедуре травления

Подготовка изделия из стали или железа к процедуре травления в домашних условиях включает целый ряд необходимых действий. Для начала поверхность нужно хорошо очистить от любых загрязнений, только таким образом можно гарантировать, что травление пройдет быстро, а глубина удаленных слоев будет одинаковой.

Для очистки металла вполне подойдут популярные моющие средства и обыкновенная вода. После того как металл будет вымыт ему нужно дать высохнуть. Дальше поверхность необходимо протереть с помощью фибры, которую перед этим смачивают в растворителе. Таким образом, можно не только удалить остатки влаги, но также обезжирить поверхность.

Еще следует отметить, что улучшить качество обрабатываемой поверхности можно путем ее полировки. Это можно сделать на специальной машине. Если же такой возможности нет, то тогда металл нужно обработать наждачной бумагой. Таким образом, можно своими руками создать очень интересный оптический эффект.

Теперь нужно нанести будущий рисунок на металлическую поверхность. Сейчас для этого используется множество методик. Главное что нужно помнить участки, которые не должны подвергнуться травлению, нужно обработать защитными средствами.

Сегодня в качестве такой защиты часто применяют лак для ногтей. Но у этого способа есть определенные недостатки, а именно:

На поверхность изделия наносится слой лака или грунтовки. Когда этот состав высохнет, нужно с помощью тонкого инструмента или ручки нанести изображение. Дальше следует найти тонкую иглу, шило или специальный инструмент, с помощью которого изображение процарапывается на металле. Это нужно делать крайне аккуратно, чтобы не повредить полированную поверхность вне контуров рисунка.

Состав для протравки цветных металлов

Если мастер хочет заняться протравкой изделий из таких материалов как: медь, латунь, бронза или серебро. Ему нужно подготовить специальный раствор, в который входят такие элементы как:

Вода;
Азотная кислота;
Уксусный раствор;
Нашатырь.

Такое средство позволит быстро и эффективно протравить выше указанные материалы.

Соблюдаем технику безопасности

Травление металлов требует использования всевозможных химических веществ и составов (щелочи, кислоты, растворы). Все эти элементы могут быть крайне опасными, если в процессе работ будет нарушена технология. Именно поэтому правила техники безопасности при проведении подобных работ выходят на первый план.

Специалисты разработали целый комплекс таких правил, которые позволяют гарантировать то что травление пройдет в штатном режиме.

Работы могут проводиться только в хорошо вентилируемом помещении. Лучше всего чтобы в нем был расположен вентиляционный шкаф.
В обязательном порядке мастер должен применять всевозможные средства защиты в том числе: резиновые перчатки, фартук, специальную одежду, защиту для лица и защиту для органов дыхания.
Ни в коем случае нельзя устанавливать емкости с щелочами или кислотой на высокие полки или другие плоскости.
В процессе разведения раствора нужно помнить, что всегда льют кислоту в воду и никогда наоборот.
Если мастер работает с кислотой, то ему всегда нужно иметь рядом соду, если же он работает с щелочью, то тогда ему нужно иметь раствор уксуса. Только эти средства помогут, в случае если раствор попадет на оголенные участки кожи.
Если применяется электрохимический тип травления, то крайне важно удостоверится в надежности всех приборов подающих ток в емкость.
В помещении, где проводятся работы, должен быть огнетушитель.

Если в процессе травления на кожу попадает щелочной или кислотный раствор. Необходимо как можно быстрее промыть этот участок нейтрализующим средством. Если же брызги раствора оказались на одежде ее следует снять.

В том случае если раствор для травления попал на слизистую оболочку нужно в максимально сжатые сроки обратиться за помощью к врачу. Это крайне важно, так как промедление в подобной ситуации может привести к тяжелым последствиям для здоровья.

Только выполнение выше перечисленных правил позволит безопасно провести процедуру травления металла.

Травление нержавеющей стали

Процедура травления нержавеющей стали

Химическая и электрохимическая обработка или травление считается одним из лучших способов очистки верхнего слоя нержавейки. Данная процедура отлично очищает поверхность стали от сварных швов, устраняет деформации различного типа, а также способствует укреплению структуры сплава после термической обработки. Кроме очистных свойств, процедура обеспечивает восстановление пассивного слоя стали, необходимого для защиты сплава от разрушения структуры при повышенных температурах.

Суть очистки стали 12х18н10т заключается в химическом взаимодействии верхнего слоя с концентрированным кислотным раствором. В основном используются соляная либо серная кислоты, после чего в ход вступает смесь расплавленной щелочи. Процесс очистки кислотой имеет две стадии: в первую очередь металл обрабатывается основным кислотным составом, а в заключении сплав выдерживается в ванне с раствором азотной кислоты.

Обрабатывая нержавейку, стоит строго соблюдать этапы технологического процесса. Емкость с раствором, в которую помещен сплав, должна обрабатывать лишь верхние слои металла, дополнительно устраняя имеющиеся повреждения. Не рекомендуется допускать изменение макроструктуры нержавеющей стали, так как железо может потерять свои первоначальные свойства.

Применение травления

Процесс травления широко применим на производстве во время очистки верхних слоев стали от сварных швов, окалин, окислов и ржавчин. Используется во время поиска внутренних дефектов путем снятия верхнего слоя заготовки либо для изучения структуры металла.

Эта процедура обеспечивает зачистку материала, благодаря чему увеличивается адгезия верхнего слоя. Это необходимо для успешного соединения металлической заготовки с другой поверхностью, после чего наносится покрасочный, эмалированный, гальванический слой или другое защитное покрытие.

Такой вид обработки обеспечивает не только быструю очистку заготовки, но и создаёт на верхнем слое металла заданный рисунок. С помощью травления можно вырезать канал любой толщины или оформить сложное изображение. Также возможна обработка крупных заготовок и проката. Можно легко регулировать глубину обработки до микронов, благодаря чему удастся обработать поверхность со сложными участками и мелкими пазами. Процедура применяется в проведении анализа, определяющего образование межкристаллической коррозии у нержавеющей стали.

Кроме этого данный процесс широко используется во время обработки углеродистых, низколегированных и высоколегированных сталей, цветных металлов и титана. Эта технология незаменима во время обработки мелких металлических деталей, шестеренок наручных часов. С помощью неё изготавливаются полупроводниковые микросхемы и печатные платы в электронике. Этот способ обработки обеспечивает образование токопроводящего канала на микросхемах. В авиастроении травление играет важную роль, так как с помощью этого процесса уменьшается толщина металлических листов, благодаря чему снижается вес самолёта. В нанесении рисунков и надписей данная операция также играет большую роль. Травление производит рельефное изображение, полученное путем разрушения металлической поверхности согласно определенным шаблонам. В быту операция способствует очистке трубопровода.

Методы травления

В домашних условиях и на производственных участках используется следующие виды обработки:

Кислотная очистка;
Электролитическая очистка;
Очистка пастами.

Травление кислотами

Наилучший результат в ходе обработки нержавеющей стали получается путем длительного выдерживания верхнего слоя нержавейки в емкости кислот из серы и азота. Как происходит данный процесс:

Первоначальным этапом считается обезжиривание верхнего слоя стали, с последующей зачисткой заусениц и ожогов;
Далее происходит травление в сернокислотных ваннах. Во время процесса кислотный состав разъедает шероховатость на поверхности, окалины и заусенцы. Наилучшим показателем температуры во время разъедания является 60-80 градусов по Цельсию. В течение процесса важно контролировать данный параметр. Продолжительность травления зависит от концентрации кислоты (10-12%) и маркировки стали. Стоит быть внимательней, так как истощение кислотной ванны приводит образование точечной коррозии на поверхности металла. К примеру, сталь с содержанием хрома (18%) и никеля (8%) потребует 20-40 минут обработке сернокислотной ванне. Есть возможность сократить время данной процедуры в несколько раз. Для этого следует контролировать уровень атмосферы.
Следующий шаг — промывка заготовки в большом количестве жидкости.
Следом стоит погрузить обрабатываемую деталь в ванну, которая наполнена азотнокислым раствором. Время процедуры занимает от 5 до 15 минут с учётом температуры ванны 50-70 градусов по Цельсию.
Заключительный этап – повторное ополаскивание проточной водой.

Описанный метод травления считается стандартным и включает в себя несколько вариантов обработки. К примеру, выдержка в емкости с азотным раствором, который обогащен элементами плавиковой кислоты, увеличивает процедуру до получаса. Если поднять уровень концентрации плавиковой примеси до 15%, то получится провести процесс обработки при низкой температуре, при этом избежав предварительное опускание заготовки в кислоту. Ещё один доступный вариант обработки – очистка стали с помощью ортофосфорной кислоты. Для выполнения процедуры стоит следовать следующим шагам:

Обезжирить стальную заготовку любым доступным средством;
Промыть деталь в проточной воде и высушить;
Залить ванну для обработки ортофосфорной кислотой по пропорции 150 мг на литр воды;
Поместить сплав в емкость и ожидать в течение часа;
Достать и промыть в проточной воде очищенную деталь.

Сократить время обработки в сернокислой ванне можно с помощью добавления хлористого натрия в размере 5%. Благодаря этому процесс занимает 15 минут, но стоит придерживаться соответствующего температурного режима (80 градусов).

Важно помнить, что в помещении с плохой аспирацией следует заменить состав для второго этапа обработки. Проблема в выделении вредных паров из кислоты, поэтому лучше заменить раствор, используя 8% сернокислого железа и 3% плавикового раствора.

Оказать помощь в определении метода травления может окисная пленка, расположенная на верхнем слое нержавейки. Преимущество в том, что внешнее состояние подсказывает о составе плёночного слоя. Если цвет окалины зелёный, это свидетельствует о высоком уровне хрома в составе. В результате может затрудниться взаимодействие стали и кислотной ванны, следовательно, на обработку уйдет больше времени.

Электролитическое травление

Суть электролитической очистки заключается в неравномерной анодной обработке различных структурных элементов, а также в избирательной окраске металла из-за появления пленок. Отличительной чертой данной обработки считается имение внешних источников тока.

Максимально эффективна электролитическая обработка во время определения макроструктуры металлов, сплавов подвергшихся деформации, а также высоколегированных сталей, которые отличаются высокой химической устойчивостью. Электролитическая обработка имеет три вариации травления:

Очистка посредством анодного растворения;
Анодная пленочная очитка;
Катодная пленочная очистка.

Самым распространённым методом электротравления считается анодное растворение, благодаря которому рельеф на поверхности образуется в результате отдельных границ или фаз зерен.

Травление готовыми пастами

На данный момент современный рынок обеспечен огромным ассортиментом различных паст для травления нержавеющей стали. Главная задача пасты – изменение неровностей окрашенной поверхности в результате высоких перепадов температуры, а также очистка сварных швов. Процесс использования травильной пасты достаточно прост и может быть применён даже в домашних условиях. Нержавейка после сварки хорошо очищается пастой густой концентрации, ведь её эффективность уже начинает проявляться при температуре 80 градусов. Перед травлением металлическую поверхность необходимо очистить от коррозии и прочих дефектов.

Процесс травления пастой состоит из следующих шагов:

Обработка верхнего слоя заготовки пастой слоем до нескольких сантиметров;
Выдержка в течение полутора часа;
Промывка под проточной водой.

Травление пастой идеально подходит для обработки сварных швов на нержавеющих марках стали. После правильной обработки поверхность способна выдерживать коррозийные атаки в самых неблагоприятных условиях.

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

Для очистки от оксидной плёнки деталей из углеродистой, низколегированной и высоколегированной стали, титана и алюминия.
Для улучшения адгезии перед нанесением гальванических и других видов защитных покрытий.
Для подготовки стальной поверхности к горячему цинкованию.
Чтобы провести макроанализ для выявления образования межкристаллитной коррозии у нержавеющих сталей.
С помощью этой технологии обрабатываются мелкие металлические детали, такие как шестерёнки наручных часов.
Обработка меди применяется для изготовления полупроводниковых микросхем и печатных плат в электронике. Этим методом выполняется нанесение токопроводящего рисунка на микросхему.
Для быстрой очистки изделий горячего металлопроката, термообработанных деталей, от окислов.
В авиастроении с помощью этой технологии уменьшают толщину алюминиевых листов для снижения массы самолёта.
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.

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.

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.
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

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.

Травление металла: технологии и задачи

Травление металла применяется как в быту, так и в промышленности. С его помощью можно нанести на поверхность материала какой-либо узор или создать необходимые параметры для дальнейшей обработки заготовки.

В зависимости от задач выбираются тип травления и конкретные растворы. В нашей статье мы расскажем, где применяется этот способ обработки металла, как осуществляется процесс и что нужно учитывать перед началом работ.

Что такое травление металла

Под травлением металла понимают удаление его наружного слоя с металлического изделия. Так можно очистить поверхность от ржавчины, следов окисления. Также травление металла используется в дефектоскопии – проверке металла на целостность, отсутствие повреждений.

Травление позволяет удалить загрязнения, увеличить адгезию, улучшить свойства металла для соединения с другим изделием. Таким образом, на очищенный металл лучше и прочнее ложится внешнее покрытие – краска, эмаль, гальваническое покрытие и др.

Травление также выполняется и в декоративных целях. Этим способом создают прямо на металле нужный рисунок. Глубину травления можно регулировать с точностью до нескольких микрон. Это позволяет выполнять травление сложного рисунка на металле без нанесения дополнительного лакокрасочного слоя.

Методика подходит как для очень тонкой работы, когда необходимо выполнить, например, сложный узор на поверхности или проточить небольшие пазы, так и для очистки крупногабаритных заготовок.

Сферы применения травления металла

В промышленности используется несколько способов травления металла. Предварительно часть поверхности, которую обрабатывать не требуется, покрывают специальным лаком, защищающим металл от действия травящего вещества.

В производстве такой способ используется для изготовления деталей, формуемых травлением. В большинстве случаев так изготавливаются мелкие детали, в частности, для наручных часов или электронных устройств.

С помощью травления изделие может быть вырезано по определенной форме, для чего применяют специальные трафареты для травления металла. Также этим методом наносится заданная текстура на металл или поперечный профиль – топография. Травление может осуществляться на разную глубину металла. Применяется и рельефное травление, когда обрабатываются поверхности значительной площади.

Помимо грубого травления, могут также вытравливаться каналы минимальной толщины, вплоть до нескольких микрон, обеспечивая высочайшую точность. Перед такой обработкой металл покрывается светочувствительным лаком, на который направляется лазерный луч сквозь фотопленку или непосредственно на металл. Под воздействием лазера лак разрушается, смывается водой, после чего этот участок подвергается сквозному или глухому травлению.

В электронике травлением изготавливаются электропроводящие дорожки на электронных платах. Такие дорожки получаются путем обработки тончайшего медного слоя на заготовках из гетинакса или текстолита.

Травление применяется и при производстве высокоточного оборудования в электронной промышленности, микросхем из полупроводников. Используются различные технологии как сухого, так и мокрого травления. К сухим относятся плазменный, ионный, реактивный ионный, плазменно-химический способы. К мокрым – анизотропное травление кремния водным раствором едкого калия.

В частности, формные цилиндры для современной печатной техники могут подвергаться гравировке на аппарате с ЧПУ, либо на них наносится фотохимический защитный грунт, после чего производится травление. Таким образом получается рельеф заданного рисунка и глубины.

Травление может использоваться как альтернатива ручной гравировке. Например, так изготавливают шильдики для станков и прочего оборудования. На часть металлической пластины наносят устойчивый к кислоте лак, после чего эта часть обрабатывается кислотой для травления металла, и на непокрытом лаком участке образуется углубление или неровность.

В авиационной промышленности при помощи химического травления металл, используемый для корпуса самолета, истончается на отдельных участках и становится за счет этого легче.

3 вида травления металла

Используется для очистки металла от наружного слоя ржавчины, окисления. Им обрабатывается целый ряд металлов:

При таком способе используется соляная, азотная или серная кислота. Металл погружается в щелочной или кислотный раствор, соляной расплав. В нем металл удерживается в течение определенного времени (от нескольких минут до двух часов), которое зависит от множества условий и задач травления.

Травление металла солью, кислотой имеет следующий механизм. Когда травитель попадает на слой оксида, покрывающего металл, он через микротрещины и поры проникает под этот слой и вступает в контакт с самим металлом. В результате химической реакции выделяется водород, который создает давление на оксидную пленку, разрушая ее, отрывая от металла и очищая поверхность заготовки.

Сам металл также начинает разрушаться под действие кислоты. Поэтому в промышленности используются коррозийные ингибиторы, защищающие металл.

Этот способ позволяет быстро очистить металл, нанести рисунок или сделать выемки. Изделие погружается в раствор соляного или кислотного электролита и само становится катодом, если оно заряжено отрицательно, или анодом, если заражено положительно. Соответственно, различают катодное и анодное травление металла.

Катодным травлением углеродистые стали очищаются от окалины, которая образуется в результате масляного закаливания или проката горячим методом. Применяется анод из свинца, роль электролита выполняет соляная или серная кислота либо соль щелочного металла.

В процессе электролиза происходит интенсивное газообразование, выделяющийся на катоде водород разрушает окалину. Травление металла в солевом растворе и образующийся в его ходе избыток водорода снижает прочность сплава, поэтому для изделий из тонкого металла катодное травление не применяется.

Анодное травление широко используется в машиностроительной промышленности. Слой оксида очищается с поверхности металла прямым воздействием кислорода. Молекулы металла попадают в электролит в виде кислотного или соляного раствора металла, из которого изготовлена деталь. Для катода используется свинец, медь.

При таком травлении на металле образуется шероховатая поверхность, а оксид растворяется в электролите. Этот метод также может вызывать истончение металла, а также существует риск перетравливания.

Электролитический метод быстрее и экономичнее химического, если говорить об объеме требуемых реагентов. Также электролитический метод более экологичен, так как при нем не выделяется вредных для человека веществ.

По окончании травления металл погружается в раствор кальцинированной соды, чтобы деактивировать оставшийся на металле раствор электролита, иначе он может вызвать образование ржавчины. Затем заготовки моют обычной водой и просушивают. Обработанный таким способом металл устойчив к коррозии, однако при необходимости выполнения паяльных работы их нужно проводить как можно быстрее, поскольку при длительном хранении начнется процесс окисления металла.

Ионно-плазменное травление

При этом способе металл бомбардируется ионами инертных газов. Их химической реакции с металлом изделия не происходит. Ионно-плазменное травление позволяет ограничить размер участка травления вплоть до 10 нм, поэтому оно нашло широкое применение в микроэлектронике.

Плазмохимическая обработка выполняется посредством возбуждения плазмы в химически активной среде. В результате образуются свободные радикалы и ионы. Попадая на металл, активные частицы инициируют химическую реакцию, при которой образуются легкие соединения, удаляемые из активной среды вакуумом.

Способ отличается тем, что в нем используется химически активный газ с большой реакционной способностью, например кислород, взаимодействующий с металлом в плазме газового разряда. Химический же метод, о котором было написано выше, предполагает реакцию активного газа только с определенным видом молекул.

Выбор травителя в зависимости от типа металла

Нержавеющая и огнеупорная сталь травится в многокомпонентном растворе, в который входят 12 % соляной, 12 % серной и 1 % азотной кислоты. Возможна обработка в несколько этапов. Сначала в растворе соляной кислоты с концентрацией 20 % окалина разрыхляется, а затем поверхность очищается раствором азотной кислоты с концентрацией 20-40 %.

При производстве нержавеющей стали на ней образуется толстый слой окалины, который удаляют 75-85 % раствором едкого натра и 20-25 % азотнокислого натрия. Окончательная очистка производится в 15-20 % растворе азотной кислоты.

На поверхности деталей из алюминия и сплавов на его основе образуется тугоплавкий слой оксида. Для его удаления используют растворы кислоты или щелочи. Щелочь с концентрацией 10-20 % нагревается до 50-80 градусов по Цельсию, в раствор погружаются обрабатываемые детали, и выдерживаются там не больше двух минут. Если в щелочь добавлен хлористый или фтористый натрий, то травление протекает более равномерно.

Титан и его сплавы очищаются в несколько стадий. Сначала окалина разрыхляется в концентрированном едком натре. После этого она удаляется в растворе, состоящем из серной, азотной или фтористоводородной кислоты. Для окончательной очистки используется соляная или азотная кислота, в которой содержится фтористоводородная кислота в малой концентрации.

Для меди и ее сплавов применяются травящие вещества на основе перекиси водорода, хромовой кислоты. Травление этих металлов также осуществляется в солевом растворе:

Техника безопасности при травлении металла

Вещества, которые используются при травлении металла, химически очень активны. Они требуют исключительно осторожного обращения, поскольку при неправильном применении могут не только причинить материальный ущерб, но и поставить под угрозу здоровье и жизнь персонала предприятия.

При выполнении работ по травлению металла необходимо неукоснительно соблюдать ряд правил техники безопасности:

В производственном помещении должна иметься хорошая вентиляция, желательно принудительная.
Работники должны использовать средства индивидуальной защиты – перчатки, респираторы, специальную одежду и др.
Емкости с химическими реактивами ни в коем случае не должны ставиться на значительной высоте.
При приготовлении кислотного раствора кислота заливается в воду, но ни в коем случае не наоборот.
При себе работник должен иметь раствор соды для промывания кислоты при ее попадании на кожу, при работе с щелочью – слабо концентрированный раствор уксусной кислоты.
При использовании электролитического метода перед началом работы нужно проверить исправность всего используемого оборудования.
В производственном помещении в зоне прямого доступа должен располагаться огнетушитель с соответствующим веществом.

Если реактив попал на кожные покровы, необходимо немедленно промыть их нейтрализующей жидкостью. Если на одежду, необходимо ее заменить.

При попадании реактивов на слизистые оболочки показана немедленная медицинская помощь, в противном случае под угрозой может оказаться не только здоровье, но и жизнь.

Таким образом, травление металлов имеет широкое применение в промышленности. При этом оно не ограничивается лишь только очисткой металла от шлака, окислов, грязи и окалины, а позволяет также изготавливать отдельные детали, в том числе сложные микросхемы, и выполнять декоративные элементы на изделии.

Читайте также: