Как раскалить металл электричеством
Обновлено: 28.04.2024
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.
- 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.
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.
Травление током в соляном растворе. Часть первая
Заглотив новогодний оливье решила поделать что-нибудь важное и накатать давно планируемый пост про травление в соляном растворе.
Травление - это относительно простой и приятный способ украсить поверхность металла с помошью простых вещей.
- то, чем нанести орнамент. Это может быть битумный лак, лак для ногтей или разнообразные, нерастворимые в воде краски.
- источник тока. Ненужная зарядка для мобильного телефона, ненужный блок питания. В идеале - лабораторный блок питания, у которого есть регулировки (пригодится, если вы захотите эволюционировать до гальваники)
-емкость. В идеале - прочная, устойчивая к высоким температурам, корозионностойкая и не проводящая ток, например толстая пластмассовая. Это в идеале. На практике же можно взять и обрезанный пятилитровый бак из-под воды или стеклянную банку. Или даже чашку. Железные емкости не надо использовать - рано или поздно их проест и раствор потечет от вас.
- Лист нержавейки больше по площади, чем то, что надо протравить. Можно взять столовую ложку, линейку или просто кусок железа (но просто железо даст хлопья и рано или поздно сожрется)
-Скотч, прищепки для белья.
1) При травлении выделяется хлор, поэтому травите на свежем воздухе или в помещениях с вытяжкой. Хлор разрушает кости и зубы! Иначе через полгодика можете неприятно удивиться счету от стоматолога. Травите в месте, недоступном для детей, домашних животных и праздношатающихся. (. )
2) Травление происходит за счет тока, поэтому будьте осторожны. Зарядка для телефона наврятли вам повредит, а вот источники тока помощнее - могут. Не трогайте травильную ванну не выключив источник тока из розетки. Тем более не поправляйте ничего в ванной, когда она под напряжением.
Я видела как девушка поправила заготовку за проводок, а потом хлопок, у нее в руке испарился провод и в помещении вырубилось электричество. Все живы, но источник тока потом покупали новый.
3) При травлении происходит нагрев того, что травите и от него жидкости. Если ванна небольшая, а источник тока мощный, то жидкость может вскипеть, емкость из бутылки поплавиться и жижа потечет в разные стороны.
Поэтому будьте внимательны и поглядывайте за ней. На случай, если раствор утечет уберите вокруг ценные и не очень вещи.
Прочитали? Теперь перечитайте, на всякий.
И пойдем дальше! Многие металлы и сплавы хорошо травятся, ржавеющие стали, медные сплавы, алюминий. Не пробовала титан, оловянные сплавы(не люблю их) и серебро (дорого слишком, и зачем).
Не травятся некоторые сорта нержавейки. В некоторых выедаются точки коррозии, но рового рельефа не получается.
Теперь о подготовке металла к травлению.
Если у вас горячекатанная сталь, значит на ней может быть пленка окислов. Ее нужно снять, иначе она защитит поверхность лучше любого лака. Это можно сделать абразивами или собрав травильную же ванну, но подключить плюс и минус наоборот. Тогда пластину отчистит от всего (и если вы аккуратно нанесли лак и подключили все неправильно, то лак тоже оторвет, муахаха). Не забудьте помыть потом изделие, после соли оно может быстренько заржаветь.
Далее. Чем лучше отполирована поверхность, тем предсказуемее и ровнее результат. Если поверхность покрыта царапками или порами, то раствор может радостно выжрать оттуда больше, чем вам хотелось бы.
(Да, он делается. Лезвие тоже протравлено.)
На этом пока все, далее я расскажу про:
-как облегчить(или нет) нанесение орнамента
-схему травильной ванной и что куда подключать
-фотки примерной ванной.
С праздником всех! Творите(если хочется) и соблюдайте ТБ, с Новым Годом!
С вами была Keertis или Kotiaforge.
Ток нужно повыше (~5А), если хочешь быстрее всё сделать . Эта первая попытка травилась часов 8 при 1.5А (БП от древнего принтера) .
Годный пост, но так не вовремя - людям не до этого сейчас, не увидят.
Здравствуйте спустя месяц :) Подскажите по сабжу. После зарядки от телефона, которая давала чуть более чем никакой эффект (приходилось травить топор по 2е суток) решил сделать ход конём. Взял БП от старого компа, вытащил оттуда две линии по 12 вольт на 16 ампер каждая. Объединил эти линии в одну, так как в постоянных токах (как и в электричестве) я не особо разбираюсь, два минуса на БП тоже объединил в один. На всякий случай. Поставил медные провода с сечением потолще. Подвесил топор и запустил аппарат. Такого эффекта я не ожидал, забурлило так что через край пена полезла. Вроде бы и хорошо что такой активный эффект, но через 15-20 секунд я почувствовал запах горелой проводки. Провода жутко нагрелись. Запах проводки шел не от блока питания а именно от проводки. Больше полу минуты не решился продолжать эксперимент. Теперь пытаюсь выяснить где мой косяк. Провода заменить на толстые твердые медные с большим сечением? Убрать вторую линию на 12 вольт? Вы говорили что используете для травления блок питания от компа? Какие значения вольтажа и силы тока у Вас?
@moderator, поменяйте пожалуйста картинку в посте на эту - я там ошибку допустила, исправляюсь
Эксперимент: как в домашних условиях покрыть деталь медью, никелем, латунью и алюминием при помощи электролиза
Медь, никель, латунь и алюминий обладают стойкостью к коррозии, поэтому их тонкий слой на поверхности стали может защитить ее от появления ржавчины. Нанести один металл на другой можно методом электролиза. Но он работает не всегда. Давайте проверим его на предложенных металлах.
Что потребуется:
- образцы металлов;
- уксус;
- соль;
- блок питания постоянного тока;
- пластиковые емкости.
Процесс электролиза меди, никеля, латуни и алюминия
Для электролиза необходимо подготовить электролит. В его качестве применяется уксус. Процесс выполняется в пластиковой емкости, так как она является диэлектриком. В уксус добавляется соль для лучшей проводимости.
Для меднения необходимо согнуть из медной проволоки 2 электрода, опустить их в электролит и подключить провода к питанию.
Спустя 20 мин электрод на плюсовой клемме очистится от окиси, которая перейдет на отрицательный.
Теперь если подключить к минусовому проводу стальной предмет, то он покроется равномерным аккуратным слоем меди.
Для никелирования повторяется аналогичное действие с двумя электродами уже из этого металла. Через 20 минут к минусовому проводу цепляется стальная деталь. Она также покроется слоем никеля.
Если же повторить эксперимент с латунью, то ничего не получится. На стальной детали появится только окись. Выглядеть, как латунная она не будет.
Не работает и перенос алюминия на сталь. При электролизе электролит только загрязниться, станет темно-серым. Сама же деталь вообще останется неизменной.
Смотрите видео
3 способа самостоятельной закалки металла
Расскажем о трех способах закалки металла в домашних условиях, охлаждении и контроле качества. Как правильно провести закалку стали в масле и на открытом огне. Какое масло выбрать. Особенности закалки алюминия и меди.
Как можно закалить металл в домашних условиях, наверное, знает каждый мастер, работающий со слесарным или столярным инструментом. Считается, что для этого достаточно разогреть изделие докрасна, а затем охладить его в емкости с водой
Однако в домашней мастерской этим способом можно получить только твердый и хрупкий металл, который вполне подходит для стамесок и ножей, но непригоден для молотков, кернеров или зубил. Режимы термообработки зависят от марки стали и требуемых параметров изделия после закалки, а к ним относятся не только твердость, но и прочность, износостойкость, пластичность и вязкость.
В домашних мастерских, как правило, отсутствуют измерительные приборы, с помощью которых можно узнать температуру детали. Поэтому для того, чтобы закалить деталь, границы нагрева и отпуска приходится распознавать по цвету металла или его побежалости.
Кроме того, перед тем как закалить какое-либо изделие, мастер должен определить (хотя бы приблизительно) марку стали или сплава, из которого оно изготовлено.
Со временем накапливаются и знания, и навыки, но начинающему термисту даже для того, чтобы в домашних условиях успешно закалить сверло, резец или какой-нибудь крепеж, сначала придется пополнить свой теоретический багаж, пообщаться с опытными специалистами и сделать несколько пробных закалок.
Способы бытовой закалки металла
Чтобы закалить изделие из металла в домашних условиях, в первую очередь следует определиться со способом его разогрева до необходимой температуры, а также подобрать емкости для охлаждающих жидкостей.
Кроме того, необходимо выбрать домашнее помещение или место во дворе, где можно заниматься закалкой с соблюдением всех требований техники безопасности. Для нагревания можно использовать источники с открытым пламенем. Но таким способом удастся разогреть и закалить только небольшие по объему детали.
К тому же открытое пламя вызывает окисление и обезуглероживание, которые негативно влияют на поверхностный слой металла. Температуру нагрева домашние мастера, как правило, определяют по цвету нагретой заготовки.
На рисунке ниже приведена цветовая таблица, без которой невозможно правильно закалить изделие из углеродистой стали. Для легированных сталей температурный диапазон обычно сдвинут в сторону увеличения на 20÷50 °C.
Для того чтобы закалить изделие из стали с полным и равномерным прогревом, лучше всего воспользоваться такими источниками тепла, как кузнечные горны и закрытые печи. Это оборудование несложно изготовить самому в домашней мастерской, а эксплуатировать его можно как в помещении, так и на открытом воздухе.
Для наддува в кузнечном горне обычно используют промышленный фен, а в качестве топлива подойдет древесный уголь, который продается в любом супермаркете. Небольшую закрытую печь легко изготовить из пары десятков шамотных кирпичей. При этом в зависимости от метода закалки металла в ней можно не только закалить, но и провести отпуск с прогревом всего объема изделия.
Проще всего с емкостями для охлаждения и зажимным инструментом. Для закалочной жидкости подойдет любой негорючий сосуд достаточного размера, а удерживать и перемещать деталь можно щипцами или крючьями с ручками подходящей длины. На видео ниже показано, как в домашних условиях можно закалить топор с использованием самодельного горна и двух емкостей с разными охлаждающими средами.
Закалка на открытом огне
Самый простой способ закалить небольшую деталь в домашних условиях — это нагреть ее на открытом пламени до нужной температуры, руководствуясь при этом цветовыми таблицами.
В качестве источника нагрева в таких случаях можно использовать газовую горелку, паяльную лампу или даже конфорку домашней газовой плиты. Главный недостаток такой закалки — это сложность равномерного прогрева изделия по всему объему, т. к. пламя создает высокую температуру на узком, ограниченном участке.
Этот способ подойдет, когда необходимо закалить торец удлиненного изделия, например режущую часть сверла или лезвие стамески, или же небольшую деталь размером в несколько сантиметров.
Еще одна проблема, с которой может столкнуться домашний мастер, решивший закалить углеродистую сталь открытым пламенем, — это сильное окисление и выгорание углерода в поверхностном слое железа, которые приводят к деградации его структуры.
Распространенные среды для самостоятельного каления
Для закалки сталей в домашних условиях обычно используют следующие охлаждающие среды: воздух, воду и водные растворы, минеральное масло. В качестве водных растворов обычно используют 10-15%-й хлористого натрия (поваренной соли), а минеральное масло в домашних мастерских — это чаще всего обычная моторная отработка.
Чтобы закалить отдельные части изделия с разной твердостью, используют закалку с последовательным охлаждением в двух средах. Каждая из этих закалочных сред характеризуется своей скоростью охлаждения, от которой напрямую зависит структура обрабатываемого металла.
К примеру, воздух охлаждает сталь со скоростью 5÷10 °C в секунду, масло — 140÷150 °C, а вода (в зависимости от температуры) — 700÷1400 °C.
Чтобы правильно и без проблем закалить свое изделие, необходимо знать марку металла, из которого оно изготовлено, т. к. от этого зависит как температура нагрева, так и способ охлаждения. Народные умельцы для своих изделий в качестве исходных материалов чаще всего используют б/у изделия из быстрорежущих и инструментальных сталей, которые можно закалить в домашней мастерской.
Ниже в таблице приведены рекомендуемые температурные режимы и среды охлаждения для различных сталей.
Закалка металла в масле
Масло довольно плохо проводит тепло, что способствует более медленному формированию структурных элементов стали. Поэтому, если ее закалить в масляной среде, она наравне с твердостью приобретет прочность и упругость.
На производстве для закалки обычно используют индустриальное масло И-20 или современные закалочные масла типа «Термойл», «Термо» или «Волтекс». В домашних мастерских народные умельцы пользуются тем, что имеется в наличии. Чаще всего это новое или отработанное моторное масло.
Чтобы безопасно закалить деталь в таком масле в домашних условиях, нужно помнить, что у него по сравнению с промышленными закалочными жидкостями гораздо более низкая температура вспышки, и при погружении в него раскаленного металла оно на короткий срок загорается с выделением едкого дыма.
Поэтому закалочная емкость, применяемая в домашней мастерской, должна иметь минимальную открытую поверхность и использоваться только на открытом воздухе или в проветриваемом помещении. Помимо обычных ведер и жестяных банок, одна из самых распространенных конструкций такой емкости, которой пользуются домашние мастера — это удлиненный отрезок трубы подходящего диаметра с приваренным днищем.
Изготовление камеры для закаливания металла
Основным материалом для изготовления корпусов домашних печей для закалки стали являются твердые огнеупоры в виде блоков различных размеров и шамотная глина.
В такой печи достигается температура свыше 1200 °C, поэтому в ней можно закалить изделия не только из углеродистой или инструментальной, но и из высоколегированной стали. При изготовлении домашних печей из шамотной глины сначала делают картонный каркас по форме и размеру рабочей камеры, который затем покрывают слоем шамота.
Поверх его наматывают нагревательную спираль, а затем накладывают основной теплоизолирующий слой. При такой конструкции область нагрева изолирована от нагревательного элемента, что важно, когда необходимо закалить сталь, чувствительную к окислам и выгоранию углерода.
Самой же распространенной конструкцией домашних закалочных печей являются установки, тепловые корпуса которых выполнены из шамотного кирпича или аналогичных ему огнеупоров. Рабочая температура у таких материалов более 1400 °C, поэтому в подобных печах можно закалить практически любой вид стали и многие тугоплавкие сплавы.
Конструктивно такая домашняя печь похожа на обычную печь на дровах, только имеет гораздо меньшие размеры. Нагрев металла в ней осуществляется с помощью электрической спирали, уложенной в пазы по периметру внутреннего пространства.
Если необходимо качественно закалить сталь, ее необходимо нагреть до точно заданной температуры, поэтому большинство таких домашних самоделок оснащено терморегуляторами (их свободно можно приобрести на «Алиэкспресс»).
На видео ниже показано устройство такой домашней печи с торцевой загрузкой и терморегулятором, который позволяет закалить сталь с точным соблюдением температурных режимов. Ее тепловой корпус изготовлен из муллитокремнеземистых огнеупорных плит ШПТ-450.
Подробное описание конструкции и рекомендации по созданию печи с верхней загрузкой, в которой можно закалить изделия длиной до 54 см, можно посмотреть в следующем видео. Здесь тепловой корпус печи изготовлен из шамотного кирпича (типа ШБ) и также используется терморегулятор. Кроме верхней загрузки, особенностью этого устройства является спираль из кантала, который служит во много раз дольше традиционного нихрома и фехраля.
Как самостоятельно провести отпуск
Отпуск стали проводят для снижения ее хрупкости и повышения пластичности, что происходит во время ее нагрева до невысокой (по сравнению с закалкой) температуры с последующим медленным охлаждением.
Для большинства сталей (углеродистых и низколегированных), которые можно закалить в домашней мастерской, отпуск проводится при температурах в интервале от 150 до 250 °C (см. таблицу выше). В отличие от закалки такой нагрев не требует специального оборудования, поэтому многие домашние мастера используют для этих целей духовки бытовых плит с терморегуляторами.
Определить температуру нагрева при отпуске можно по цвету побежалости — разноцветной оксидной пленки, возникающей на поверхности стали при нагреве (см. рис. ниже). Если закалить сталь «на мартенсит», т. е. с быстрым охлаждением в воде, то получится очень твердая, но хрупкая структура. Поэтому отпуск является обязательной процедурой при термической обработке режущего инструмента.
Проверка качества закалки
Для того чтобы определить, удалось ли закалить изделие из стали до нужной твердости, у домашнего мастера не так уж и много способов. Традиционный — это попробовать поцарапать металл надфилем (не алмазным), который обычно имеет твердость 55÷60 HRC.
Если на поверхности остаются бороздки, то это значит, что закалить сталь до нужного значения не получилось и ее твердость ниже этой величины. Если же надфиль скользит по поверхности закаленного металла, то его твердость в норме.
Еще один способ проверки качества домашней закалки — это царапание закаленной сталью поверхности бутылочного стекла (см. фото ниже). Кроме твердости, в домашних условиях при наличии определенных навыков можно проверить и структуру металла. Для этого необходимо закалить несколько образцов одинаковой стали в разных режимах, а затем на глаз сравнить структуру и размер зерна.
Особенности закалки алюминия
Необходимость закалить какое-либо изделие из алюминия в домашних условиях возникает достаточно редко, т. к. вся готовая продукция из литейных и деформируемых сплавов обычно проходят требуемую термообработку и в процессе эксплуатации практически не теряет своей твердости и жесткости.
Такая потребность у домашнего мастера может возникнуть после сварки между собой деталей из алюминиевых сплавов, т. к. в этом случае они очень часто теряют жесткость в области, прилегающей к сварному шву. Но в домашних условиях закалить алюминий очень сложно, т. к. для этого нужно точно знать тип сплава и выдерживать термические параметры с точностью как минимум ±5 °C.
Охлаждение тоже требует определенных навыков, т. к. при неточном соблюдении технологии изделие может повести. Если же все-таки хочется освоить этот вид термообработки для использования в домашних условиях, то в первую очередь необходимо обзавестись печью с точным терморегулятором, а также быть готовым к тому, что каждый раз придется закаливать поочередно несколько образцов для подбора нужных параметров термического процесса.
Особенности закалки меди
Технологии термообработки стали и меди имеют принципиальные отличия. Нагрев меди до красного каления (свыше 600 °C) и быстрое охлаждение в воде приводит к ее отпусканию (т. е. она становится мягкой).
Закалить медь в домашних условиях сложнее, чем отпустить, т. к. для этого ее нужно нагреть всего до 400 °C, при которых она не имеет свечения. После нагрева до указанной температуры медное изделие медленно остужается на воздухе, после чего оно приобретает твердость, как после нагартовки.
Если все-таки есть насущная потребность закалить какое-то количество медных деталей в условиях домашней мастерской, придется обзавестись пирометром для контроля температуры нагрева.
Мы описали два способа проверки качества закалки в домашних условиях. А какие знаете вы? Поделитесь, пожалуйста, информацией в комментариях к этой статье.
Читайте также: