Обработка металла серной кислотой

Обновлено: 18.05.2024

wikiHow работает по принципу вики, а это значит, что многие наши статьи написаны несколькими авторами. При создании этой статьи над ее редактированием и улучшением работали авторы-волонтеры.

Поскольку медь и цинк в последнее время довольно сильно выросли в цене, многие художники, специализирующиеся на вытравливании узоров на металле, перешли на сталь. Хотя сталь и не настолько изысканный металл, как медь, она лучше цинка и является к тому же более устойчивой, особенно при использовании в качестве печатной платы. Кислотой можно травить несколько видов стали, включая малоуглеродистую и нержавеющую. При травлении стали придерживайтесь данной инструкции.

Выберите тип стали, на которой вы хотите вытравить узор. Вы можете вытравливать на нержавеющей, мало- или высокоуглеродистой стали. Тип стали будет определять наиболее подходящую кислоту для травления.

Снимите все заусенцы на краях стальной детали. Счистите любые заусенцы по краям стальной детали, на которой вы планируете вытравливать узор. Если вы вытравливаете узор на стальной пластине, то заусенцы на обратной стороне можно оставить.

Очистите сталь. Используйте хлорсодержащее чистящее средство на абразивной губке, щетку с металлической щетиной, тонкую металлическую мочалку, мокрую наждачную бумагу марки 600 или корундовую бумагу; трите поверхность круговые движения. Вам нужно, чтобы поверхность была достаточно шероховатой для того, чтобы материал резиста держался не ней, но не поцарапанной, иначе у вас будут вытравлены лишние линии, которые не являются частью узора.

Если вы планируете воспроизвести существующий узор, то выберите что-то с высоким контрастом черного и белого.
Если вы планируете делать и продавать отпечатки ваших вытравленных узоров, выберите изображение с публичным доступом или получите разрешение от владельца авторских прав, если они существуют.

Старейший метод перевода изображений – это нанести на сталь покрытия из жидкого лака или воскоподобной субстанции (например, пчелиного воска), или даже эмалевой краски или лака для ногтей. Такое покрытие называется грунтом. Вы можете процарапать ваше изображение прямо на грунте с помощью иголок или режущих инструментов. (Данный процесс напоминает резьбу по дереву.) Грунт будет служить резистом, изолирующим от действия травильной кислоты те покрываемые им участки стали.
Другой метод – покрыть поверхность стали следами перманентных маркеров в тех местах, которые вы не хотите протравливать. Чтобы определить самый лучший резист, вам придется поэкспериментировать с несколькими перманентными маркерами различных брендов и цветов.
Третий метод заключается в создании трафарета, переносимого на сталь с помощью утюга, либо фотокопированием картинки на переводную бумагу, либо печатью его на глянцевой фотобумаге лазерным принтером. Положите бумагу на поверхность стали изображением вниз и выставленным на высокую температуру утюгом разглаживайте ее плавными круговыми движениями в течение 2–5 минут. (Если вы используете переводную бумагу, то давите на нее аккуратно, а если используете фотобумагу, то вдавливайте утюг с силой.) После этого вы можете снять бумагу. (Переводная бумага отслоится сама по себе, а для удаления фотобумаги требуется поместить ее в лоток с горячей водой для размягчения.) Переведенные чернила станут резистом для травильной кислоты.

Закройте края стального изделия. Вы можете наклеить на края стали клейкую ленту или закрасить их. Оба метода предотвращают травление кромок стального изделия

Как травить сталь кислотами

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.

Электролитическое травление

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

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.

Электрохимическое удаление ржавчины кислотой

Существует масса способов удалить ржавчину, в основном на сайтах встречаются отчеты об использовании:
— ортофосфорной кислоты и ее производных (т.н. преобразователи ржавчины типа цинкаря, кока-кола);
— различных бытовых и околобытовых кислот типа уксусной, лимонной в специальной ванне, методом окунания;
— пескоструйных насадок к компрессору / мойке высокого давления;
— электрохимическим методом в ванне с щелочью (едкий натр).

Я использовал все вышеперечисленные способы удаления ржавчины и сразу могу сказать, что ортофосфорная кислота может использоваться только по отношению к легкому налету ржавчины, глубокую ржавчину она не осилит. Окунание в кислоте эффективно для удаления ржавчины, но кузов автомобиля в бытовых условиях невозможно запихнуть в ванну. Пескоструй эффективен, но этот процесс энергозатратный и ресурсоемкий (нужен мощный и дорогой компрессор или же мойка высокого давления), кроме того песок является расходником, его нужно сушить или покупать сухим, при обработке песок летит во все стороны, поэтому нельзя просто так отпесочить низ двери для удаления ржавчины без демонтажа двери иначе весь салон будет в песке.
Электрохимический метод катодной очистки металла от ржавчины в электролите из гидроксида натрия (едкий натр) или кальцинированной соды требует много времени.

В итоге я пришел к относительно новому методу, основанному на подручных химических реактивах и который детальным образом на просторах интернета не описывался.
Сразу к результатам:

В целях увеличения скорости обработки я повышал количество кислоты до 1 к 1 к воде, а ингибитор (уротропин) не использовал вообще.
Обработку произвожу в перчатках КЩС свинцовым электродом, в качестве которого выступает пластинка груза легкосплавной шины

В пластине просверлено отверстие и на болтах пластина подключается к кабельному наконечнику квт 16-6-6, в который запрессован кабель. Наконечник обжимается пресс-клещами (~1000 руб)

Далее это все подключается к сварочному разъему, например, СКР 35:

и подлючаем к сварочному MMA аппарату, ток на минимум (20 А)

Разводим электролит с водой 1:1, оборачиваем электрод аптечным бинтом (14 руб) и работаем.

При работе нужно сидеть в респираторе и (или) с принудительной вентиляцией

Для очистки глубокой ржавчины, периодически протираем деталь металлической щеткой.
После очистки нейтрализуем кислоту раствором пищевой соды и пассивируем ортофосфорной кислотой.
Процесс идет довольно быстро и все детали и реактивы доступны. На сегодняшний день это самая быстрая очистка ржавчины в гаражных условиях, которую я видел.

Читайте также: