Травление металла в соляной кислоте
Обновлено: 28.06.2024
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.
Безопасный общедоступный состав для травления меди в домашних условиях
Многие из нас занимаются травлением плат, пожалуй, с подросткового возраста. Рецепты предыдущих поколений известны и используются десятками лет.
Все известные методы обладают как индивидуальными, так и общими недостатками, усугубляемыми отсутствием собственной оборудованной мастерской, закрытой для доступа любопытных домашних питомцев и родственников. Практически не удаляемые пятна, неприятный запах, общая опасность некоторых используемых реактивов и прочие причины влекут за собой необходимость оправдываться и доказывать очевидную вещь – пользу от занятий радиолюбительством.
Помимо прочего в самый неподходящий момент, так сказать на взлёте деятельной активности, вдруг не оказывается нужных компонентов, или оказалось, что они уже пришли в негодность. Порой, быстро и в доступных точках продаж, найти привычные или, вообще, любые реактивы и вовсе не представляется возможным, что влечёт за собой потери целых дней творчества…
Однако всё в этой жизни меняется… Растём мы, растут и наши запросы, увеличиваются рабочие напряжения и токи. И вот мы уже меняем медь 32 мкм на медь 105 мкм и длительность, и расход реактивов, и качество процесса нас не устраивают.
Для начала, рассмотрим, так сказать классику. Нетерпеливые могут, конечно, пропустить
уже известное и много где упомянутое, и начать с п.5. Но, думаю, краткое изложение по схеме: уравнение реакции, анализ течения с указанием окислительно-восстановительных потенциалов (далее по тексту ОВП), достоинства и недостатки, создадут более полную картину.
Следует заметить, что мы ориентируемся на нормальный ОВП а именно рассчитанный по справочным данным при активности как самого реактива, так и продуктов реакции равной 1 экв./литр.
Итак, с п.1 по п.4 рассматриваем классику:
1. Травление меди раствором хлорного железа.
Рис. 1 1 -стандартная упаковка; 2 — шестиводное хлорное железо; 3 — безводное хлорное железо (растворяется в воде со спецэффектами, но получаемый раствор аналогичен раствору из водного железа); 4- раствор в начале травления; 5 — отработанный раствор хлорного железа; 6 — меднёный гвоздь.
Движущая сила (разность нормальных ОВП потенциалов) для этой реакции составляет:
Это не так уж и мало, но, потенциал и скорость процесса сильно уменьшаются по мере накопления в растворе продуктов реакции, что наверняка было всеми замечено. Поработавший раствор травит медь заметно медленнее, чем свежий.
Некоторые пытаются «оживить» отработанный раствор, осаждая из него медь гвоздями, скрепками и т.п., получая, сначала прозрачный зеленовато-голубоватый раствор, очень медленно превращающийся, при доступе воздуха, в ни к чему непригодную «чёрную жижу», которая, при утилизации, разукрашивает сантехнику в цвета ржавчины. Однако удаление меди из отработанного раствора, совершенно бесполезно, поскольку вместо неё в растворе прибавляется хлорид закисного железа FeCl2, который растворять медь не способен в принципе. Вопрос регенерации ХЖ решило бы добавление соляной кислоты, но если у вас она есть, и работать с ней вы согласны, то вам совершенно не нужно отработанное ХЖ, об этом ниже.
Достоинства:
— умеренная скорость травления меди.
— использование единственного основного компонента, а именно хлорного железа.
— простота изготовления раствора «на глаз», главное, что бы концентрация была достаточной.
— не критична температура окружающей среды.
Недостатки:
— Скорость травления и ОВП раствора заметно снижаются по ходу процесса.
— Большим минусом этого метода можно назвать невысокую доступность хлорного железа для рядового радиолюбителя.
— Относительная дороговизна, порой на рынках заламывают немалую цену за мелкую фасовку.
— Также, немалым минусом являются трудноудаляемые пятна, которые оставляет хлорное железо на всём, с чем только не соприкоснётся. Одежда портится, обычно, необратимо.
— ХЖ заметно летуче, особенно при нагревании, плохо хранится (гидролизуется) при доступе воздуха, склонно вылезать из негерметичной тары, загрязняя собой и продуктами своего гидролиза все окружающие предметы.
2. Травление медным купоросом с солью.
Рис. 2 1 — варианты фасовки; 2 — соль и медный купорос; 3 — раствор бирюзового цвета до травления; 4 — отработанный раствор медного купороса.
Тут ключевую роль играет хлорид натрия (соль), поскольку, медь с медным купоросом практически не реагирует.
Несмотря на то, что отработанный раствор напоминает «чёрную жижу», он поглощает кислород из воздуха, и при подкислении, может быть регенерирован.
Достоинства:
— доступность медного купороса, широко применяемого в сельском хозяйстве, как средство защиты растений.
— в отличие от ХЖ не оставляет таких пятен и разводов. Пятна получаются другого цвета – синие. Но, они легко удаляются уксусом.
Недостатки:
— Медный купорос ядовит.
— В последнее время цена медного купороса бьет рекорды, в отличие от размеров фасовки, которые систематически уменьшаются.
— Требуется подогрев раствора для быстрого протекания реакции.
— Невысокая скорость травления.
3. Травление персульфатами (персульфат аммония или персульфат натрия).
Рис. 3 1 — упаковка и персульфаты россыпью; 2 — раствор до травленя прозрачен, после травления голубой ибо является раствором медного купороса и сульфата натрия.
Весьма интересная система, поскольку, казалось бы, одно вещество (персульфат чего-нибудь) — на самом деле, в процессе травления, распадается на три: перекись водорода, серную кислоту и не участвующий ни в чем сульфат натрия или аммония. Об этом факте говорит необходимость существенного подогревания раствора персульфата, которое необходимо для его гидролиза.
Движущая сила процесса, казалось бы бьёт рекорд 1,43 В! Вот только, практически, такой потенциал не достигается, поскольку персульфат, даже при нагревании его раствора не гидролизуется мгновенно и полностью.
Достоинства
— Высокий ОВП
— Высокая скорость травления
— Не оставляет грязных пятен
— Однокомпонентный состав
Недостатки
— Доступность заметно ниже чем у ХЖ
— Вместо пятен, склонен отбеливать и делать дырки в ткани.
— Требуется подогрев
— Применяются растворы высоких концентраций, поскольку больше половины массы реактива, в итоге, составляет балластный сульфат.
4. Травление перекисью водорода в соляной кислоте
Рис. 4 1 — 3% раствор перикиси водорода (аптеки); 2 — таблетки гидроперита (помимо медицины используются для отбеливания волос крашеными блондинками); 3 — соляная кислота — отлично портит вещи и раздражает кожу в то же время содержится в желудке ввиде от 0,4 до 0,6% раствора.
Перекись водорода уже присутствует в своей максимальной концентрации, что позволяет достигнуть максимального ОВП в 1,43 В.
В присутствие соляной кислоты или хлоридов реакция растворения меди протекает через образование промежуточного продукта CuCl, который не успевает выпасть в осадок и быстро окисляется далее. Образование этого продукта заметно понижает потенциал окисления меди, что существенно облегчает течение реакции. т.е. хлориды в данной системе являются катализатором.
Достоинства
— Самая высокая скорость травления из всех рассматриваемых.
— Не оставляет грязных пятен
— Процесс быстро протекает при комнатной температуре.
— Высокая доступность: перекись можно купить в аптеке, а вместо соляной кислоты годится подсоленный аккумуляторный электролит.
Недостатки
— Использование сильных кислот неизбежно приводит к дыркам в штанах и последующему разбору полётов.
и вот тут мы подходим к самому интересному:
5. Травление меди перекисью водорода в присутствие лимонной кислоты.
Рис. 5 1 — 20ти грамововая упаковка; 2 — россыпь лимонной кислоты; 3 — 15ти граммовые упаковки.
Анализ двух предыдущих методов (см. п.3 и п.4) привёл меня к выводу, что природа, используемой совместно с перекисью водорода, кислоты имеет малосущественное значение, и будет оказывать влияние только на скорость травления меди. Это значит, что можно использовать любую походящую кислоту, которая не окисляется перекисью водорода, например (роюсь в кухонном шкафчике) лимонную, ну или уксусную – но отставим пока уксус из-за неприятного запаха.
Выбор лимонной кислоты вызван тем, что она: доступна, имеет достаточную силу и не пахнет. Более того, лимонная кислота образует прочнейший комплекс с медью, что исключает всякое влияние продуктов реакции на её скорость! А для ускорения процесса следует добавить не расходующийся хлорид натрия.
Движущая сила процесса, внимание: 1,775 В, что является абсолютным рекордом!
Достоинства
— Весьма высокая скорость травления.
— Не оставляет грязных пятен
— Процесс быстро протекает при комнатной температуре.
— Не требуется труднодоступных реактивов: 3% перекись продаётся в аптеке, лимонная кислота – в гастрономе, а соль можно найти на любой кухне
— Травильный раствор безопасен для тела и одежды
— Это самый дешевый метод травления меди!
Недостатки, куда же без них.
— Средний цитрат меди малорастворим и может выпасть в осадок в т.ч. на поверхность травления. Для предотвращения возникновения проблемы не следует экономить лимонную кислоту.
Рекомендуемый способ приготовления травильного раствора:
В 100 мл аптечной 3% перекиси водорода растворяется 30 г лимонной кислоты и 5 г поваренной соли. Этого раствора должно хватить для травления 100 см2 меди, толщиной 35мкм.
Соль при подготовке раствора можно не жалеть. Так как она играет роль катализатора, то в процессе травления практически не расходуется. Перекись 3% не стоит разбавлять дополнительно т.к. при добавлении остальных ингредиентов её концентрация снижается.
Чем больше будет добавлено перекиси водорода (гидроперита) тем быстрее пойдёт процесс, но не переусердствуйте — раствор не хранится, т.е. повторно не используется, а значит и гидроперит будет просто перерасходован. Избыток перекиси легко определить по обильному «пузырению» во время травления.
Однако добавление лимонной кислоты и перекиси вполне допустимо, но рациональнее приготовить свежий раствор.
Вы можете использовать вместо лимонной и уксусную кислоту, но неприятный запах и меньшая скорость травления могут вас не устроить. ОВП реакции с уксусной кислотой 1,35В – что в принципе не так уж и мало, например в сравнении с ХЖ.
Напомню для тех кто только начинает:
— Для приготовления всех травильных растворов необходимо использовать пластиковую либо стеклянную посуду.
— Подогрев растворов следует проводить на водяной бане или специально предназначенными приспособлениями.
— Все растворы полученные после травления ядовиты из-за высокого содержания меди.
— Соблюдайте технику безопасности при работе с сильными кислотами.
— Утилизация отработанных растворов допустима путём выливания в общую канализацию.
— После травления плату следует ополоснуть слабым раствором уксуса и тёплой водой.
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
Травление в соляной кислоте. вопрос?
Здравствуйте!
Купил таки 35-37%, нужно протравить ZDI-1016 дикого дамаска, хлорное железо дает грязный мутный рисунок, а хочется контраста и чистоты.
Сошлифую немного то что осталось после ХЖ, а дальше?
Есть ли какие тонкости, просто вылежать клин или бултыхать в промежутках счищать наждачкой и так несколько этапов?
Спасибо!
С уважением, ко всем мастеровым.
По технологии травления не подскажу, не знаю , а вот работать с ней акуратней - "парит" пипец как! Я себе легкие чуть не сжег. Маску с фильтрами(именно для таких работ) надо, ну и кислотостойкие перчатки. Удачи.
------------------
С уважением, Николай.
оооо, я тебе расскажу..в прошлом году была такая же проблема, так прям на моих глазах Анатолич с Зеброй2 клинок 1016 протравили.
Последовательность:
1.Клин финиш 1500 грит
2.Обезжирили ацетоном.
3. Окунули в концентрированную соляную к-ту около 6-8 сек. вынимая и конролируя..
4. кинули в бутыль с чистой водой.
больше ничего, никаких протирать, вычищать и проч. отличный контрастный рисунок. стоит на ножике , карбон в самшите:
Карбон в самшите
Не уверен, но скорее всего травление в соляной кислоте приведет к тому же эффекту. Надо в азотке попробовать, она может дать контрастный рисунок. 5-10% раствор.
надо и вытяжка нужна, либо работать на улице. Вообще кислоты сцуко дело опасное, лучше от них подальше бы.
Нестор74 писал(а): Не уверен, но скорее всего травление в соляной кислоте приведет к тому же эффекту. Надо в азотке попробовать, она может дать контрастный рисунок. 5-10% раствор.
это относится к углеродистым сталям, а 1016, ЕМНИП, нерждамаск. и солянка его травит контрастно и чисто.
Я электролите травил, тот что для аккумуляторов
Спасибо всем откликнувшимся!
Нахолодную. окунули на 5-7 сек. проконтролировали, еще раз, если не нравится. После сразу в приготовленный заранее раствор соды (это кислота в отличии от ХЖ), побултыхали там. Прополоскали в чистой воде, протерли шкурочкой 2500 и всё. Если результат не устроит, повторить.
Я бы не советовал полировать в чистое зеркало-есть печальный опыт-рисунок не контрастный почему то, а вот финиш 1000-1500 грит годится, бултыхать вынимать смотреть, потом под водичку и никакой 2500 шкурки не надо, пальцами-лучший результат.
Раза 4 брал такую железку.трижды рисунок не четкий, а один раз попалась полоса--просто заглядение.Так и не смог выяснить, что был за сбой производства.Травлю все время концентрированным электролитом.
нужно протравить ZDI-1016 дикого дамаска, хлорное железо дает грязный мутный рисунок, а хочется контраста и чистоты.
Вот эту железку из ZDI-1016 травил хлорным железом.
Причем травил так уже дважды и каждый раз получался цветной рисунок, изменяющий окраску в зависимости от различного угла зрения.
Причем, очень стойкое травление.
А вот как раз травление в соляной кислоте дало грязный, усыпанный оспинками рисунок.
Читайте также: