Что такое травление металла: Травление металла: технологии и задачи

Травление металла: технологии и задачи

СОДЕРЖАНИЕ

• Что такое травление металла
• Сферы применения травления металла
• 3 вида травления металла
• Химическое травление
• Электролитическое травление
• Ионно-плазменное травление
• Выбор травителя в зависимости от типа металла
• Техника безопасности при травлении металла

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.

Читайте также: «Металлические перила»

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.

Читайте также: «Металлические ограждения для лестниц»

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.

Читайте также: «Ограждения пожарных лестниц»

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

Химическое травление

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

• алюминий;
• титан и сплавы на его основе;
• нержавеющие и огнеупорные стали;
• черные металлы.

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.

Электролитическое травление

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.

Читайте также: «Лестница на металлическом каркасе»

• 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.

Читайте также: «Полочные стеллажи»

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

Для углеродистых сталей травление производится в растворе серной кислоты с концентрацией 8-20 % или серной кислоты с концентрацией 10-20 %.

При этом всегда применяются ингибиторы коррозии (КС, ЧМ, УНИКОЛ), которые позволяют сохранить прочность металла и избежать избыточного травления.

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.

Читайте также: «Коррозия металлоконструкций»

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:

• хлорида меди;
• хлорида железа;
• персульфата аммония.

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:

1. В производственном помещении должна иметься хорошая вентиляция, желательно принудительная.
2. Работники должны использовать средства индивидуальной защиты – перчатки, респираторы, специальную одежду и др.
3. Емкости с химическими реактивами ни в коем случае не должны ставиться на значительной высоте.
4. При приготовлении кислотного раствора кислота заливается в воду, но ни в коем случае не наоборот.
5. При себе работник должен иметь раствор соды для промывания кислоты при ее попадании на кожу, при работе с щелочью – слабо концентрированный раствор уксусной кислоты.
6. При использовании электролитического метода перед началом работы нужно проверить исправность всего используемого оборудования.
7. 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.

Читайте также: «Коррозия алюминия»

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.

Травление металла

Оцените, пожалуйста, статью

12345

Всего оценок: 2, Средняя: 3

Для чего используют травление металла

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.

Что такое травление стали? | National Material Company

ЧТО ТАКОЕ ТРАВЛЕНИЕ СТАЛИ?

Травление стали относится к обработке, которая используется для удаления загрязнений, ржавчины и окалины с поверхности материала. Во время процессов горячей обработки на поверхности металла образуется оксидный слой (называемый «накипью» из-за чешуйчатого характера его внешнего вида). Перед большинством процессов холодной прокатки предварительно горячекатаная сталь проходит линию травления для удаления окалины с поверхности и облегчения обработки. Чтобы восстановить наилучшие характеристики коррозионной стойкости, поврежденный металлический слой необходимо удалить, обнажив поверхность из полностью легированной нержавеющей стали.

Чтобы удалить этот оксидный слой, материал погружают в чан с так называемым «рассолом» . Рассольный ликер может быть разных форм; углеродистые стали с содержанием легирующих элементов менее 6% часто травят в соляной или серной кислоте. Для сталей с более высоким содержанием углерода требуется двухстадийный процесс травления с использованием дополнительных кислот (фосфорной, плавиковой и азотной).

Сталелитейные компании, предлагающие услуги горячей и холодной прокатки, обычно сталкиваются с двумя различными типами окалины – высокотемпературной и низкотемпературной окалиной. Процессы высокотемпературного измельчения создают три слоя оксида железа, которые образуются на материале при температуре выше 1070°F. Низкотемпературная прокатная окалина образуется в процессах, в которых используются температуры ниже 1070.

ВИДЫ КИСЛОТЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ТРАВЛЕНИЯ СТАЛИ:

Соляная

Преимущества:

• Снижение затрат на отопление, так как травильные растворы используются при комнатной температуре 9002
• Более обширное удаление накипи
• Меньшее проникновение водорода за счет диффузии
• Меньшее отложение солей железа на протравленной поверхности

Недостатки:

• Дымит при нагревании выше температуры окружающей среды
• Системы регенерации кислоты дорогие
• Более агрессивен к оборудованию
• Магний Затраты на утилизацию выше, чем у серной кислоты

Серная

Преимущества:

• Кислота может обновляться чаще
• Повышение температуры позволит более низким концентрациям кислоты эффективно травить
• Простота извлечения сульфата железа
• Скорость травления можно контролировать, изменяя температуру

Недостатки:

• Более сильное кислотное воздействие на основной металл.
• Большая диффузия водорода в сталь
• Остатки травления более липкие
• Кислотные растворы необходимо нагревать

После процесса травления листовая сталь обычно окисляется после длительного воздействия атмосферных условий с высокой влажностью. Чтобы противодействовать этому, наносится масляная пленка или другие водонепроницаемые покрытия, создающие в воздухе влагозащитный экран.

Возможности National Material по травлению стали:

О компании National Material L.P. 30 бизнес-подразделений и сейчас является одним из крупнейших поставщиков стали в Америке. Группа промышленных предприятий National Material состоит из стальной группы, группы по производству нержавеющей стали и сплавов, группы по торговле сырьем, группы по алюминию и связанных операций.

Посетите национальный материал: https://www.nationalmaterial.com или позвоните (США) 847-806-7200

Обработка стали: травление и промасливание: Wilton Steel Processing

Травление и промасливание стали — это обработка поверхности металла Процесс отделки, используемый для удаления поверхностных загрязнений, таких как ржавчина , и углеродистая окалина , , с горячекатаной углеродистой стали. Сталь погружают в ванну с травильным раствором, раствором хлороводородной кислоты, для удаления примесей с поверхности стали.

Компания Wilton Steel Processing, Inc. осуществляет периодическое травление и промасливание горячекатаной продукции из углеродистой стали различных типов. Мы можем травить полосовой прокат, уголки, трубы и листовой материал длиной до 26 футов; мы также можем сделать некоторые более мелкие детали специальности. Общий обзор нашего процесса:

1. Загрузка : Каждый стеллаж тщательно загружается путем разделения отдельных кусков материала рядами на стеллаже. Каждый ряд разделен углами, чтобы наше решение достигло каждого квадратного дюйма материала
2. Очистка : Решетка затем помещается в сильнощелочной (на основе гидроксида натрия) очиститель для удаления загрязнений и масла с поверхности металла.
3. Промывка стальной стеллаж затем тщательно промывается в двух резервуарах для удаления очистителя с материала и снижения Р-Н перед травлением.
4. Травление : Затем стеллаж погружают в соляную кислоту (HCl) на время, необходимое для удаления окалины, ржавчины и коррозии с поверхности продукта.
5. Промывка : Затем стеллаж промывают в двух резервуарах для удаления соляной кислоты с поверхности материала.
6. Очистка : Решетка снова помещается в щелочной очиститель, чтобы полностью нейтрализовать остатки кислоты, которые могут остаться на поверхности стали.
7. Окончательное ополаскивание : Бак для окончательного ополаскивания удаляет очиститель с поверхности материала.
8. Промасливание : Затем рейку помещают либо в водорастворимое масло, либо в масло на минеральной основе, чтобы предотвратить образование мгновенной ржавчины на протравленной стали, пока она ожидает дальнейшего изготовления.

Перед процессом – грязный, окалина, ржавчина плоский прокат

Крупный план ржавчины, окалины и грязи на стальной заготовке, подлежащей травлению

Листовая сталь, подлежащая травлению

Листовая сталь, подлежащая травлению

Проезд через разгрузку & загрузка.