Травление металла в домашних условиях электричеством: Декоративное травление металла своими руками

Декоративное травление металла своими руками

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.

В этой статье рассмотрим, как вытравить на металлической пластинке надпись или рисунок. Для этого понадобится:

• Пластиковая или стеклянная ёмкость.
  
• Поваренная соль.
  
• Металлическая пластинка.
  
• Источник питания 5 — 12 вольт.
  
• Соединительные провода.

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.

Вырезанный из неё кусок:

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 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.

Содержание

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.

1. 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.

2. 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.

1. 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.
3. 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;
4. 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:

• Лак имеет густую структуру из-за чего его трудно наносить, когда речь идет о сложном орнаменте или рисунке.
• Мастеру нужно уметь хорошо рисовать.
• Если произойдет ошибка, при нанесении лака исправить ее будет нелегко.

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.

Когда эскиз готов остается закрыть детали, которые не должны подвергаться обработке защитой, и приступать к самой процедуре. При этом нужно помнить, что защита может наноситься только на сухую поверхность, так как в противном случае кислота или соляной раствор может попасть на металл и испортить поверхность. В дальнейшем исправить такую ошибку будет очень сложно.

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.

Электрический огурец | Chemdemos

Целый травильный раствор помещают между двумя металлическими электродами, и через травильный раствор пропускают электричество. Излучается характерный цвет натриевой лампы.

Видео этой демонстрации доступно  

Слайды лекций, сопровождающие эту демонстрацию, доступны для загрузки из меню справа.

Высокая концентрация хлорида натрия в рассоле служит раствором электролита для проведения электричества. После включения вариака в протравителе произойдет искрение, и через короткое время на одном конце протравителя будет наблюдаться желто-оранжевое свечение. Этот желто-оранжевый цвет является результатом перехода электронов 3p → 3s в атомах натрия, что приводит к излучению энергии в виде видимого света. Это свечение травильного раствора можно сравнить со стандартным испытанием натриевым пламенем или светом натриевой лампы.

Обсуждение

Расширение демонстрации

Выдержки из J. Chem. Educ.,  2005, 82  (4), стр. 545. Демонстрация электрического травления уже давно используется для изучения атомной эмиссии ионов натрия, которые излучают яркое желтое/оранжевое свечение. Эмиссия других ионов металлов, включая литий, калий, стронций и барий, также может быть продемонстрирована путем засолки огурцов соответствующей хлоридной солью. Огурцы отбеливали перекисью водорода, мариновали в 10-процентном растворе соли в уксусе и электризовали с помощью уникального устройства. Маринованные огурцы светились розовым, фиолетовым, красным и желтым светом соответственно. Светящиеся огурцы давали характерные линейчатые спектры при визуализации через дифракционную решетку. Эта адаптация классической демонстрации обеспечивает привлекательную альтернативу газоразрядным лампам для обсуждения в классе атомной эмиссии и линейчатых спектров.

Подготовка 

Из электрического травильного аппарата вставьте электроды в противоположные концы травильного аппарата. На верхнем электроде имеется полоска желтой ленты, указывающая на правильную глубину проникновения травильного раствора. Убедитесь, что электроды не касаются друг друга внутри рассола. Зажмите крышку стеклянного резервуара. закрыто. С помощью зажимов типа «крокодил» соедините открытые электроды. Зажимы типа «крокодил» подключены к источнику питания (Variac). Демонстратор следит за тем, чтобы аппарат ни с кем не соприкасался. Включается вытяжной вентилятор, затем включается Variac, и напряжение медленно увеличивается до 110 В. 

Материалы 

Большой рассол из укропа, электрический аппарат для рассола, демонстрационный стол для лекций. Джеффри Р. Эпплинг , Фредрик Дж. Йонке , Ричард А. Эджингтон и Стив Джейкобс

, , 90m Образовательный , 1993, 70 (3), стр. 250.

Расширение или улучшение демонстрации

Мишель М. Риццо, Трейси А. Халми, Алан Дж. Джирцитано, Мартин Г. Коциолек и Джерри А. Магро, Пересмотр демонстрации электрического рассола, J. Chem. Educ., 2005, 82 (4), стр. 545. doi: 10.1021/ed082p545

Темы:

Светящий маринованный или электрический Helmenstine (обновлено

27 ноября 2021 г. )

---

Эксперимент со светящимся или электрическим раствором иллюстрирует ионную проводимость и атомную эмиссию.

Эксперимент со светящимся маринадом — это забавная, простая и эффектная демонстрация спектров ионной проводимости и атомной эмиссии. Другие названия проекта — электрический огурец, соленья и лампа огурца. Вот как вы делаете светящийся рассол и посмотрите, как это работает.

Сделать светящийся огурец

По сути, вам понадобится большой огурец, пара кусков металла, шнур лампы с вилкой и либо вариатор, либо розетка (источники переменного или переменного тока). Если вы используете сетевой ток, подключите шнур лампы к удлинителю с выключателем. Это дает вам простой способ отключения питания и повышает безопасность. Поскольку этот проект связан с электричеством и оголенными проводами, это эксперимент «только для взрослых».

• Рассол
• 2 гвоздя или металлические вилки
• Шнур лампы с вилкой
• Блок питания с выключателем и розеткой для настенного тока ИЛИ вариатор

Существует несколько способов установки светящегося рассола. В одном варианте вбейте гвозди в кусок дерева, чтобы они поддерживали рассол (или что-то еще, что вы тестируете). В противном случае:

1. Поместите рассол на стеклянную банку. Стекло является изолятором, поэтому это хороший выбор для поддержки рассола.
2. Вставьте две вилки или два гвоздя в рассол, по одному с каждого конца. Убедитесь, что две металлические детали не касаются друг друга.
3. Разъедините провод лампы так, чтобы у вас было два провода достаточной длины, чтобы дотянуться до гвоздей или вилок. Либо оберните оголенный провод вокруг гвоздя, либо прикрепите провод к металлу с помощью зажимов типа «крокодил».
4. Вставьте вилку лампы либо в вариатор (переменный источник питания), либо в удлинитель (в положении «выключено»), который, в свою очередь, втыкается в стену.
5. При включении питания сначала капает рассол. Затем он светится и может дымить. Обязательно выключите питание и отсоедините его, прежде чем осматривать рассол.

Как работает эксперимент со светящимся маринадом

Хотя сделать маринад светящимся несложно, объяснение именно того, что происходит, десятилетиями бросало вызов ученым.

Первая часть проста. Травильная жидкость содержит соль. Растворы солей проводят электричество, потому что соль является электролитом. Соль (NaCl) растворяется в воде и диссоциирует на свои ионы (Na ⁺ , кл. ^– ). Применение электрического тока заставляет эти ионы двигаться.

Желтое свечение исходит от спектра излучения натрия. Вы видите то же явление в пламени свечи и в тесте на пламя в химии. Энергия электрического тока возбуждает ионы натрия. Электроны входят в возбужденное состояние и возвращаются в более стабильное состояние, испуская фотоны с характерной длиной волны (желтый).

Химия, вероятно, включает производство хлора (Cl ₂ ) и гидроксида натрия (NaOH) и сжигание водорода. Гвозди или вилки действуют как электроды для электролиза, к тому же вы можете увидеть пузырьки газа из металла. Поражение маринада электрическим током меняет его состав, что делает его небезопасным для употребления в пищу.

В использовании огурца нет ничего особенного. Другие маринованные продукты, такие как маринованные помидоры, также работают.

Придайте маринаду светящийся цвет. Другие цвета

В обычном растворе для маринования солью является хлорид натрия, но если вы маринуете огурцы или другие продукты в других химикатах, маринад светится другими цветами. Для достижения наилучших результатов сначала отбелите огурцы от зеленого цвета, замочив их в растворе перекиси водорода. Затем замаринуйте продукты в растворе 10% соли в уксусе. Вот некоторые соли и их характерные цвета излучения:

• хлорид лития — розовый
• хлорид калия — пурпурный
• хлорид стронция — красный
• хлорид бария — желтый

Практические применения

Хотя дата публикации «День дурака» позиционирует отчет как забавный научный проект, в нем также описывается серьезная наука. По своей сути светящийся огурец является примером органического светодиода (OLED). Вы видите аналогичную технологию в телевизорах, мониторах и других дисплеях.