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