Травление черных металлов. Химический способ — КиберПедия


Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого...

Травление черных металлов. Химический способ



ТРАВЛЕНИЕ

Общие положения

При изготовлении, транспортировке, хранении металлические изделия подвергаются воздействию окружающей среды, в результате чего их поверхность покрывается окалиной (термообработка) и продуктами коррозии. Этот инородный слой не только ухудшает внешний вид изделия, но и препятствует выполнению последующих технологических операций.

Состав оксидного слоя на металле неодинаков по толщине. Внешний слой обычно обогащен высшими окислами, а на границе с металлом находиться преимущественно низшие оксиды. Так, окалина на железе состоит из (от металла к внешнему слою): FeO, Fe2O3. На меди: Cu2O, CuO.

Окалину удаляют механическим способом (шлифование, полирование, пескоструйная обработка и др.), химическим травлением в кислотах, безкислотное травление, электролитическое травление.

Один из способов удаления окалины – травление – растворение оксидов в растворах кислот или щелочей. Реакция травления для двухвалентного металла:

МеО + 2Н+ = Ме2+ + Н2О.

Так как слой окалины пористый и неравномерный по толщине, а на отдельных участках может отсутствовать, то при травлении вместе с оксидами происходить частичное растворение металла, что нежелательно:

Ме + 2Н+ = Ме2+ + Н2

 

Электрохимический метод

Для электролитического травления применяют растворы кислот или расплав щелочи. Процесс можно вести при постоянном или переменном токе, на катоде или аноде.

Чаще используют серную кислоту, реже соляную. При обработке сильно окисленной поверхности в раствор кислот можно вводить хлористое железо, т.к. благодаря деполязующему действию ионов железа не происходит пассивация поверхности металла.

В процессе катодной обработки происходит восстановление пленки окислов. При анодном травлении в результате химического и электрохимического растворения металла нарушается связь окислов с основой. В обоих случаях выделяющийся на электродах газ интенсифицирует процесс разрушения и отрыва пленки от металла.

Катодное травление не сопровождается растворением металла. Его целесообразно применять для полированных деталей или для удаления тонких оксидных пленок. Но выделяющийся на катоде водород приводит к наводораживанию поверхности. Но при катодном травлении стали сорбируется меньше водорода, чем при химическом. Можно применять реверс тока.

В качестве анода используют кремнистый чугун или сплав свинца с 10–15 % сурьмы. Одновременно с чугуном на анодную штангу надо завешивать и свинец (2–3 % по площади). При электролизе на очищенной от окалины поверхности деталей будет осаждаться слой свинца, который защищает металл от наводораживания. Свинцовая пленка удаляется анодной обработкой в растворе едкого натра (80 г/л) и фосфорнокислого натра (30 г/л) при температуре 50–60 °С, плотности тока 5–7 А/дм2.



При анодном травлении может происходить улучшение свойств металла за счет удаления поверхностного слоя, обогащенного внутренними дефектами и напряжениями. Но неравномерность процесса растворения поверхности может привести к перетравливанию и изменению размеров деталей.

Электрохимический метод по сравнению с химическим позволяет обрабатывать стали различного состава, в том числе и легированные, трудно поддающиеся химическому травлению. Недостатки: это расход электроэнергии, плохая электропроводность, низкая РС.

Травление стальных деталей часто сопровождается выделением на их поверхности шлама, который не растворяется в серной и соляной кислотах. Для его снятия применяют химическую обработку при комнатной температуре в смеси серной и азотной кислот, взятых в соотношении 1:1, или в растворе, содержащем (г/л): серную кислоту 30–40, хромовый ангидрид 70–80, хлористый натрий 2–4.

Хорошие результаты достигаются при анодной обработке при плотности тока 5–10 А/дм2 в горячем растворе едкого натра 80–100 г/л.

 

Травление цветных металлов

Медь и ее сплавы

Окалина большой толщины хорошо травиться в концентрированной серной кислоте, в которой растравливание металла почти не происходит. Присутствие в растворе небольшого количества нитратов или хроматов ускоряет растворение металла.

Поэтому часто обработку медных деталей ведут в две стадии:

1) в серной кислоте 200–250 г/л при 50–80 °С для удаления толстого слоя окалины;

2) в смеси кислот серной и азотной с добавками хлоридов для получения светлой полублестящей поверхности.



Такие растворы пригодны и для травления латуни. Бронзы же, особенно бериллевые, травятся в них очень неравномерно. Для них применяют растворы на основе едкого натра (450–600 г/л) и азотнокислого аммония (100–200 г/л) при температуре 135-145 °С.

Для осветления бронз применяют смесь соляной и плавиковой кислот; смесь серной кислоты и хромового ангидрида.

Матовую поверхность меди получают обработкой в смеси азотной кислоты 300 г/л, серной 200 г/л, хлористого натра 2 г/л, сернокислого цинка 2 г/л.

Эффективным ингибитором травления меди является бензотриазол (около 1 г/л).

Алюминий и его сплавы.

Часто используют 5–10% растворы щелочей, т.к. алюминий амфотерный металл. Для увеличения службы растворов в них вводят комплексообразователи – глюконат натрия или хелаты (до накопления в них 100–150 г/л алюминия вместо 35 г/л в отсутствии добавки).

В качестве ингибитора можно использовать агар-агар 9–10 г/л, хлористый кальций 15 г/л.

Травление литейных сплавов проводят в смеси концентрированных азотной и плавиковых кислот.

Осветление алюминия проводят в азотной кислоте для деформируемых сплавов, в хромовом ангидриде для деталей со сварными швами.

ТРАВЛЕНИЕ

Общие положения

При изготовлении, транспортировке, хранении металлические изделия подвергаются воздействию окружающей среды, в результате чего их поверхность покрывается окалиной (термообработка) и продуктами коррозии. Этот инородный слой не только ухудшает внешний вид изделия, но и препятствует выполнению последующих технологических операций.

Состав оксидного слоя на металле неодинаков по толщине. Внешний слой обычно обогащен высшими окислами, а на границе с металлом находиться преимущественно низшие оксиды. Так, окалина на железе состоит из (от металла к внешнему слою): FeO, Fe2O3. На меди: Cu2O, CuO.

Окалину удаляют механическим способом (шлифование, полирование, пескоструйная обработка и др.), химическим травлением в кислотах, безкислотное травление, электролитическое травление.

Один из способов удаления окалины – травление – растворение оксидов в растворах кислот или щелочей. Реакция травления для двухвалентного металла:

МеО + 2Н+ = Ме2+ + Н2О.

Так как слой окалины пористый и неравномерный по толщине, а на отдельных участках может отсутствовать, то при травлении вместе с оксидами происходить частичное растворение металла, что нежелательно:

Ме + 2Н+ = Ме2+ + Н2

 

Травление черных металлов. Химический способ

Для травления черных металлов используют в основном растворы соляной и серной кислот. Скорость растворения в них оксидов зависит от концентрации и температуры раствора. До 5 %-й концентрации скорость растворения Fe3O4 в обеих кислотах почти одинаковая. При концентрации свыше 40 % окалина лучше растворяется в соляной, чем в серной кислоте. В серной кислоте окалина удаляется в значительной мере благодаря нарушению ее связи с металлом в результате подтравливания и разрыхления окалины выделяющимся водородом. Скорость травления в серной кислоте максимальна при 25 %-й концентрации.

При повышении температуры до 60 °С скорость травления возрастает в 10–15 раз, но и скорость протравливания тоже возрастает. Поэтому чаще применяют холодные растворы кислот, что оправдано и с экономической точки зрения.

В соляной кислоте удаление окалины преимущественно происходит за счет ее химического растворения. Повышение температуры не оказывает большого влияния на скорость травления в соляной кислоте.

Независимо от того, в какой кислоте происходит травление, оно сопровождается побочным растворением металла, которое сопровождается выделением водорода. Это, в свою очередь, приводит к наводораживанию металла, ухудшению его механических свойств – значительно повышается хрупкость металла, уменьшается вязкость, ухудшаются упругие характеристики. Особенно это влияние сказывается при использовании знакопеременных нагрузок.

При травлении в серной кислоте сильнее наводораживание, чем в соляной (при одинаковых концентрации и температуре).

Для устранения наводораживания проводят прогрев деталей при 200–250 °С в течение 2–3 часов. Обработку лучше проводить как можно быстрее, так как с течением времени десорбция водорода становить хуже. Однако полностью удалить сорбированный водород таким способом не удается. Поэтому необходимо применять меры по предотвращению наводораживания металла непосредственно в процессе травления.

С этой целью в травильные растворы вводят ингибиторы коррозии и наводораживания, которыми служат некоторые соли и органические соединения.

Например: добавка к серной кислоте небольшого количества хлористого натрия увеличивает скорость растворения окалины и тормозит процесс наводораживания металла. Ионы брома и йода, добавленные к кислотам, способствуют пассивации железа и замедляют его растворение.

Наиболее сильное ингибирующее действие оказывают органические соединения – смолы, алифатические амины, производные ароматических и гетероциклических соединений, спирты, сульфитные щелока. Предполагается, что торможение процесса растворения металла происходит в результате адсорбции ингибитора на его поверхности. Широко распространен ингибитор уротропин, катапин. Он подходит и для серной, и для соляной кислот.

Концентрации ингибиторов – единицы г/л. повышение их концентрации приводит к ухудшению сцепления покрытий с основой. Причиной снижения прочности сцепления, по-видимому, является то, что на поверхности металла остается адсорбированный слой ингибитора, который плохо смывается водой.

Поэтому при подготовке поверхности следует принимать меры для удаления такого слоя: качественная промывка, активация поверхности.

Помимо серной и соляной кислот для травления черных металлов используют фосфорную и плавиковую кислоты. Первую применяют, главным образом, при подготовке деталей перед нанесением ЛКП. Для удаления тонкого оксидного слоя применяют 2 %-ю фосфорную кислоту, нагретую до 70–80 °С. После обработки в кислоте детали сушат без промывки. На поверхности металла образуется слой фосфатов, который служит грунтом под ЛКП.

Для удаления значительного слоя окалины используют 15 %-й раствор фосфорной кислоты при 40-50 °С. Изделия промывают водой и обрабатывают в 0,5-1 %-м растворе фосфорной кислоты, сушат без промывки как и в предыдущем случае.

Плавиковая кислота – одна из немногих кислот, способных растворять кремнезем, который может остаться на поверхности деталей, изготавливаемых литьем. Поэтому ее применяют в качестве добавки в кислые растворы для травления отливок. При обработке чугуна применяют 2 %-й раствор плавиковой кислоты или смесь, содержащую 1 часть плавиковой и 3 части серной кислоты.

Для безкислотного травления используют расплавленную едкую щелочь, в которую добавляют 1–2 % гидрида натрия. Оксиды железа, никеля, меди, кобальта восстанавливаются гидридом натрия до металла, а трехокись хрома – до закиси. На очищаемую поверхность металла рабочая среда не оказывает влияния, и наводораживание стали не происходит. Этот процесс наиболее эффективен при обработке точных стальных изделий, деталей из коррозионностойких сталей, быстрорезов, чугуна.

 

Электрохимический метод

Для электролитического травления применяют растворы кислот или расплав щелочи. Процесс можно вести при постоянном или переменном токе, на катоде или аноде.

Чаще используют серную кислоту, реже соляную. При обработке сильно окисленной поверхности в раствор кислот можно вводить хлористое железо, т.к. благодаря деполязующему действию ионов железа не происходит пассивация поверхности металла.

В процессе катодной обработки происходит восстановление пленки окислов. При анодном травлении в результате химического и электрохимического растворения металла нарушается связь окислов с основой. В обоих случаях выделяющийся на электродах газ интенсифицирует процесс разрушения и отрыва пленки от металла.

Катодное травление не сопровождается растворением металла. Его целесообразно применять для полированных деталей или для удаления тонких оксидных пленок. Но выделяющийся на катоде водород приводит к наводораживанию поверхности. Но при катодном травлении стали сорбируется меньше водорода, чем при химическом. Можно применять реверс тока.

В качестве анода используют кремнистый чугун или сплав свинца с 10–15 % сурьмы. Одновременно с чугуном на анодную штангу надо завешивать и свинец (2–3 % по площади). При электролизе на очищенной от окалины поверхности деталей будет осаждаться слой свинца, который защищает металл от наводораживания. Свинцовая пленка удаляется анодной обработкой в растворе едкого натра (80 г/л) и фосфорнокислого натра (30 г/л) при температуре 50–60 °С, плотности тока 5–7 А/дм2.

При анодном травлении может происходить улучшение свойств металла за счет удаления поверхностного слоя, обогащенного внутренними дефектами и напряжениями. Но неравномерность процесса растворения поверхности может привести к перетравливанию и изменению размеров деталей.

Электрохимический метод по сравнению с химическим позволяет обрабатывать стали различного состава, в том числе и легированные, трудно поддающиеся химическому травлению. Недостатки: это расход электроэнергии, плохая электропроводность, низкая РС.

Травление стальных деталей часто сопровождается выделением на их поверхности шлама, который не растворяется в серной и соляной кислотах. Для его снятия применяют химическую обработку при комнатной температуре в смеси серной и азотной кислот, взятых в соотношении 1:1, или в растворе, содержащем (г/л): серную кислоту 30–40, хромовый ангидрид 70–80, хлористый натрий 2–4.

Хорошие результаты достигаются при анодной обработке при плотности тока 5–10 А/дм2 в горячем растворе едкого натра 80–100 г/л.

 






Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...

Индивидуальные и групповые автопоилки: для животных. Схемы и конструкции...

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)...

Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства...





© cyberpedia.su 2017-2020 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав

0.01 с.