Травление металла

Травление металла — технология, известная человеку уже несколько тысячелетий и остающаяся актуальной и сегодня. Этот способ предусматривает обработку поверхности металла для глубокой очистки от различных загрязнений, ржавчины, окалины. Также он позволяет нанести на изделия из металла декоративные узоры, объемные надписи и изображения. Расскажем подробнее о травлении на производствах и о способах сделать это самостоятельно, в домашних условиях.

Что представляет собой травление металла?

Травление металла предусматривает глубокую очистку поверхности изделия путем удаления его наружного слоя. Для выполнения этой процедуры используют агрессивные вещества — кислоты, соли и щелочи. Происходящая химическая реакция позволяет избавиться от загрязнений, окислов, коррозии и других нежелательных следов.

Травление применяют на этапе подготовки деталей из металла к соединению и нанесению покрытия: эта процедура обеспечивает хорошее сцепление.

Для подобной обработки металлические изделия помещают в специальную техническую ванну с составом, разъедающим поверхность. Чем дольше они находятся в растворе, тем более выраженным будет эффект. Продолжительность процедуры зависит от того, насколько велик слой, подлежащий удалению (вытравливанию).

Возможности технологии

Травление металла востребовано в промышленной отрасли. На производствах применяют разные методы такой обработки, в зависимости от поставленной задачи.

Травление металла решает целый ряд задач:

• удаление окалины и ржавчины;
• разрушение оксидной пленки или оксидов, которые возникли после обработки металла под действием высоких температур;
• усиление адгезии поверхности с различными составами;
• подготовка металлических изделий к горячей оцинковке;
• выполнение химической полировки поверхности;
• выявление даже мельчайших очагов коррозии на деталях;
• создание рельефного рисунка или надписи на поверхности.

На производствах травление часто применяют при изготовлении мелких деталей и механизмов — например, для изготовления наручных часов и электроники. Это связано с тем, что данный метод обработки обеспечивает не только грубую зачистку, но и позволяет создать каналы с минимальной толщиной. Например, в электронике травление используют для изготовления дорожек на платах.

В авиационной отрасли химическое травление позволяет истончить металл в определенных местах, чтобы уменьшить общий вес готовой конструкции.

Разновидности

Есть три основных способа вытравливания металла.

Химическое

Такой метод подходит для обработки большинства видов металлов. Основные рабочие жидкости — серная, азотная или соляная кислота.

В процессе химического травления выделяется водород в больших объемах. Он оказывает вредное воздействие на металл, делая его структуру хрупкой. Чтобы устранить такое явление, в ванну, где происходит травление, добавляют специальные составы — замедлители. Они формируют защитную пленку на поверхностях, нивелируя отрицательное действие водорода.

Максимального эффекта можно достичь, последовательно воздействуя на поверхность серной и азотной кислотами. Металлические детали опускают в ванну, заполненную составом, и оставляют на необходимое время — оно зависит от того, какую задачу нужно выполнить.

Электролитическое

Еще одно название метода — гальваническое травление. Такое воздействие позволяет не только зачистить поверхности деталей, но и наносить узоры различной сложности, проделывать пазы без механического воздействия.

Процесс травления осуществляется в ванне, заполненной электролитом на основе кислоты или соли. Сюда помещают детали из металла и затем подают напряжение через электрическую цепь. Именно ток, пропускаемый через эту среду, становится основной силой процесса.

Травление бывает анодным и катодным. Тип зависит от того, какой заряд несет сама металлическая деталь: положительный или отрицательный.

Катодное травление выполняют, помещая заготовку в щелочь или кислоту. Роль катода выполняет заготовка, которая подвергается обработке, в качестве анода используется свинец. С помощью такого способа можно удалить окалину с углеродистых сталей с высокой степенью эффективности. Метод не подходит для деталей с небольшой толщиной стенок, так как агрессивное воздействие делает материал более хрупким.

Анодное травление проводится также с использованием соляного или кислотного раствора металла, который подвергается обработке. Функцию катода в этом случае выполняет медная или свинцовая заготовка. Такой метод травления особенно востребован в машиностроительной отрасли.

Электролитическая обработка занимает меньше времени по сравнению с химическим методом. Кроме того, для нее не нужны опасные едкие кислоты, несущие вред здоровью человека.

Ионно-плазменное травление

Эта технология принципиально отличается от двух других, описанных выше. Способ предусматривает воздействие на поверхность металла направленных потоков ионизированной плазмы, которая состоит из инертных газов. Такой метод еще называют сухим, так как на детали не влияют жидкости.

С помощью ионно-плазменного травления можно делать насечки на поверхности и пазы с минимальными размерами. Благодаря высокой точности способа метод активно применяется в микроэлектронике.

Чтобы добиться необходимого результата в обработке, важно правильно и точно рассчитать энергию ионного потока. Этот показатель зависит от поставленной задачи.

Основные растворы для травления металлов

Для травления металлов, в зависимости от вида, используют разные составы:

1. Серная (раствор 8–20 %) и соляная (раствор 10–20 %) кислота. С их помощью выполняют обработку углеродистых сталей. Сюда добавляют ингибиторы коррозии, чтобы предотвратить возможные негативные последствия химической реакции для обрабатываемой детали.
2. Комбинированный состав из соляной (12 %), серной (12 %) и азотной (1 %) кислоты. Он предназначен для травления жаропрочной и нержавеющей стали.
3. Раствор едкого натра (75–85 %) и азотнокислый натрий (20–25 %). Этот состав применяют, когда нужно удалить значительную массу окалины с нержавеющей стали.
4. Щелочь 10–20 %. Раствор предназначен для алюминия и сплавов из него. Щелочь позволяет убрать оксидную пленку с поверхностей. Обработку выполняют при температурном режиме от +50 до +80 °C на протяжении 2 минут и более.
5. Хромовая кислота, хлорид меди и железа. Эти составы предназначены для обработки меди и сплавов на ее основе.

Для титана и сплавов на его основе применяют сразу несколько составов, проводя многоступенчатую обработку. Для начала металл обрабатывают концентрированным раствором едкого натра, чтобы разрыхлить окалину. После этого с помощью серной, азотной или фтористоводородной кислоты разрыхленную массу снимают. В завершение процесса шлам удаляют соляной или азотной кислотой, добавив к ней немного фтористоводородной кислоты.

Возможно ли травление металла своими руками?

При желании травление металлических поверхностей можно выполнить и в домашних условиях. В таких случаях используют:

1. Хлорное железо. Его можно купить в отделах радиотоваров или химических товаров. Состав легко разводится водой (лучше всего брать жидкость, практически доведенную до кипения, — это ускорит процесс обработки металла).
2. Азотную кислоту. Это сильная неорганическая кислота, обращаться с которой нужно очень осторожно.
3. Раствор медного купороса. Порошок, разведенный в воде, является одним из самых безопасных составов среди всех перечисленных. Обработка занимает несколько часов, но процесс можно ускорить, поддерживая температуру состава на уровне 40 °C на протяжении всей реакции.

Также в домашних условиях можно выполнить электролитическое травление. Суть заключается в том, что диэлектрическую емкость наполняют раствором, приготовленным из воды и поваренной соли. Сюда кладут изделие, которое нужно протравить, и медную фольгу, выполняющую роль катода. После завершения обработки изделие промывают раствором соды — это нейтрализует остатки кислоты.

Особенности художественного травления металла

Художественное травление — это создание на поверхностях металлических изделий декоративных изображений с рельефом, узоров, надписей. Этот метод часто используют для отделки ювелирных изделий. Также он подходит для декоративной отделки оружия, ножей, литых и кованых изделий.

С помощью такого метода изготавливают:

• корпоративную и наградную продукцию;
• металлические таблички (офисные, фасадные);
• фирменные знаки и логотипы;
• предметы интерьера (картины, стеновые панели, панно);
• металлические печати и штампы.

Также художественное травление позволяет наносить фактуру и рельефный рисунок на поверхности, выполнять глубокую полировку и удалять слой, поврежденный в ходе предыдущей механической обработки.

Художественное травление используют при обработке сталей высокой прочности, устойчивых к гравировальным инструментам. Процедура выполняется химическим и гальваническим методом, особенности которых мы разбирали выше. Изделия погружают в специальные ванны, наполненные подходящим составом.

Чаще всего используют именно электрохимическое травление металлов для целей художественной обработки. Такую процедуру можно выполнить и своими руками.

Предварительно подготавливают поверхность изделия. Все загрязнения, участки коррозии, окалину убирают, затем протирают изделие и обрабатывают обезжиривающим составом (подойдет растворитель).

Следующий шаг — полировка: поверхность тщательно зачищают наждачной бумагой.

Для нанесения узора на металлическое изделие подготавливают стеклянную или пластиковую емкость, металлическую пластину толщиной 1–2 мм, источник питания на 5–12 В, провода для соединения электрического оборудования. Также понадобится обычная поваренная соль.

Пошаговая инструкция и рекомендации для тех, кто выполняет художественное травление в домашних условиях:

1. От подготовленной стальной пластины отрезают кусок прямоугольной формы, куда в дальнейшем будет нанесен рисунок.
2. Металлическую заготовку зашкуривают сначала наждачной бумагой с крупным зерном, затем — с мелким зерном, до блеска.
3. Поверхность заготовки обрабатывают спиртом или растворителем для обезжиривания. Также можно промыть ее горячей водой с мылом.
4. На лазерном принтере распечатывают желаемый рисунок и переносят на подготовленную металлическую заготовку. Если такой возможности нет, можно нанести эскиз на поверхность несмываемым маркером, также подойдет обычный лак для ногтей.
5. В емкость (не металлическую!) заливают воду и засыпают соль. Ее количество определяет скорость реакции: чем больше соли, тем быстрее произойдет травление. Вместе с тем нужно учитывать, что слишком высокая скорость реакции приведет к получению нечеткого и невыразительного рисунка.
6. В емкость также помещают катод (роль анода выполняет металлическая заготовка). В качестве катода подойдет любой металл (нужно взять небольшой кусочек). От его размеров зависит скорость процесса травления.
7. «Плюс» от источника питания подсоединяют к металлической заготовке, «минус» помещают в раствор из соли.

Затем блок питания включают, и начинается процесс обработки. Если все сделано правильно, от катода пойдут пузырьки. На ошибку укажут пузырьки, исходящие от металлической заготовки.

Через 30–40 минут с начала травления необходимо отключить питание и извлечь из раствора металлическую заготовку. На поверхности может быть темный налет — это нормально.

После этого налет удаляют, стирают остатки лака или следы маркера, если они использовались, и при необходимости повторно зашкуривают поверхность.

К химическому травлению для художественной обработки прибегают значительно реже.

Техника безопасности и условия при травлении металла

Составы, которые используют в процессе травления, отличаются высокой химической активностью. С ними нужно очень осторожно обращаться во избежание причинения вреда здоровью или создания угрозы жизни.

На предприятиях работники соблюдают ряд правил техники безопасности при выполнении травления металла, а в производственных помещениях устанавливаются и поддерживаются особые условия.

Основные нормы техники безопасности:

1. В помещениях, где выполняется травление, должна быть организована хорошо работающая вентиляция принудительного типа.
2. Работники, привлеченные к таким работам, обязательно должны надевать очки, респираторы, перчатки, спецодежду из плотных специальных материалов, фартук.
3. Кислотный раствор готовят, строго вливая кислоту в воду.
4. При контакте кислоты с кожными покровами важно сразу же нейтрализовать ее, используя раствор соды. Он должен быть всегда под рукой. При работе со щелочью ее нейтрализуют раствором уксусной кислоты слабой концентрации.
5. Если травление осуществляется электролитическим способом, до начала работ нужно тщательно проверить работоспособность электрооборудования, которое применяется для этого.
6. В помещении, где проводится травление, в свободном доступе должен находиться огнетушитель.

При попадании химических веществ на слизистые оболочки необходимо сразу же вызвать скорую помощь для оказания помощи пострадавшему.