Нанесение рисунка
Если вы рассматриваете способ в качестве художественной задумки при желании декорировать нож или иной элемент с помощью травления металла в домашних условиях солью, то необходимо защитить, изолировать определенные участки. Можно даже добиться полутонов, тогда одни защитные пленки нужно оставить на весь период, а другие – снимать по мере вытравливания основного фона. Рассмотрим, какими подручными способами можно обезопасить зону узора.
Лак для ногтей
Из достоинств – простота нанесения и доступность, его легко найти в косметичке супруги или купить за копеечную сумму. Но есть минусы:
- слишком тонкие линии сделать трудно из-зf высокой вязкости;
- сложно аккуратно стереть нечаянно нарисованные элементы;
- требуется художественный навык.
Грунтовка или битумный лак
Так как сделать травление рисунка на металле своими руками без трафарета непросто, то самый легкий метод – полностью загрунтовать поверхность, а потом острой частью прочертить узор, убрав излишки. Не слишком надавливайте, рискуете поцарапать сталь.
Глянцевая бумага
Есть специальный материал для творчества, но подойдет и лист из журнала. На нем следует на струйном принтере напечатать узор в зеркальном отображении. Затем свеженапечатанный рисунок нужно прикрепить к обрабатываемой площади и проутюжить утюгом. После остывания смочите место теплой водой и уберите бумагу – след переведется.
Способы обработки нержавеющей стали: наиболее востребованные варианты
Обработка нержавейки, которая может выполняться с использованием различных методик и технологий, позволяет не только наделить изделия из данного металла требуемыми параметрами и качественными характеристиками, но и придать их поверхности привлекательный внешний вид. Правильно подбирая и используя различные методы обработки, из нержавеющих стальных сплавов производят изделия различного назначения, которые полностью отвечают предъявляемым к ним требованиям. Механическая обработка нержавейки элетроинструментом позволяет быстро убрать с поверхности шероховатости
Возможно, вам также будет интересно
Одним из традиционных методов обеспечения влагозащиты изделий уже более полувека является заливка полостей герметиками и компаундами. Влага, попадающая в электронные узлы в виде капель, струй или влажного воздуха, становится как причиной немедленных отказов, так и ускорения коррозионных процессов. Еще более разрушительное действие могут оказывать топливо, кислоты или кислые газы. Поэтому такая заливка должна обладать высокой
Постоянная миниатюризация и рост сложности печатных плат влечет за собой уменьшение диаметра металлизируемых отверстий при увеличении толщины печатных плат. Уплотнение рисунка схемы приводит к увеличению количества слоев МПП и снижению ширины проводников. Увеличение отношения толщины печатных плат к диаметру металлизируемых отверстий обязывает поставщиков технологических процессов совершенствовать процессы металлизации печатных плат для обеспечения постоянно высокого качества и надежности производства.
Что понадобится для работы?
Как утверждают мастера, чернить алюминий данным способом можно дома. Однако прежде нужно обзавестись необходимым оборудованием и материалами. В первую очередь готовят источник электрического тока. Для этой цели вполне подойдет батарейка КБС-Л, рассчитанная на 4,5 вольт. Некоторые умельцы рекомендуют 9-вольтовые батарейки «Крона». Можно также воспользоваться автомобильным аккумулятором или маломощным выпрямителем на 12 вольт.
Чтобы была возможность регулировать и плавно остановить процесс, понадобится реостат. Раствор электролита будет содержаться в нейтральной стеклянной емкости или пластиковой широкой посудине. Подвести ток к раствору можно будет посредством анодов.
Получение алюминия электролизом
Электролитическое восстановление окиси алюминия, растворенной в расплаве на основе криолита, осуществляется при 950-970 °С в электролизере. Электролизер состоит из футерованной углеродистыми блоками ванны, к подине которой подводится электрический ток. Выделившийся на подине, служащей катодом, жидкий алюминий тяжелее расплава соли электролита, поэтому собирается на угольном основании, откуда его периодически откачивают (рисунок 4). Сверху в электролит погружены угольные аноды, которые сгорают в атмосфере выделяющегося из окиси алюминия кислорода, выделяя окись углерода (CO) или двуокись углерода (CO2). На практике находят применение два типа анодов:
- самообжигающиеся аноды Зедерберга, состоящие из брикетов, так называемых «хлебов» массы Зедерберга (малозольный уголь с 25 – 35 % каменноугольного пека), набитых в алюминиевую оболочку; под действием высокой температуры анодная масса обжигается (спекается);
- обожженные, или «непрерывные», аноды из больших угольных блоков (например, 1900 × 600 × 500 мм массой около 1,1 т).
Рисунок 4 – Схема электролизера
Сила тока на электролизерах составляет 150 000 А. Они включаются в сеть последовательно, т. е. получается система (серия) – длинный ряд электролизеров.
Рабочее напряжение на ванне, составляющее 4 – 5 В, значительно выше напряжения, при котором происходит разложение окиси алюминия, поскольку в процессе работы неизбежны потери напряжения в различных частях системы. Баланс сырья и энергии при получении 1 т алюминия представлен на рисунке 5.
Рисунок 5 – Баланс сырья и энергии при получении 1 т алюминия
Вреакционном сосуде окись алюминия превращается сначала в хлорид алюминия. Затем в плотно изолированной ванне происходит электролиз AlCl3, растворенного в расплаве солей KCl, NaCl. Выделяющийся при этом хлор отсасывается и подается для вторичного использования; алюминий осаждается на катоде.
Преимуществами данного метода перед существующим электролизом жидкого криолитоглиноземного расплава (Al2O3, растворенная в криолите Na3AlF6) считают: экономию до 30 % энергии; возможность применения окиси алюминия, которая не годится для традиционного электролиза (например, Al2O3 с высоким содержанием кремния); замену дорогостоящего криолита более дешевыми солями; исчезновение опасности выделения фтора [7].
Что такое травление
Это технология удаления верхнего слоя с поверхности металлической детали. Технология применяется для очистки заготовок от окалины, ржавчины, окислов и снятия верхнего слоя металла. Используя этот способ, снимают верхний слой для поиска внутренних дефектов и изучения макроструктуры материала.
С помощью травления зачищают деталь и увеличивают адгезию поверхности. Это делают для последующего соединения металлической поверхности с другой заготовкой, перед нанесением краски, эмали, гальванического покрытия и других защитных покрытий.
Метод позволяет не только быстро очистить деталь, но и создать на металлической поверхности нужный рисунок. Этим методом вырезают на металлической поверхности тончайшие каналы и сложные изображения. Можно выполнять очистку габаритных деталей или проката. Глубина обработки регулируется с точностью до несколько микрон, что позволяет изготавливать сложные детали с небольшими пазами и другими сложными элементами.
Травление алюминия кислотой
Ввиду того, что в данном процессе применяются очень сильные кислоты, то прежде всего необходимо соблюдать повышенные меры предосторожности при работе с ними. Оператор должен надевать перчатки, маску, фартук
Важно, чтобы помещение, где происходит сам процесс, хорошо проветривалось. Не имея определенных навыков и без определенных средств защиты работать с кислотами не рекомендуется
Как уже отмечалось выше, изделие из алюминия помещается в емкость с кислотой. Наиболее часто при химическом травлении алюминия кислотой применяют следующие реагенты: соляная или серная кислоты. При взаимодействии их с металлом выделяется водород. Внешне это выглядит следующим образом: поверхность изделия покрывается мелкими пузырями. Но, в принципе, это можно предотвратить, если заранее добавить в емкость специальный ингредиент. Таким образом металл будет защищен от пузырьков тончайшей пленкой.
Очень важный момент: все операции по травлению изделия из алюминия кислотой необходимо выполнять интенсивно, чтобы сама поверхность металла осталась целостной.
Описываемый способ рекомендуется проводить в емкостях из дерева или бетона. При этом внутренняя поверхность ее должна быть облицована кислотоупорной плиткой, чтобы не разъедались стенки емкости.
Такой метод применяется на практике не очень часто.
Дальнейшие процессы, происходящие при травлении щелочью
Во время данного процесса постепенно количество едкого натра становится меньше. И таким образом уменьшается и скорость самого протекания процесса, но повышается вязкость.
При условии, что в емкость совсем не добавлялось едкого натра, реакция может очень сильно замедлиться. Но в итоге коричневатый или чистый раствор для травления алюминия становится белым.
И с этого момента скорость процесса повышается.
В результате реакции в осадок выпадает гидрат окиси алюминия, который выглядит как суспензия. А также выделяется едкий натр, который также необходим, чтобы процесс травления продолжался.
Травление алюминия кислотой
Ввиду того, что в данном процессе применяются очень сильные кислоты, то прежде всего необходимо соблюдать повышенные меры предосторожности при работе с ними. Оператор должен надевать перчатки, маску, фартук
Важно, чтобы помещение, где происходит сам процесс, хорошо проветривалось. Не имея определенных навыков и без определенных средств защиты работать с кислотами не рекомендуется
Как уже отмечалось выше, изделие из алюминия помещается в емкость с кислотой. Наиболее часто при химическом травлении алюминия кислотой применяют следующие реагенты: соляная или серная кислоты. При взаимодействии их с металлом выделяется водород. Внешне это выглядит следующим образом: поверхность изделия покрывается мелкими пузырями. Но, в принципе, это можно предотвратить, если заранее добавить в емкость специальный ингредиент. Таким образом металл будет защищен от пузырьков тончайшей пленкой.
Очень важный момент: все операции по травлению изделия из алюминия кислотой необходимо выполнять интенсивно, чтобы сама поверхность металла осталась целостной.
Описываемый способ рекомендуется проводить в емкостях из дерева или бетона. При этом внутренняя поверхность ее должна быть облицована кислотоупорной плиткой, чтобы не разъедались стенки емкости.
Такой метод применяется на практике не очень часто.
Виды травления
Травление металлов вообще и алюминия в частности бывает двух основных видов: химическое и гальваническое. Последним методом осуществляют как раз художественное.
При химическом: изделие кладется в емкость, в которую предварительно налит раствор соляной или серной кислоты. Таким же способом осуществляется травление алюминиевой заготовки щелочью, например едким натром.
А гальваническое (иначе — электролитическое или электрохимическое) происходит благодаря электрической батарее. Сам процесс осуществляется в специальной ванне, где есть анод и катод.
Далее будет рассмотрен каждый из способов травления алюминия более подробно. Также выясним, какой метод наиболее безопасный в домашних условиях.
Травление стали
В основном такую обработку используют для удаления окалины и различных окислов. Данная процедура требует тщательного соблюдения технологии, так как перетравливание основного металла нежелательно. В процессе применяют как химический способ, так и электролитные ванны. Для приготовления растворов используется соляная, серная кислоты. Все детали требуют тщательного обезжиривания поверхности. Даже небольшой отпечаток пальца способен испортить заготовку. В качестве защитного покрытия применяют лак на основе канифоли, скипидара, гудрона
Однако стоит помнить, что составляющие – огнеопасные вещества, поэтому приготовление лака требует большой концентрации внимания и осторожности. После того как завершилась обработка металла, происходит непосредственно сам процесс травления
По его окончании деталь необходимо очистить от лака.
Суть метода
Травление металлов предусматривает тщательную обработку поверхности. На изделие наносится защитное покрытие, которое стирают в месте рисунка. Затем используют или кислоты, или ванну с электролитом. Незащищенные места разрушаются. Чем больше время выдержки, тем глубже происходит травление металлов. Рисунок становится более выразительным и четким. Существуют различные способы получения гравюры (надписи): может протравливаться непосредственно само изображение или же фон. Зачастую такие процессы комбинируются. Также используют и многослойное протравливание.
Травление цветных металлов
Медь и сплавы на ее основе протравливаются с помощью серной, соляной, фосфорной или азотной кислот. Процесс ускоряют растворы хроматов или нитратов. Первая стадия – это удаление окалины, затем происходит непосредственно травление латуни. Алюминий (и его сплавы) травятся в растворе едкой щелочи. Для литейных сплавов используют азотную и плавиковую кислоты. Заготовки с точечной сваркой обрабатываются фосфорной кислотой. Титановые сплавы протравливаются также в два этапа. Сначала – в едкой щелочи, потом в растворе серной, плавиковой, азотной кислот. Травление титана используется для удаления окисной пленки перед нанесением гальванических покрытий. Молибден обрабатывают раствором на основе едкого натрия и перекиси водорода. Кроме того, травление металлов (например, таких как никель, вольфрам) производится с помощью воды, перекиси водорода и муравьиной кислоты.
↑ Проявляем
Далее — проявка. Готовим раствор для проявки из: банка стеклянная хозяйственная 0,5 л — 1 шт, сода кальцинированная (не пищевая) — 0,5 чайной ложки, вода из-под крана горячая — 0,5 л (полная банка) . Помешиваем раствор до полного растворения соды. Потом берем не очень жесткую щетку для одежды, почаще макаем ее в раствор и елозим почти без прижима по фоторезисту. Незасвеченный фоторезист постепенно смывается и получается вот такая картинка:
Рис. 9. Проявленный фоторезист.
Особенности этого способа
Применяемые растворы содержат от четырех до десяти процентов натра. Температура при травлении щелочью составляет примерно 40-90 градусов по Цельсию.
При необходимости, чтобы получить легкое пенистое покрытие на заготовке, применяется увлажняющее средство или специальная добавка.
Средняя температура в разгаре процесса – шестьдесят градусов. Именно при таких тепловых показателях происходит качественная очистка поверхности.
Оптимальные показатели чистоты алюминия — 99.5%, а концентрация раствора едкого натра — 10, 15, или 20% .
Таким образом, во время реакции алюминий растворяется в едком натре, при этом выделяется водород. В результате формируется составной алюминат, и существует он только в растворе щелочи.
Результаты при рассматриваемом способе
Экспериментально зафиксировано, что раствор едкого натра при интенсивном его применении в процессе травления начинает «поглощать» алюминий. И происходит это до тех пор, пока количество едкого натра не уменьшится до одной четвертой части от изначального объема. А уже после этого процесс продолжится свободным едким натром, колеблющимся в своем количестве. А это, в свою очередь, зависит от температуры, частоты использования и интенсивности остановок (пауз).
В этом случае гидрат медленно опустится в осадок или образует кристаллики на дне и/или по бокам емкости. Полученный гидрат будет достаточно плотным, и удалить его будет непросто. Иногда он так и норовит осесть прямо на поверхности нагревательных катушек.
Есть еще один важный момент, который касается содержания алюминия. Во время травления изделий из данного металла в едком натре необходимо четко соблюдать соотношение количества алюминия и натра. Потому что чем больше будет алюминия, тем медленнее будет происходить сам процесс. С точки зрения практики становится понятным, что необходимо постоянно увеличивать количество едкого натра по мере увеличения количества алюминия в емкости.
Таким образом, процесс травления алюминия щелочью можно продолжать постоянно. А потери едкого натра будут происходить только из-за уноса его с паром.
Этот метод реально применим с точки зрения практики. Но есть несколько нюансов, о которых не стоит забывать: время от времени удалять затвердевший осадок гидрата; чистить фильтр; помнить, что емкость, в которой осуществляется процесс, при постоянном ее использовании может служить не более двух лет.
А в остальном каких-либо осложнений касательно применения данного способа не было выявлено.
Итого, после химического травления алюминиевой заготовки необходимо ее поверхность тщательно промыть, нейтрализовать и осветлить с помощью 15-20%-го раствора азотной кислоты. Этот процесс называется декапированием.
↑ Идея
У фрезеровщика были заказаны кнопки из алюминия. Куплен корпус в магазине. И тут встал вопрос как сделать нестираемые надписи на кнопках и корпусе. Пробовал нацарапать и залить краской. Вышло полное «фэээ»! Можно выгравировать! Так дремеля у меня нету, а искать по знакомым влом. Лень, друзья мои, мощнейший двигатель прогресса. После недолгих размышлений вспомнил, что когда-то случайно капнул на алюминиевый радиатор хлорным железом. Пока стёр каплю, осталось пятно на радиаторе и небольшое углубление. Ага…
А если сделать трафарет из фоторезиста, а потом протравить? Подопытным кроликом выступил кусок дюралевой пластины. Все получилось на ура!
Травление алюминия щелочью
Чаще всего при данном способе применяется водный раствор едкого натра (возможен вариант с добавками или без них).
А используется он для того, чтобы очистить поверхность алюминиевого изделия от оксида или ненужной смазки и получить более гладкую (матовую или глянцевую) поверхность.
Для чего вообще необходимо так тщательно очищать? Для того, чтобы готовое изделие (например, декоративные архитектурные элементы, таблички) имело идеальную поверхность. А также данный способ применяется для глубокой гравировки.
Метод травления щелочью алюминия, с одной стороны, является достаточно недорогим, но он очень трудоемкий.
Белый травильный налет
Описание дефекта
Белый травильный налет проявляется как неоднородный белый слой на алюминиевых профилях из сплавов серии 6ххх после их щелочного травления. Белый слой возникает в результате неоднородного травления алюминия в растворах каустической соды из-за присутствия пленки из MgO/Al2O3 на алюминиевых профилях из сплава 6063 при закалке их на воздухе.
Оксид магния трудно растворяется в растворах каустической соды, и поэтому на поверхности алюминиевого профиля возникают участки повышенной шероховатости, которые хорошо рассеивают видимый свет и дают поверхности белый цвет.
На рисунке 2 показан такой дефект на профиле из алюминиевого сплава 6063. Темные пятна представляют собой места, где пленка оксида магния была удалена при внутризаводских перемещениях профиля и на которых после определенного времени образовалась еще и «пальцевая» коррозия.
Рисунок 2
Предотвращение дефекта:
- Обработка алюминиевых профилей в горячем нейтральном обезжиривающем (нетравящем) растворе или
- Обработка алюминиевых в осветляющем кислотном растворе перед щелочным травлением. В обоих случаях образование дефекта предотвращается за счет удаления слоя оксида магния.
Описание процесса
Смысл реакции протравки алюминия в том, чтобы снять тонкий слой металла с поверхности. В промышленности таким образом избавляются от трещин, сколов, царапин и оксидной пленки на поверхности. Процедура помогает подготовить металл к дальнейшей обработке.
Если речь идет о химическом травлении, то алюминий растворяется кислотой или восстанавливается в щелочь. Время выдержки металла зависит от раствора и всегда строго нормировано. Если не соблюсти время реакции, то раствор снимет слишком большое количество металла. В рамках промышленной отрасли потери в несколько грамм на реакцию способны перерасти в общие потери в размерах десятков и сотен тонн.
Если речь идет о художественной травке, то для неё чаще используется электролитический способ, который подразумевает восстановление алюминия в растворе электролита. Для того, чтобы создать на поверхности металл надпись, его сначала покрывают защитным составом или пленкой. Обязательным условием является плотное прилегание пленки к поверхности металла Следующим шагом на пленке или составе выполняют отверстие в форме будущей гравировки. В результате электрохимической реакции раствор собирает металл исключительно с будущей надписи. Время реакции для художественной травки алюминия так же ограниченно, слишком глубокая гравировка может порезать пальцы.
Как в условиях домашнего творчества, так и в промышленности обязательно использование защитных средств. Если речь идет о химическом процессе, то обязательны следующие средства индивидуальной защиты:
- Толстые резиновые перчатки.
- Респиратор с защитной планкой для глаз.
- Фартук.
Так же стоит помнить, что ванночки под кислоту изготавливают из дерева или бетона, служба одной ванночки не превышает 2 лет вне зависимости от активности использования. Раствор для травления алюминия
Травку химическим путем может осуществляться в следующих растворах:
Хлорное железо. Травление алюминия в хлорном железе подразумевает активный процесс выделения металла в кислоту и его осаждение в месте травления. Это значит, что место гравировки придется постоянно чистить, чтобы освободить его для дальнейшей реакции. Поэтому в промышленных условиях хлоридное железо для травления используется очень редко. Но для домашних условий раствор вполне подходит. Травление стоит производить из условий 0,1 мм в минуту. Достаточно эстетично смотрятся гравюры глубиной 0,5 мм, залитые краской. Каустическая сода. Травление алюминия каустической содой подразумевает использование бытовой химии. Наиболее подходящим является сухая вариация средства против канализационных засоров «Крот». Стандартный пакет средства заливается граненные стаканом теплой воды и производится травление. Для красивой гравюры или отчистки поверхности металла хватит 3-4 минут реакции
Обратите внимание, что реакция происходит с выделением вредного газа, поэтому должно проводиться в хорошо проветриваемом помещении. Оптимальная температура раствора 70-80 градусов. Ортофосфорная кислота
Травление алюминия ортофосфорной кислотой подразумевает использование 10-20 % ортофосфорной кислоты. Для реакциии раствор подогревают до 40-50 градусов. В зависимости от изначального состояния металла на реакцию требуется от 40 секунд до 2- 3 минут. Использование щелочей, ортофосфорной и соляной кислоты недопустимо в электротехнике. Если в будущем планируется использовать алюминиевую деталь для использования в электродеталях или самодельных радиосборках лучше использовать другую смесь для травления. Азотной. Травление азотной кислотой непригодно для использования в художественной гравировке. Используется азотная кислота, как правило, после щелочи или для подготовки поверхности перед покраской. В результате травления металла в щелочи на поверхности образуется темный слой металлического шлама, который образуется в результате восстановления металла в объем щелочного раствора. Для того, чтобы придать изделию эстетичный вид используется 15-20% раствор азотной кислоты. Оптимально травление при комнатной температуре раствора. На всю реакцию достаточно 2-5 минут.
Как говорилось ранее, на поверхности алюминия образуется оксидная пленка. Большая часть химических растворов используется для так называемого осветления поверхности металла. Иначе говоря, чтобы убрать шлам от прошлых манипуляций или подготовить металл к будущей обработке.
Для домашнего травления можно использовать кислоты. Но для художественной гравировки лучше использовать электролитический способ. Так же, при использовании кислот стоит учитывать требования к проветриванию помещения.
Метод чернения алюминия хлорным железом
Мне нужно было зачернить пару дюралевых колечек для макромеха и пару алюминиевых переходничков. Для такого небольшого количества деталей достаточно 15-20 грамм хлорного железа.
Хлорное железо в посуде для приготовления раствора
Вначале нужно развести его с небольшим количеством воды. На такое маленькое количество железа, воды нужно совсем немножко. Важно, чтобы в результате получилась густая смесь. чтобы она не растекалась а намазывалась на поверхность. Я делал на глаз — чем гуще раствор, тем лучше.
Пока раствор “настаивается” подготавливаем наши детали к чернению. Очищаем их от возможной грязи и пыли и обезжириваем. Я просто помыл их с мылом под краном, этого было достаточно.
Теперь, когда раствор готов, берем какую-то палочку. например для чистки ушей с ваткой на кончике. и аккуратно намазываем внутренние поверхности переходника. Я чернил только их, предпочитая оставить снаружи их блестящими. Следите, чтобы раствор оставался на поверхностях, а не стекал.
Деталь с намазанным раствором хлорного железа
В моем случае алюминиевые детали почернели через 7-10 минут. Дюраль темнела чуть дольше, может минут 20, точно время не засекал.
Дюралевое колечко потемнело
В результате поверхность стала темно-серая, матовая. Не бликует, что и требовалось получить.
Если результат вас не удовлетворил, можно промыть детали и пройтись еще раз оставшимся раствором. Я так и сделал с дюралью, сталью и латунью, в надежде что получится лучше.
Дюраль стала выглядеть заметно лучше, сталь и латунь остались такими же. Можно также оставить их намазанными на более длительное время.
После достижения чернения детали можно промыть проточной водой и высушить. Далее ими можно пользоваться.
Поверхность того же колечка после помывки и сушки. Чернением доволен.
После того, как я зачернил кольцо для макромеха, которое изначально блестело, контраст на фотографиях намного улучшился, особенно это стало заметно снимая черные детали с длинными выдержками.
Еще одна алюминивая деталь, зачерненая по тому же методу
А вот что случилось с латунью Она вообще не потенмнела, но стала матовой и немного поменяла цвет
Вот такой, относительно простой и качественный метод чернения. Надеюсь что будет полезен не только мне, но и другим энтузиастам.
Наиболее часто используемым средством для травления алюминия является водный раствор едкого натра с или без добавок. Он используется для общей очистки в тех случаях, когда необходимо произвести удаление оксида, смазки или субповерхностного детрита с большей продолжительностью травления для получения глянцевого или матового покрытия. Это используется при производстве именных табличек или декоративных архитектурных элементов, для глубокой гравировки или химического травления. Данный метод травления является достаточно дешевым, однако он в то же время может стать слишком сложным для исполнения.
Растворы для декоративного травления могут содержать от 4-10% и более едкого натра, рабочая температура будет составлять 40-90ºС, при этом может так же возникнуть необходимость в использовании увлажняющего средства для рассеяния смазки и для получения легкого пенного покрытия, а так же в использовании других добавок. Нормальная рабочая температура для очистки и декоративной обработки составляет 60ºС. На рисунке дана скорость удаления металла при различной концентрации и температуре при 5-минутном травлении 99.5% листового алюминия. Эти кривые применимы для свежеприготовленного раствору, при этом меньшие значения относятся к периоду после погружения алюминия в раствор. Сприндж и Швал опубликовали данные касающиеся скорости травления листового алюминия, имеющего чистоту 99.5% и экструзии 6063 в растворах едкого натра с концентрацией 10, 15, 20% при температуре от 40 до 70ºС. Чатерджи и Томас так же провели подробно исследование травления едким натром экструзии 6063 и листов 5005, 3013.
Скорость травления 99.5% алюминия в едком натре.
Алюминий растворяется в едком натре с выделением водорода и формированием составного алюмината, который существует только в щелочном растворе. Происходящая в этом случае реакция может быть записана двумя способами:
Количество свободного едкого натра уменьшается по мере протекания реакции, вместе с этим уменьшается и скорость травления, электрическая проводимость уменьшается, а вязкость растет. Если к ванне вообще не добавляется едкий натр, то реакция протекает очень медленно, однако, в конечном счете, чистый или коричневатый раствор приобретает молочно-белую окраску, начиная с этого момента скорость травления снова начинает возрастать, и растет до значения, немного меньшего, чем начальная скорость травления. Наблюдаемую на этой стадии реакция можно записать следующим образом:
Формируемый гидрат окиси алюминия или Гибсайт имеет форму суспензии, при этом в ходе реакции так же происходит выделение едкого натра, столь необходимого для продолжения травления.
Ионная структура алюмината в растворах, имеющих высокий уровень рН является достаточно сложных вопросом, к счастью оператора эта проблема фактически не касается. Муленар, Эванс и МакКивер провели исследование инфракрасного спектра и спектра комбинационного рассеяния для растворов алюмината натрия в воде и оксиде дейтерия (тяжелая вода), так же они изучали спектр ядерного резонанса для Na и Al. Для концентрации алюминия ниже 1.5М они вывели 4 вибрационные зоны, две из которых были инфракрасно активными при 950 и 725 см-1, а так же 3 зоны комбинационного рассеяния, активные при 725, 625 и 325 см-1. Для алюминия так же существовала тонкая резонансная линия. Все эти факты достаточно легко соотнести с существованием тетраэдрального Al(OH)4-, который является основным носителем алюминия в растворе.
При превышении концентрации алюминия 1.5М, новая вибрационная зона появляется при 900 см-1 для инфракрасной зоны и зоны комбинационного рассеяния при 705 и 540 см-1, в то время как зона ядерного резонанса для алюминия будет значительно расширена без смены положения. Все эти наблюдения можно объяснить с точки зрения конденсации Al(OH)4-, с увеличением концентрации и формированием Al2O(OH)62-, причем в растворах 6М алюмината натрия эти две формы сосуществуют параллельно. Было установлено, что раствор едкого натра при его непрерывном использовании будет поглощать алюминий до тех пор, пока объем свободного едкого натра не сократиться до приблизительно одной четверти от оригинального объема, после чего будет продолжаться травление свободным едким натром, колеблющимся приблизительно на том же уровне с амплитудой, которая зависит от температуры, интенсивности использования и периода паузы. Гидрат в этом случае медленно осядет или кристаллизуется на дне и по бокам резервуара с формированием очень твердого гидрата, который очень трудно поддается удалению, при этом он, к сожалению, стремится осесть на поверхности нагревательных катушек. Здесь мы наблюдаем третью реакцию, т.е. реакцию дегидрирования гидроксида алюминия с формированием окиси алюминия:
Природа данной трансформации показана на рис. 4-10, где различное количество алюминия растворяются в 5% (вес) растворе едкого натра, а измерения проводятся на свободном едком натре сразу после каждого его добавления, а так же по прошествии трех недель. Вплоть до 15 г/л алюминия остается полностью в растворе без изменений количества свободного едкого натра, однако как только начинается осаждение окиси алюминия, которое происходит незадолго до появления свободно различимого осадка, свободный едкий натр восстанавливается до 4%, т.е. до 80% его начального значения. При продолжительном использовании это значения для подобного раствора может колебаться в диапазоне от 1 до 1.5%, иногда возрастая до 2.5%, в случае простоя, длящегося несколько часов. Подобное же соотношение соответствует и для более высокой концентрации едкого натра, причем эти значения фактически не зависят от температуры.
Влияние растворенного алюминия на свободный едкий натр.
Другим важным влиянием алюминия является то, что при увеличении содержания алюминия скорость травления падает, причем достаточно явно, это отражено на рисунке. На практике это означает, что при необходимости поддержания постоянной скорости травления, необходимо увеличивать содержание свободного едкого натра по мере увеличения количества алюминия в ванне.
Итоговая реакция в таком случае будет происходить между алюминием и водой с выделением водорода и алюминия. В теории травление может таким образом продолжаться бесконечно, при этом потери едкого натра будут происходить только в результате уноса. Данный метод работы с травильным резервуаром действительно применим на практике, однако надо помнить о необходимости периодического удаления твердого осадка гидрата. Согласно существующему на настоящий момент опыту при работе в подобном режиме срок службы резервуара может составлять до 2-х лет. Фильтрация растворов едкого натра оказалась не столь успешной, из-за того, что очень мелкий осадок имеет тенденцию очень быстро забивать фильтр, однако в остальном никаких проблем, связанных с применением данной методики, выявлено не было.
Скорость травления в гидроксиде натрия 50 г/л, нитрате натрия 40 г/л при 60ºС в зависимости от концентрации алюминия
.
Химический контроль раствора, применяемый перед выпадением осадка или в стабильном состоянии после выпадения осадка включает в себя определение общего количества натра и свободного едкого натра. Содержание последнего может быть вычислено с достаточной точностью для практического применения путем титрования с соляной кислотой, которое производится до тех пор, пока фенолфтолеиновый индикатор не теряет свою окраску. В качестве альтернативы можно так же предложить потенциометрическое титрование. Для восполнения потерь в результате уноса достаточно лишь поддерживать общее содержание едкого натра на фиксированном уровне, так как контролировать колебания свободного едкого натра в растворе не представляется возможным. Для точного определения, при котором в расчет так же принимаются карбонат и растворенный алюминий, применяется более сложный метод расчета, который приводится в таблице.
Одной из наиболее часто встречающихся проблем, касающихся травления с помощью едкого натра, является тенденция вызвать питтинг или «сжигание» части или всей детали, которое сопровождается увеличением скорости травления до 300%. Это обычно происходит в сильно загруженных растворах, которые используются настолько интенсивно, что не имеют возможности восстановления. В этом случае гидрат кристаллизуется на детали, что приводит к увеличению интенсивности локального травления, увеличению температуры и воздействию на границы зерен, которое обладает свойствами кислотного травления. Иногда достаточно тяжело избежать питтинга в растворах этого типа при попытке удаления анодной пленки. Если это происходит, то необходимо понизить температуру.
Таким образом, можно видеть, что, несмотря на кажущуюся простоту процесса травления, на практике может наблюдаться много конкурирующих реакций, которые необходимо осознавать для получения хорошего результата. Основными факторами, ответственными за травление, являются содержание в растворе свободного едкого натра, наличие и количество добавок в ванне, температура раствора, а так же содержание алюминия в растворе. Влияние состава раствора уже обсуждалось ранее, однако температура раствора оказывает сильное влияние на скорость травления. Обычно данный фактор легко поддается контролю, однако на практике из-за экзотермической природы данной реакции часто возникает необходимость в охлаждении травильных ванн, особенно когда они находятся в непрерывном использовании. Большинство травильных ванн используются при температуре от 55 до 65ºС, так как при более высоких температурах может наблюдаться загрязнение в результате травления при переносе, особенно это касается листовых материалов.
Научно-популярное , 3D-принтеры , Лазеры , Химия
Рассмотрим алюминий. На самом деле это довольно распространенный металл, на который хочется наносить гравировки. Например: брелоки, флэшки, корпусы для некоторых мобильных – все это изделия с алюминиевым покрытием.
Что мы знаем об алюминии – это металл, имеет температуру плавления около 600 градусов Цельсия, обладает высокой теплопроводностью и имеет чаще всего на своем покрытии оксид алюминия, у которого температура плавления больше 1000 градусов Цельсия. Все это делает процесс гравировки не простым, если речь идет о термообработке, но есть другой вариант. Будучи металлом он является проводником, а раз так, то процесс электролиза никто не отменял. Вот здесь и есть то самое решение, про которое мы расскажем! Иными словами этот процесс называется – травление алюминия
. В этом нет ничего сложного.
Итак, нам понадобится: — источник тока 9-12 вольт. — обыкновенная поваренная соль NaCl. — емкость из диэлектрика (пластиковая вполне подойдет). — гвоздь или любой железный предмет. — вода — образец из алюминия — и конечно, лазер !
Таким образом, решение может быть таковым: 1. Подготавливаем рисунок, который хотели бы нанести на алюминиевую поверхность.
Например, вот такой растровый рисунок.
2. Обезжириваем алюминиевую поверхность, чтобы не было воздушных пузырьков, и покрываем лентой, лаком, краской (на выбор).
3. Помещаем изделие из алюминия на наш 3Д принтер, и проводим процесс резки лазером (чтобы разрушить поверхностный слой и таким образом сделать открытые области).
5. Источник электрического тока делим на 2 провода «плюс» и «минус». 6. К минусу мы присоединяем железный предмет и опускаем его в водяной раствор. 7. К плюсу мы присоединяем наш предмет и опускаем его также в раствор. 8. Подаем питание на источник тока.
9. Пошел процесс электролиза (травления) в растворе. В зависимости от силы тока и концентрации раствора можно примерно прикинуть время нужное для травления. Обычно 3-5 минут.
10. Достаем изделие из раствора.
По факту стоит помнить про то, что изделие на которое нужно нанести гравировку перед помещением в раствор необходимо тщательно изолировать за исключением тех областей, где, собственно, и должна быть нанесена гравировка. Данный процесс можно проводить и дома и в небольшой мастерской. С такой технологией любой может стать мастером по гравировке на металле (на алюминии).
В нашем понимании – это очень практические и ценные знания. Пожалуйста, подписывайтесь на обновления Endurance! Гравировка это легко!
Гравировка алюминия в домашних условиях:
Демонстрация работы DIY лазерного гравера Endurance:
Простая лазерная гравировка:
Подробнее на сайте
EnduranceLasers.com, или EnduranceRobots.com а также по тел 8 916 225 4302 или скайп: George.fomitchev
Травлением называется процесс, при котором часть металла удаляется с поверхности химическим способом. Используется такой метод для окончательной обработки детали, при подготовке заготовки перед нанесением покрытия (гальванического), а также для создания всевозможных рисунков, орнаментов и надписей.
Травление нержавеющей стали
Травление нержавеющей стали – немаловажный процесс, который обеспечивает удаление верхнего слоя материала и восстановление первоначального состояния.
Суть в том, что после проведения определённых работ на поверхности нержавейки могут образоваться дефекты в виде сварных швов, оксидов и окалин, которые способны заметно подпортить внешний вид материала, а также ухудшить эксплуатационные и эстетические свойства. Отличительной чертой стали считается наличие оксидохромовой пленки, целью которой является защита верхнего слоя.
Именно из-за неё и возникают вышеперечисленные дефекты, которые с трудом вступают в связь с реагентами. В случае возникновения таких неприятностей можно исправить ситуацию, воспользовавшись специальной процедурой – травление нержавеющей стали.
Процедура травления нержавеющей стали
Химическая и электрохимическая обработка или травление считается одним из лучших способов очистки верхнего слоя нержавейки.
Данная процедура отлично очищает поверхность стали от сварных швов, устраняет деформации различного типа, а также способствует укреплению структуры сплава после термической обработки.
Кроме очистных свойств, процедура обеспечивает восстановление пассивного слоя стали, необходимого для защиты сплава от разрушения структуры при повышенных температурах.
В основном используются соляная либо серная кислоты, после чего в ход вступает смесь расплавленной щелочи.
Процесс очистки кислотой имеет две стадии: в первую очередь металл обрабатывается основным кислотным составом, а в заключении сплав выдерживается в ванне с раствором азотной кислоты.
Обрабатывая нержавейку, стоит строго соблюдать этапы технологического процесса. Емкость с раствором, в которую помещен сплав, должна обрабатывать лишь верхние слои металла, дополнительно устраняя имеющиеся повреждения. Не рекомендуется допускать изменение макроструктуры нержавеющей стали, так как железо может потерять свои первоначальные свойства.
Травление поверхности. Часть 2
Травление цветных металлов может проводиться как для окончательной отделки поверхности с последующим пассивированием (см. «Декоративные покрытия»), так и для подготовки к нанесению гальванических покрытий.
Медь и ее сплавы
Травление меди и ее сплавов проводят в растворах на основе серной, азотной, соляной или фосфорной кислот, в зависимости от способа изготовления изделия. Окалина большой толщины, образовавшаяся при прокатке или термообработки, хорошо поддается травлению концентрированной серной кислотой, при этом не подтравливается металл. Присутствие в растворе травления даже небольшого количества раствора нитратов или хроматов ускоряет процесс травления самого металла.
Поэтому травление деталей из медных сплавов осуществляют в две стадии: сначала удаляют окалину в растворе серной кислоты (200 – 250 г/л) при температуре 50 – 800С, а затем проводят травление в растворе из смеси серной и азотной кислот с добавкой хлоридов, сод. г/л:
Серная кислота 500 – 550
Азотная кислота 650 – 750
Натрий хлористый 5 – 10
Раствор предназначается для травления деталей из меди и латуни.
Более подробно процесс травления различных металлов представлен в нашем обучающем курсе.
Снятие термической окалины с бронзовых сплавов типа БрОФ, БрБ, можно вести при температуре 135 – 1450С травлением в растворе, содержащем 450 – 600 г/л едкого натра и 100 – 200 г/л азотнокислого натрия с последующей обработкой в течение 0,5 – 1 мин. в концентрированной соляной кислоте.
Предварительное травление термообработанной бериллиевой бронзы можно проводить в растворе серной кислоты (80 – 100 г/л) с добавлением в раствор бифторида аммония (30 – 50 г/л) при температуре 40 – 500С.
Алюминий и его сплавы
Травление алюминия и его сплавов ведут в растворе (5 – 10% ) едкой щелочи при температуре 20 – 400С, в который для уменьшения выделения газов, образующихся при травлении, добавляют раствор 0,5 г/л сульфанола НП-3, а для предотвращения образования плотного осадка аллюминатов, добавляют в раствор 2,5 – 3,5 г/л глюконата натрия.
