Травление нержавеющей стали. Показания. Методы травления.

Нержавеющая сталь зачастую требует обработки поверхности для достижения необходимых эстетических или эксплуатационных свойств. Обработка дробеметными и пескоструйными аппаратами ограничена из-за высокой вероятности появления наклепа. Современное производство применяет травление нержавеющей стали, после предварительной термической или механической обработки. Сложность этого процесса, по сравнению с обычными черными, низколегированными сталями, объясняется наличием пленкой оксида хрома, выполняющей функцию защитного барьера. Именно она образует жесткую окалину, плохо взаимодействующую с реагентами. При технологических воздействиях могут возникнуть изменения цвета на поверхности. К ним относятся сварка, пайка, другие операции, связанные с высокими температурами. Цвета радужной побежалости можно избавиться при помощи травления. Для различных химических составов нержавеющей стали разработаны индивидуальные методы и составы для травления, учитывающие влияние элементов стали, для достижения максимального результата.

Преобладающими
способами травления нержавеющих сталей являются щелочное и кислотное, которое может интенсифицироваться электролизом или протекать без такового.

Травление кислотами

Максимальный эффект травления нержавеющей стали кислотами достигается при последовательном взаимодействии поверхности нержавеющей стали в ваннах с двумя типами кислот – серной и азотной. Очередность стадий следующая

1. Обезжиривание, удаление крупных зацепок, окалины
2. Травление в сернокислотной ванне (концентрация 10-12%) или сернокислотной ванне (8% серной кислоты, 4% соляной). При этом происходит разъедание окалины и шероховатостей на поверхности. Идеальная температура протекания процесса находится между 60 и 80 градусов Цельсия. Контроль этого параметра важен для управления процессом. Продолжительность обработки зависит от марки стали, наличия контролируемого соотношения, концентрации кислот. В случае истощения ванны возможны проявления точечной коррозии. Для примера, сталь с 18% Cr, 8% Ni требует от 23 до 45 минут травления в сернокислой ванне. Сокращения времени обработки в два раза можно добиться, если проводить эту операцию в среде контролируемой атмосферы.
3. Промывка в большом количестве проточной воды
4. Погружение обрабатываемой детали в ванну, наполненную раствором азотной кислоты и плавиковой (10 – 20, 1-2 весовых процентов, соответственно). При температуре ванны 60 – 70 градусов время обработки 7 – 15 минут.
5. Повторная промывка большим объемом водой

Представленный способ является базовым и имеет множество вариаций. Травление в одной азотнокислой ванне, с примесью кислоты плавиковой, увеличивает время травления до 30 минут. Заменителем плавиковой кислоты может выступать фтористый натрий. Увеличение концентрации плавиковой кислоты до 10% позволяет проводить процесс при низких температурных показателях, позволяя избежать предварительного опускания в серную кислоту.

Сокращение времени травления в серной кислоте можно добиться, добавив не более 5% хлористого натрия. Такой ход дает необходимый эффект за 15 минут, но при той же температуре, порядка 80 градусов Цельсия.

Будьте осторожны: если необходимо произвести процедуру, в помещении с недостаточной аспирацией, замените компоненты второго этапа травления. Кислоты выделяют вредные пары при травлении. Предлагается для замены раствор сернокислого железа (7%) и плавиковой кислоты (2%).

Для правильного выбора метода кислотного травления нужно знать, учитывать состояние окисной пленки на поверхности нержавеющей стали. Внешний вид может подсказать о составе пленки. Зеленый цвет окалины говорит о высоком содержании окислов хрома. Соответственно действие кислотных сред будет затруднено и потребует большего времени.

Механические способы и термообработка после сварки

Минимальная обработка — это удаление шлака и окалины методом шлифовки шва щеткой из нержавеющей стали. В некоторых случаях этого недостаточно, и необходима дополнительная химическая обработка. Очень распространена шлифовка мелкозернистой наждачной бумагой.

Травление изделия из нержавейки с помощью кислоты.

Механические способы — это обдувание песком, жидко-абразивная и гидропескоструйная очистка. Обязательное условие — минимум содержания железа в песке. После такой очистки идет пассирование поверхности.

Термообработка нержавейки подразделяется на несколько видов: закалка (максимальная температура и быстрое охлаждение), отжиг (нагревание металла и медленное охлаждение), нормализация (похожа на отжиг, разница в том, что охлаждение происходит на свежем воздухе, а не в печи), отпуск (проводится после закалки).

От правильного нагрева заготовки зависит итоговый результат и качество изделия. Под воздействием жара металл меняет свою структуру и свойства. При перегреве приобретает нежелательную крупнозернистую структуру. Следить за температурой нагрева необходимо очень внимательно. Например, пережог является браком, который уже не подлежит исправлению.

Химико-термическая обработка нержавейки — термическая обработка с нанесением различных элементов на поверхность (хром, алюминий, азот и др.)

Читать также: Что такое кинематическая схема станка

Травление готовыми пастами

Современная индустрия предлагает на рынке множество травильных паст для нержавеющей стали. Их основное назначение локальная обработка сварных швов, последствий изменения равномерности окраски поверхности под влиянием температурного воздействия. Принцип работы с такими пастами прост и может быть использован даже в мелких мастерских.

• Нанесение пасты толстым слоем до 2см., при помощи щетки
• Выдержка 60-90 минут
• Промывка струей воды

Применение паст целесообразно для обработки сварочных швов нержавеющих марок стали. Обработанный шов способен противостоять коррозии даже в условиях сырого помещения автомобильной мойки.

Полировка нержавеющей стали после сварочных работ

Следующим шагом в комплексе обработки, осуществляемой по отношению к области проведения сварочных работ, является полировка нержавейки после сварки. Следует отметить, что подобному процессу подвергается не только отдельные области изделия, но и вся поверхность изделия в целом, что гарантирует получение блеска окончательного вида.

Полировка обеспечивает еще больший уровень зачистки обрабатываемой поверхности за счет получения цельного и ровного участка, что впоследствии имеет результатом способность противостоять внешнему влиянию жидкостей агрессивного характера.

Поначалу область сварных швов подвергается воздействию диска с вулканитом, цель которого заключается в придании шву необходимой формы и глубины за счет формирования структуры вогнутого образца.

Следующим этапом принято считать нанесение специальной пасты, предназначенной для осуществления полировки. В большинстве случаев применяется паста ГОИ. Основная задача полировочного процесса состоит в достижении зеркальной поверхности с одномоментным отсутствием ранее присутствовавших матовых пятен.

Щелочное травление

Обработка поверхности нержавеющей стали расплавом каустической соды называется щелочным травлением. Следует отметить, что при этом процессе происходит разрушение окисной пленки, при этом химикалии не реагируют с металлом. Повышение температуры способствует разъеданию оксидной пленки, улучшая качество обрабатываемой поверхности. Резкое охлаждение в жидкости также способствует улучшению обрабатываемой поверхности.

Добиться 100% результата при этом типе обработки практически невозможно. На металле возможны остаточные плены от окислов хрома, окислов никеля и железа. Среди рекомендаций по окончательной доводке таких дефектов значится кратковременная обработка в азотнокислой ванне.

Полировка сварных швов

Для того чтобы изделие после сварки обрело законченный вид сварочные швы необходимо обработать шлифовальным станком.

После сварки нужно привести изделие в должный, законченный вид, придать ему блеск, лоск и сияние. Благодаря применению новых технологий в полировке время на проведение этой работы значительно сократилось, а качество возросло.

Полировка — это использование специального шлифовального станка. Режим необходимо выбирать тот, который порекомендовал производитель. Особенности полированных труб заключаются в том, что они имеют безупречный внешний вид, отличаются износостойкостью и долговечностью. Полировка может быть ручной, ультразвуковой и машинной. В домашних условиях может подойти обычная наждачная бумага, шлифовальные абразивные материалы, напильники.

Первый шаг — избавиться от грубого шва, сделать поверхность гладкой и однородной. Для выполнения этой задачи вам потребуется доводочный круг. Он с легкостью снимет грубый шов, удалит окалину. Теперь поверхность подготовлена к дальнейшим действиям.

Второй шаг — выведение рисок от первой обработки. Поверхность доводится до состояния, близкого к конечному. Иногда на этом этапе можно остановиться. Поверхность уже сейчас хорошо выглядит.

Третий шаг — финальная полировка. Доведение металла до зеркального блеска. При этом при полировке нержавейки с поверхности удаляются микроскопические дефекты, а при шлифовке — грубые.

Методы щелочного травления

Различают следующие методы

• Выдержка в соде. Содержание нитрата натрия должно колебаться в пределах 20-40%, разогретого до температуры 460-500 градусов Цельсия. Травление в такой среде длится в течение 15 минут. Некоторые аустенитные марки нержавеющей стали запрещено нагревать выше 450 градусов. Это может привести к межкристаллитной коррозии. Далее следует этап промывки в большом количестве воды, затем следует 5-минутное опускание в сернокислотную ванну и до 10 минут в азотнокислой.
• Известный в Англии, с первой половины 19 века метод травления, в комплексе с пропусканием электрического тока через протравливаемую деталь. При плотности тока 11 А/м2 достаточно 15 секунд. Данная скорость протекания реакции связана с процессом электролиза. Выделение на катоде натрия и водорода способствуют восстановлению окислов. Восстановленный металл осаждается на поверхности. Данный вид травления позволяет получить обезжиренный металл, характеризующийся чистотой и однородностью. При таком способе используют соду. Возможны вариации с составом и добавлением хлористого кальция. Применяется такой метод для травления плоских, стержневых заготовок, волоченых изделий.
• Обработка гидридами натрия основано на восстановлении воздействием на металл натрием и водородом. Наличие гидрида натрия добиваются взаимодействием водорода и натрия, находящегося в расплавленном состоянии. В расплавленную каустическую соду помещают цилиндр без нижней плоскости. Верхняя плоскость имеет отверстие. Натрий всыпают в это отверстие, он реагирует на поверхности ванны. Через пятно натрия на каустической соде пропускают струю водорода. Происходит образование гидрида и диффундирование его в объеме ванны. Достижение необходимой концентрации 1-2 % гидрида натрия происходит в контролируемых пороговых значениях. При отсутствии продукта разделения воздуха применяют диссоциированный аммиак. Детали разогревают в такой ванне до 400 градусов Цельсия. Нержавеющие стали показывают хорошие результаты травления при такой методике и продолжительности 4-17 минут. После травления рекомендуется тщательно промыть детали. В случае необходимости произвести дополнительную обработку в азотнокислой ванне. При высокой себестоимости такого метода очевидным его преимуществом является тот факт, что металл не взаимодействует с травителем. Потери металла минимальны. Более низкая температура процесса позволяет сократить расходы на теплоноситель и безопасность проведения операций.

Шлифовка механического характера

Нержавеющая сталь характеризуется присутствием высокого уровня коррозийных свойств, которые обуславливают ее активное применение в той среде, где зачастую применяются жидкости. Хотя изделия из подобного материала активно соприкасаются с водой и подвергаются предварительному проведению сварочных работ, со временем их внешний вид существенно не изменяется. Данная особенность прослеживается в результате задействования определенных принципов обработки.

Среди основных вариантов обработки принято выделять механическую шлифовку нержавейки после сварки. В ходе данного процесса устраняется верхний слой оксидной составляющей, образующийся на месте сварки и представляющий собой слабое место во всей конструкции. Также подвергаются устранению различимые переходы цвета и присутствующие неровности в соединении сварки.

Для данного процесса характерна следующая очередность:

• устранение волн в области металлического шва посредством применения толстого шлифовального круга и болгарки, а также нивелирование присутствующих выпуклостей;
• задействование лепестковых кругов для функционирования болгарки; основная цель подобных элементов – более аккуратное проведение работ наряду с большей длительностью процесса и расходованием материалов, что особо актуально для значительных масштабов выполнения работ;
• использование специально разработанного оборудного комплекса в виде шлифовальной машины, в результате работы которой создается одноцветное матовое покрытие;
• обязательное применение респиратора для снижения риска попадания в дыхательные пути абразивной пыли и металлических частиц, которые находятся в воздушном пространстве в течение выполнения работ.

Читать также: Устройство варочной газовой панели

Материалы для ванн

Правильный выбор материала для изготовления травильных ванн сложная задача для химиков и материаловедов.

Рекомендуются емкости:

• покрытые керамикой
• покрытого стеклом кирпича
• дерево, бетон с покрытием из свинца
• вещества, производные от резины
• определенные марки нержавеющей стали для кислотных ванн.

Содержание азотистой с примесями плавиковой или соляной кислоты позволяет применять такие же материалы. Исключение составляют лишь свинец, как покрытие, керамику с повышенным содержанием кремния, из-за их взаимодействия. Применение стали вполне возможно для использования в ваннах со щелочью, отслеживая протекание и интенсивность электролиза в непосредственной близости к материалу. При определенных условиях и содержании кислоты, ее температуры, характера есть возможность применять для травильных емкостей нержавеющие марки стали. Такие, например, как 8Х18Н8М или 10Х20Н25М4.

Из приведенной в этом обзоре информации можно сделать вывод, что режим обработки, химический состав ванны, необходимость дополнительной механической обработки, применение электролиза должны определяться исходя из конкретных начальных условий (марка стали, состояние оксидной пленки, технологические возможности) и регулироваться в контексте ожидаемого конечного результата.

Шлифовка: практические рекомендации

Классификация сварных швов по положению в пространстве.

При выполнении такой работы не забудьте хорошо подготовиться. Следует надеть маску во избежание попадания пыли в глаза. Шлифовке подлежат изделия, которые имеют явно заметные дефекты: потертости, царапины и так далее. Вам потребуются шлифовальные головки, которые имеют абразивные ленты.

Для получения желаемого результата шлифуют сталь в несколько заходов. Запомните, что правильно подобранные материалы и инструменты позволят вам снизить время работы и повысить ее качество, это гарантия отличного результата.

Шлифовка готовых изделий выполняется с помощью абразивной шкурки. Этот материал имеет бумажную или тканевую основ с покрытием самой различной зернистости. Мокрая шлифовка делается при помощи водостойких шкурок. Покрытия могут выполняться из стекла, а также кремния. Шлифовка является заключительным этапом процесса обработки нержавейки после сварки. Она равномерно снимает все верхние слои.

Материалы, которые вам потребуются:

• болгарка;
• шлифовальные круги с разной зернистостью;
• столярный клей;
• наждачная бумага;
• полировальная паста.

Для шлифовки сварочных швов на изделиях из нержавейки понадобится болгарка.

Первым делом нужно убрать наплывы металла со сварного шва. Сделать это можно болгаркой. Если поверхность в достаточной степени гладкая и ровная, то можете сразу приступать ко второму этапу. Приготовьте войлочный круг, с помощью обычного шпателя наносите на поверхность обрабатываемого изделия столярный клей. Аккуратно и осторожно пройдитесь по абразивной крошке, которую можно получить из наждачной шкурки.

Затем отшлифуйте поверхность еще три-четыре раза. При этом размер абразива должен уменьшаться. Поверхность нержавейки требуется промывать после каждой шлифовки.

Она должна быть идеальной, абсолютно гладкой и ровной, без шероховатостей. Иначе придется переделывать все заново. На следующем этапе вам понадобится войлочный круг и полировальная паста. Лучше найти алмазную, со степенью зернистости, соответствующей вашему металлу. Это финишная полировка, убирающая видимые риски. Вы увидите, как поверхность преображается и становится более гладкой.