какой кислотой травят металл
Кислоты для травления металла
Для травления поверхности металлических изделий применяют травильные растворы, главным образом из серной, азотной и соляной кислот.
Серная кислота H2SO4 является продуктом соединения трехокиси серы SO3 с водой. Удельный вес 1,84. Химически чистая серная кислота представляет собой бесцветную маслянистую жидкость. В любых соотношениях серная кислота хорошо смешивается с водой, выделяя при этом значительное количество тепла. Обуглившиеся органические примеси, попадая в серную кислоту, окрашивают ее в коричневый цвет. На благородные металлы серная кислота не действует. Ее действие на остальные металлы зависит от концентрации.
Для травления поверхности металлических изделий употребляют несколько сортов технической серной кислоты, в частности камерную, содержащую не менее 65% серной кислоты, башенную и гловерную кислоты, содержащие не менее 75—76,5% серной кислоты. Для травления часто используют купоросное масло, содержащее не менее 92,5% серной кислоты.
Разводят серную кислоту водой, осторожно вливая ее в воду, а не наоборот. При вливании воды в серную кислоту происходит бурное кипение смеси, вызывающее сильное разбрызгивание кислоты. Температура смеси сильно повышается, и если кислоту вливать слишком быстро и много, то смесь нагревается так сильно, что стеклянные сосуды, в которых производят смешивание, могут лопнуть. При работе с серной кислотой на руки надевают рукавицы, чтобы избежать ожогов, которые очень болезненны и оставляют красные рубцы, на глаза надевают очки.
Серную кислоту хранят в герметически закрывающихся бутылях или свинцовых сосудах.
Соляная кислота HCl представляет собой водный раствор хлористого водорода. В чистом виде — бесцветная жидкость, сильно пахнущая, с большой упругостью паров уже при температуре 14—16° С.
Концентрированная соляная кислота обычно содержит около 37,4% хлористого водорода. Удельный вес 1,19.
Соляная кислота выпускается двух сортов: сорт А содержит не менее 30% хлористого водорода, а сорт Б — не менее 27,5%.
Соляная кислота ядовита, поэтому обращаться с ней надо очень осторожно. Пары соляной кислоты при вдыхании сильно раздражают верхние дыхательные органы. При разбавлении соляной кислоты водой придерживаются тех же правил, что и при разбавлении серной кислоты.
Соляную кислоту хранят в герметически закрывающихся стеклянных сосудах.
Азотная кислота HNO3 представляет собой бесцветную жидкость с удельным весом 1,52 при температуре 15° С. Температура кипения 84° С. При кипении и на свету разлагается и выделяет двуокись азота, которая окрашивает кислоту в желтый, а затем в красный цвет. Азотная кислота с водой смешивается в любых отношениях. Концентрированная азотная кислота действует на многие металлы, кроме благородных.
Плавиковая кислота. Чистая плавиковая кислота представляет собой бесцветную жидкость с резким запахом. Эта кислота содержит не менее 40% фтористого водорода. Пары фтористого водорода чрезвычайно ядовиты и едки. Поэтому при работе с плавиковой кислотой, как и с остальными кислотами, необходимо соблюдать меры предосторожности.
Травление металлов в домашних условиях
Процедура травления уже много лет применяется в металлообработке. Она представляет собой обработку металлических поверхностей с помощью химических средств и электричества. В ходе процедуры мастер удаляет слой металла и таким образом создает специфический узор на конкретном изделии.
Сегодня травление металла используется для решения разных задач. Эта процедура используется как в промышленности, так и частными мастерами в домашних условиях. Благодаря травлению травильщик придает металлу:
Если говорить о травлении металла в домашних условиях, то чаще оно проводится в декоративных целях для того чтобы придать изделию эстетические свойства. Причем такая процедура проводится при обработке стали с высокой прочностью, так как другие методы гравировки в этом случае будут не эффективны.
Отметим, что травление – это довольно простая процедура, которая не требует особых навыков, главное это соблюсти технологию.
Суть методики
Холодное травление металла, как и любое другое действие, требует подготовительного процесса. В первую очередь такая подготовка в домашних условиях требует удаления с поверхностей загрязнения, особенно это касается масла.
Дальше требуется защитить те участки металла, которые не должны подвергаться травлению. Для этого на узор наносят специальное покрытие, которое способно противостоять химическим веществам, применяемым в травлении.
На следующем этапе изделие или элемент погружают в емкость, где находится электролиз, создающий кислую среду. Помните, что чем дольше металл будет находиться в кислой среде, тем большая часть поверхности будет разъедена агрессивным составом. В некоторых случаях используется технология многослойного травления, когда процедура применяется в несколько раз.
Сегодня травильщики используют разные методы травления металла, рассмотрим их подробно.
Чтобы провести травление электрохимическим способом понадобится: пластмассовая ванная наполненная электролитом, клеммы, провода, а также источник электричества, передающий постоянный ток. Также следует помнить, что процесс реакции происходит чрезвычайно бурно, и поэтому используем емкость с большим объемом. Само травление обычно занимает от нескольких минут до получаса. При этом мастеру нужно периодически проверять изделие, чтобы состав не разъел металл, больше чем это требуется. Схема подключения при травлении металла выглядит следующим образом, в раствор электролиза погружается медная пластина, по которой подается ток. Как показывает практика, метод эффективен.
Инструкция по химическому травлению в солевом растворе или лимонной кислоте, предполагает погружение металлической поверхности покрытой защитным раствором в емкость. При этом срок процедуры зависит от того, какой состав использует мастер.
Для чего применяют травление
Травление как способ обработки металла позволяет мастеру выполнять технические действия. Однако, если говорить про травление в домашних условиях, то чаще всего его используют для создания орнаментов и декоративных узоров на клинках и других металлических изделиях.
Начиная работы, травильщик первым делом подготавливает эскиз будущего орнамента или рисунка. Сегодня это можно легко сделать с помощью специальных программ, которые позволяют создавать изображения. Если узор планируется нанести на обе стороны клинка, то тогда распечатывают два эскиза. После того как изображение подготовлено, оно переносится на лезвие с помощью ручки, а в дальнейшем процарапывается с помощью скрабера.
При этом еще до нанесения рисунка, металлическую поверхность нужно хорошо вычистить, освободить от ржавчины. Дальше железо в местах нанесения узора обрабатывается специальным составом и обезжиривается. Также следует позаботиться о торцах будущего ножа, защитив их от последствий воздействия соленого раствора или кислоты.
Травление можно производить двумя разными способами. Первый предполагает полное погружение металла в емкость с электролизом. Второй вариант это точечное нанесение кислотного состава на конкретные участки поверхности с помощью ватного тампона. В обычных условиях изделие погружается в раствор на десять, пятнадцать минут. Однако, этот параметр сильно зависит от типа выбранного электролиза.
После того как травление окончено, лезвие промывают водой и проверяют полученный результат. Если все получилось как надо, тогда остается произвести шлифовку ножа, удалив, таким образом, остатки коррозии, придав ему соответствующий вид.
Метод позволяет создавать по-настоящему замечательные и красивые изделия.
Какое оборудование необходимо для успешного травления в домашних условиях
Травление металла в домашних условиях это достаточно простая процедура, которая не требует от человека особых навыков. Но для того чтобы произвести успешное травление нужно подготовить некоторые предметы и оборудование.
Травление с помощью зарядного устройства от телефона, как показывает практика, позволяет эффективно обрабатывать даже поверхности, сделанные из стали высокой стойкости.
Растворы, применяемые в процедуре травления
В процедуре травления металлов могут применяться различные составы и вещества. Рассмотрим наиболее популярные разновидности таких смесей.
Подготавливаем изделие к процедуре травления
Подготовка изделия из стали или железа к процедуре травления в домашних условиях включает целый ряд необходимых действий. Для начала поверхность нужно хорошо очистить от любых загрязнений, только таким образом можно гарантировать, что травление пройдет быстро, а глубина удаленных слоев будет одинаковой.
Для очистки металла вполне подойдут популярные моющие средства и обыкновенная вода. После того как металл будет вымыт ему нужно дать высохнуть. Дальше поверхность необходимо протереть с помощью фибры, которую перед этим смачивают в растворителе. Таким образом, можно не только удалить остатки влаги, но также обезжирить поверхность.
Еще следует отметить, что улучшить качество обрабатываемой поверхности можно путем ее полировки. Это можно сделать на специальной машине. Если же такой возможности нет, то тогда металл нужно обработать наждачной бумагой. Таким образом, можно своими руками создать очень интересный оптический эффект.
Теперь нужно нанести будущий рисунок на металлическую поверхность. Сейчас для этого используется множество методик. Главное что нужно помнить участки, которые не должны подвергнуться травлению, нужно обработать защитными средствами.
Сегодня в качестве такой защиты часто применяют лак для ногтей. Но у этого способа есть определенные недостатки, а именно:
На поверхность изделия наносится слой лака или грунтовки. Когда этот состав высохнет, нужно с помощью тонкого инструмента или ручки нанести изображение. Дальше следует найти тонкую иглу, шило или специальный инструмент, с помощью которого изображение процарапывается на металле. Это нужно делать крайне аккуратно, чтобы не повредить полированную поверхность вне контуров рисунка.
Когда эскиз готов остается закрыть детали, которые не должны подвергаться обработке защитой, и приступать к самой процедуре. При этом нужно помнить, что защита может наноситься только на сухую поверхность, так как в противном случае кислота или соляной раствор может попасть на металл и испортить поверхность. В дальнейшем исправить такую ошибку будет очень сложно.
Состав для протравки цветных металлов
Если мастер хочет заняться протравкой изделий из таких материалов как: медь, латунь, бронза или серебро. Ему нужно подготовить специальный раствор, в который входят такие элементы как:
Такое средство позволит быстро и эффективно протравить выше указанные материалы.
Соблюдаем технику безопасности
Травление металлов требует использования всевозможных химических веществ и составов (щелочи, кислоты, растворы). Все эти элементы могут быть крайне опасными, если в процессе работ будет нарушена технология. Именно поэтому правила техники безопасности при проведении подобных работ выходят на первый план.
Специалисты разработали целый комплекс таких правил, которые позволяют гарантировать то что травление пройдет в штатном режиме.
Если в процессе травления на кожу попадает щелочной или кислотный раствор. Необходимо как можно быстрее промыть этот участок нейтрализующим средством. Если же брызги раствора оказались на одежде ее следует снять.
В том случае если раствор для травления попал на слизистую оболочку нужно в максимально сжатые сроки обратиться за помощью к врачу. Это крайне важно, так как промедление в подобной ситуации может привести к тяжелым последствиям для здоровья.
Только выполнение выше перечисленных правил позволит безопасно провести процедуру травления металла.
Какой кислотой травят металл
Травление – черный металл
Травление черных металлов производят в 5 – 18 % – ном водном растворе серной кислоты или 7 – 20 % – ном водном растворе соляной кислоты. [1]
Травление черных металлов 10 – 20 % – ным раствором серной кислоты или 5 – 10 % – ным раствором соляной кислоты ( или смесью этих кислот) применяют для очистки поверхности от окалины и ржавчины. [2]
Травление черных металлов производится с целью очистки поверхности от окисных соединений, образовавшихся в результате окисления на воздухе. В процессе травления происходит взаимодействие соответствующих окислов и гидроокисей железа с кислотой. Образующиеся продукты растворяются в травильном растворе. Травление черных металлов производится либо в серной, либо в соляной кислоте. Травление в серной кислоте более экономично, так как серная кислота дешевле соляной и травильный раствор полнее может быть использован. Преимущества травления в соляной кислоте состоят в том, что процесс может быть осуществлен без подогрева, поверхность металла менее разъедается. Продукты травления легко смываются и поверхность получается более светлая. В ряде случаев применяются растворы, состоящие из смеси серной и соляной кислот. При травлении применяются присадки – регуляторы травления, которые ускоряют процесс травления и предотвращают разъедание самого металла. [4]
Травление черных металлов в настоящее время производят почти исключительно водными растворами серной, соляной или смесей этих кислот. Кислоты, действуя на окислы, покрывающие металл, растворяют их с образованием солей железа. Окислы не представляют собой сплошной пленки на поверхности железа. Одновременно с окислами частично растворяется также и металлическое железо с образованием солей железа и выделением водорода. Выделяющийся водород действует механически, разрыхляя пленку окислов железа, отрывая ее от поверхности металла, что способствует ускорению процесса. Однако он оказывает и вредное действие: проникает ( диффундирует) в металл, поглощается его поверхностью и, изменяя механические свойства, вызывает так называемую травильную хрупкость. [5]
Травление черных металлов производится с целью очистки поверхности от окисных соединений, образовавшихся в результате окисления на воздухе. В процессе травления происходит взаимодействие соответствующих, окислов и гидроокисей железа с кислотой. Образующиеся продукты растворяются в травильном растворе. [7]
Травление черных металлов осуществляют в различных кислотах, прежде всего в серной и соляной, а в некоторых случаях – в их смеси. Скорость удаления окалины, ржавчины и оксидов с поверхности деталей зависит от их состава и структуры, а также от состава травильного раствора, его концентрации, температуры и способов травления. [8]
Травление черных металлов для удаления пленки окалины путем обработки разбавленной кислотой является существенно важной стадией очистки для тех металлических деталей, которые далее подвергаются лужению или покрытию гальваническим путем. [9]
Травление черных металлов осуществляют в различных кислотах и прежде всего в серной и соляной, а в некоторых случаях – в их смеси. [10]
Для травления черных металлов обычно применяют разбавленные серную и соляную кислоты или их смеси, реже – фосфорную, плавиковую и азотную кислоты. Применение той или иной кислоты зависит от металла, который подвергают травлению, от способа травления и от того состояния поверхности металла, которую желают получить после травления. [11]
Для травления черных металлов обычно применяют растворы серной или соляной кислот. [12]
Для травления черных металлов применяют главным образом соляную и серную кислоты; растворение самого железа в кисло-тах нежелательно. Скорость растворения окислов железа зависит как от их состава и структуры, так и от природы, концентрации и температуры кислот. [13]
Процесс травления черных металлов проводят в основном в растворах минеральных кислот НС1, H2SOj или нх смесей. Установлено, что НС1 снимает окислы с поверхности преимущественно 8а счет их растворения, в то время как HjSO sa счет подтравливания металла и механического удаления разрыхленного слоя окислов выделяющимся водородом. В 10 % – ной HgSOj железо растворяется в 70 раз быстрее окислов, тогда как в 10 % – ной HCI только в 10 раз. [15]
Решил поделиться с вами довольно простым способом травления металла в домашних условиях на примере клинка.
Итак, нам понадобится:
Для начала берем клинок, хорошенько проходимся по нему наждачной бумагой и растворителем.
После этого, набросаем на него эскиз предполагаемого рисунка маркером.
Лаком для ногтей аккуратно закрашиваем свой эскиз.
Если лак выступает за пределы эскиза – ничего страшного, все это можно легко протравить в дальнейших операциях.
Прошу обратить внимание: Лак образует плёнку, которая защищает металл от травления.
Поверхность под лаком травиться не будет.
Кроме самого рисунка, стоит защитить торцы изделия, а в моем случае еще и РК клинка.
Даем лаку подсохнуть некоторое время, затем начинаем корректировать рисунок и исправлять косяки.
Для корректировки можно использовать шило или обычную иголку. Убираем лишние ляпы и правим линии, чтобы они выглядели более плавными.
Теперь начинается химия процесса:
Для травления нам нужен раствор медного купороса и соли.
Я использовал на литр воды 100гр. соли и столько же купороса.
Воду для раствора лучше брать горячую(только что скипевшую), чтобы сократить время реакции.
Опускаем наше изделие в раствор, ждем.
Предположительное время травления 25-40 минут.
Все зависит от того, какая глубина травления вас устроит.
Чтобы ускорить реакцию можно увеличить концентрацию купороса.
Во время процесса на клинке образуется рыжий налет, который мешает дальнейшему протеканию реакции травления,
поэтому периодически необходимо доставать клинок и промывать его под теплой струй воды. Никаких щеток и металлических губок, в противном случае, вы сорвете лак с изделия. Проверить, достаточно ли глубоко мы протравили можно на ощупь. Раствор сам по себе безвреден, как и налет, так что проверяйте смело. (Единственная опасность – можете испачкать руки)
Здесь, стоит отметить еще один момент: следите, чтобы ваша железка не протравилась слишком глубоко, иначе, раствор начнет съедать не только незащищенную поверхность, но и вгрызаться сбоку под лак, если только вам не нужен эффект искусственного старения.
Как только мы решили, что металл достаточно глубоко протравлен, достаем поделку из раствора, хорошо промываем под напором воды, протираем растворителем, шкурим и полируем наждачкой по возрастающей, начиная с 80 грид, заканчивая 1200 грид. Если под рукой есть бор-машинка, неплохо бы шлифануть ею неровности рисунка.
В конце можно пройтись войлоком, если считаете нужным.
Осталось только сделать рукоять и отполировать клинок до зеркала.
К сожалению, изображения готового клинка с ножнами у меня нет, т.к. эти фотографии делались давно и для других целей, а для мастер-класса я решил использовать только сейчас.
Спасибо за внимание. Надеюсь, кому-нибудь оказался полезным.
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
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.
Рекомендуется промежуточная механическая очистка между двумя ваннами, если снятие окалины затруднено.
Электролитическое травление
Одним из вариантов, распространенных на современных предприятиях, является электролитическое травление. Заготовка или деталь, помещенная в кислотную ванну, подключена к положительному или отрицательному контакту. При прохождении тока на поверхности нержавеющей стали происходит выделение кислорода. Газообразная фаза оказывает механическое воздействие на оксидную пленку. Это помогает ускорить процесс обработки и качество получаемой поверхности.
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.
Применение паст целесообразно для обработки сварочных швов нержавеющих марок стали. Обработанный шов способен противостоять коррозии даже в условиях сырого помещения автомобильной мойки.
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.
Методы щелочного травления
Различают следующие методы
Существуют определенные правила, выполнение которых обязательно для любого из представленных способов. Среди них приоритетные обработка поверхности металла перед травлением, удаление окисной пленки, обезжиривание. Процесс травления не менее важен.
Материалы для ванн
Правильный выбор материала для изготовления травильных ванн сложная задача для химиков и материаловедов.
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.