Травление металла солью и электричеством. Травление металла
Основой методики является метод электрохимического травления металлов. Коротко он заключается в следующем: Деталь, на которой делается надпись, рисунок (предварительно нанесенный специальным лаком), погружается в раствор электролита, она является анодом. То есть к ней подключен (+) источника тока. Катодом, который также погружен в раствор электролита, служит полоска нержавеющей стали. К ней подключен (–) источника тока. При включении тока происходит электрохимическое травление, то есть растворение незащищенных лаком поверхностей детали.
На рисунке схематично показан принцип процесса.
Цифрами показаны:
1. Металлическая деталь.
2. Протравленный участок.
3. Слой лака сохраняет металл не протравленным.
Такова основа. Теперь рассмотрим весь процесс подробно.
1. Подготовка детали.
Как правило, она сводится к тщательному обезжириванию поверхностей, на которых будет наноситься лак. Для чего это делается? Во-первых, на обезжиренную поверхность лак приклеивается очень прочно, что гарантирует, что в процессе травления его не оторвет то детали, что приведет к неустранимому браку в виде нежелательно протравленных участков. Так можно вообще испортить изделие.
Во-вторых: если на поверхности, подлежащей травлению, останется не обезжиренный участок. К примеру, даже отпечаток вашего собственного пальца! Этот жир может сработать как слой лака, защитив поверхность от травления. И тогда вы получите вытравленный отпечаток пальца. Этот дефект неприятный, но в большинстве случаев устранимый методом повторной травки.
И так очистим поверхность от посторонней грязи, мусора и пр. Обязательно нужно одевать резиновые перчатки, чтобы не оставить отпечатки пальцев. Да и работать так в горячей воде легче.
Фото: промывка ножа под проточной водой с мылом.
Обезжиривают путем замачивания детали в растворе мыла, стирального порошка в горячей воде на некоторое время. Затем нужно тщательно прочистить деталь щеткой (подойдет зубная) в том же растворе. Особое внимание глухим (не сквозным) отверстиям. Они промываются очень трудно. Оставлять там грязь нельзя. Промывка проводится под струей воды как можно тщательно. Не снимайте перчатки! Далее с этого момента вообще крайне нежелательно прикасаться к детали руками без перчаток, во избежание появления выше описанных дефектов. Если все же вы коснулись детали, лучше повторить процесс обезжиривания. Как проверить качество обезжиривания? Очень просто. С хорошо обезжиренного металла вода стекает полностью, не оставляя капель и потеков. Если остаются капли, вода прилипает к металлу (точное выражение), то в этих местах есть жир. Потрите их щеткой с раствором более тщательно и повторите промывку и проверку.
Еще один секрет. Для обезжиривания сложных деталей, имеющих трудно промываемые отверстия, щели и пр. используют ультразвуковую ванну. В домашних условиях с успехом заменяемую бытовой ультразвуковой компактной машинкой. Применение ультразвука значительно сокращает время обезжиривания и повышает качество. Но в большинстве случаев в этом нет необходимости.
Мелкие детали можно обезжирить путем протирки ватой с зубным порошком, смоченным спиртом. Порошок содержит соду, которая и удалит жир. Очень быстрый способ обезжиривания, но требует определенного навыка.
Фото: обезжиривание с помощью спирта и зубного порошка.
2. Приготовление специального лака.
Для нанесения надписей и рисунков на металл используется специальный лак. Состав и метод приготовления отработан в результате практической работы и при выполнении этих рекомендаций гарантирует качество работы. Лак обеспечивает надежную защиту участков детали от вытравливания и легко удаляется в конце процесса. Нам понадобятся следующие ингредиенты для его приготовления:
Гудрон. Вещество черного цвета, хрупкое. Широко используется в строительстве для целей гидроизоляции кровли, при ремонте дорог. Продается в магазинах стройматериалов большими кусками по 50 кг. Для наших целей такое количество не понадобится. Поэтому кусок гудрона проще поискать на стройках, спросить у рабочих, заливающих кровлю либо ремонтирующих дороги. В таких случаях как правило остаются осколки, которые просто выбрасывают. Важно найти чистый, без примесей песка и другого мусора образец. Содержание посторонних примесей крайне не желательно и значительно снизит качество готового лака. Основной компонент. Требуемое количество практически равно объему готового лака.
Канифоль. Хрупкое вещество янтарного цвета. Изготавливается из сосновой смолы. Широко применяется при пайке электротехнических изделий. Недорогая. Продается в хозяйственных магазинах, также может продаваться в составе наборов для пайки, совместно с паяльником и оловом. Требуемое количество в измельченном виде спичечный коробок (около 30 куб.см.). Примерно.
Скипидар живичный. Горючая жидкость, используется как растворитель некоторых красок и лаков. Продается в хозяйственных отделах рядом с краской. Обычно в бутылках по 0,5 литра. Достаточно одной бутылки.
Как видите, все три вещества легкодоступны и недороги. Также не опасны для здоровья.
Гудрон необходимо измельчить (расколоть молотком) и поместить в металлическую посуду с крышкой, в которой и будем готовить лак. Добавим туда скипидар и помешиваем для растворения. Можно оставить на некоторое время для растворения кусочков гудрона. Канифоль так же измельчают и перемешивают с кусочками гудрона. Хотя некоторые источники рекомендуют добавлять канифоль в уже растворенный гудрон. Тут главное обеспечить расплавление и равномерное их перемешивание. Желательно получить вязкость жидкой сметаны. Теперь необходимо подогреть смесь для лучшего перемешивания.
Нагревание проводят на электроплитке, на слабом режиме нагрева. Применять нагрев на газовой горелке не рекомендуется по причине опасности возгорания. Важнейший вопрос пожарной безопасности выделяю отдельно.
Внимание! Лак и его компоненты огнеопасны!
Не пользуйтесь источниками открытого огня для нагрева лака и не варите лак в близи огня! Испарения от расплавленного гудрона также огнеопасны! Если над расплавом лака появился серовато-белый дым, это сигнал опасного перегрева. Не открывайте крышку! Пары могут вспыхнуть в любую секунду даже от простого помешивания. Немедленно и осторожно без рывков снимите посуду с лаком с нагретой плиты и остудите. Не варите лак в жилых помещениях, лучше это делать в хорошо проветриваемых местах, так как появляется характерный запах. На всякий случай приготовьте кусок плотной ткани. Если лак вспыхнул, не паникуйте! Не тушите его водой! Накройте посуду плотной крышкой либо закройте горение плотной тканью. Пламя сразу погаснет без доступа кислорода. При тушении водой можно ошпариться водяным паром, горящие брызги лака попадут на тело, одежду и предметы, и тогда неизбежны ожоги и пожар в помещении! Никогда не отходите от варящегося лака.
Основная причина всех пожаров - забыли лак на плитке и ушли пить чай!
При соблюдении разумных мер предосторожности вы избежите возгорания. Случаев пожаров на производстве в наше время практически не бывает.
Нагревание при помешивании проводят до температуры 60-70 градусов. При этом гарантировано перемешиваются компоненты и получается лак с необходимыми свойствами. Теперь лак можно остудить и залить для хранения в посуду с плотной крышкой. При охлаждении лак немного загустеет.
Упрощенное приготовления лака.
Необходимо приобрести готовый битумный лак. Он также свободно продается в отделах красок и растворителей. Применяется в быту для защиты водопроводных труб от ржавчины. Лак разбавляют скипидаром и добавляют мелко измельченную канифоль. Примерно спичечный коробок канифоли на 0,5 литра лака. Тщательно перемешивают при слабом нагревании до полного растворения. Не забываем о пожарной безопасности! Остужаем и наливаем в посуду для хранения.
Перед непосредственным использованием лак разводят скипидаром до необходимой густоты. Лак не портится при хранении долгое время. Если он и загустеет, то всегда можно разбавить скипидаром.
3. Нанесение рисунка на нож (другую деталь).
Вы скажете, что нарисовать рисунок либо надпись может только опытный художник. А как быть тому, у кого нет способностей художника? Здесь ситуация вовсе не безнадежная. Даже опытные художники прибегают к простым хитростям, позволяющим значительно повысить качество и скорость рисовки. Воспользовавшись такой методикой, практически любой человек (Конечно, если руки не трясутся!) может успешно достичь хорошего качества. А небольшой практический опыт значительно придаст уверенности в работе.
Для начала необходимо определиться с будущей миниатюрой или надписью. Сделать карандашный предварительный рисунок в масштабе 1:1 (он называется эскиз). При этом вам никто не запрещает вырезать ножницами подходящий рисунок из журнала, газеты и т.д. Также можно выполнить его на компьютере, кто знаком с необходимыми программами, установить необходимый масштаб и распечатать.
Теперь нанесем рисунок на обезжиренную поверхность ножа, детали с помощью переводной бумаги! Только нужно использовать цветную переводку желтого, красного, белого цветов (есть и такая). Переводка черного и фиолетового цветов не оставляет следов на металле.
Фото: На нож нанесена надпись переводной бумагой желтого цвета.
Также размечены горизонтальные линии для написания ровных букв.
Совет от опытного мастера: Чтобы рисунок не сместился при копировании, его и переводную бумагу закрепляют кусочками скотча. Затем карандашом, ручкой переводят рисунок. Отпечатки линий от переводной бумаги позволят легко и точно продолжить работу лаком.
4. Рисунок лаком.
Для прорисовки будущего рисунка, надписи приготовленным лаком нужно использовать тонкие кисти, либо перья. Подобрав оптимальную густоту лака и немного потренировавшись можно быстро научиться прорисовывать переведенный рисунок. При наличии некоторого опыта также можно свободно выполнять надписи пером даже без предварительной разметки с помощью переводной бумаги.
Фото: художник обводит переведенную надпись лаком с помощью кисти. Обратите внимание: используется деревянная подставка для кисти руки. Подставка в виде скамеечки высотой 3 см. над поверхностью стола. (шириной 6 см, длина 30 см). Облегчает точность работы и снимает напряжение, позволяя долго работать без утомления. Подставка исключает касание рукой обезжиренную поверхность металла.
Операция требует определенного навыка и терпения. Не отчаивайтесь, если с первого раза не получилось. Всегда можно легко смыть лак с помощью того- же скипидара, растворителя, бензина (только использовать чистый неэтилированный бензин для зажигалок "нефрас" либо "калоша", этилированый бензин ядовит!) и повторить попытку снова.
Фото: Бинокулярные очки с увеличением 5Х.
Фото: Узор на ноже нарисован лаком. Обратите внимание: сплошная обкраска лаком мест, не подлежащих травлению выполнена не полностью. Это сделано с расчетом на последующую защиту поверхности с помощью пластилина!
5. Предварительная сушка лака.
Следующая технологическая операция - предварительное подсушивание лака до полутвердого состояния. Для этого достаточно оставить деталь в проветриваемом месте на 2-3 часа при комнатной температуре. Произойдет частичное высушивание лака и его загустевание.
6. Окончательная проработка рисунка.
Во время нанесения рисунка кистью либо пером, возможно, вы допустили некоторые неточности, ошибки и закрасили те места, которые нужно было оставить под травку. Теперь можно исправить все эти дефекты. Остро заточенной палочкой из дерева, оргстекла, текстолита либо тонкой металлической иглой необходимо удалить лак с излишне закрашенных участков. Также нужно подчистить края кривых линий, сделав их более ровными и привлекательными. Подравнивание границ линий также имеет важное значение в виду того, что слой лака у края рисунка всегда тоньше, и появляется возможность его нежелательного протравливания. Удаляя лак с границ линий мы тем самым делаем пограничный слой лака более толстым и увеличиваем его надежность.
Фото: инструменты для окончательной проработки рисунка. Палочка из оргстекла, игла на конце палочки от старой кисточки, перовая ручка.
При окончательной проработке также выполняют операцию гравировки. Она заключается в процарапывании тонких линий с помощью острой иглы, закрепленной на конце палочки от старой кисточки. Так можно выполнить очень тонкие протравленные линии либо написать надпись, имитировать номер ножа.
Удаление крупинок лишнего лака нужно выполнять сдуванием либо с помощью ваты, смоченной в спирте. Спирт не растворяет лак и легко удаляет мусор. Если воспользоваться скипидаром, чистым бензином (калоша) либо любым другим растворителем рисунок просто смоется совсем. Так можно удалять неудачные результаты работы, что очень возможно на начальном этапе.
Фото: Очень хорошо видны тонкие линии, процарапанные иголкой.
Для этой операции желательно использовать лупу, бинокулярные очки.
7. Сушка лака.
Окончательно сушить лак можно различными способами. Сушка очень важная и ответственная операция, от качества которой зависит результат работы.
Самый распространенный и надежный способ - это сушка в сушильном шкафе. Температура 100-130 град. Время сушки - 30-40 мин. После чего охлаждение при комнатной температуре. Однако такой способ применяют при больших объемах работ. В домашних условиях можно рекомендовать сушку в старой электро-духовке, установленной на самую слабую ступень нагрева. Не используйте духовки, которыми пользуются для приготовления пищи! Оставшийся запах надолго сохранится и сделает невозможным приготовление пищи! Если по забывчивости превысить время сушки, возможны случаи пересушки лака.
Другой способ - это естественная сушка. Просто оставляем деталь при комнатной температуре в проветриваемом месте. Обычно за 3-4 дня лак высыхает полностью. Сушка достаточно качественная, но очень уж долгая. Для ускорения процесса применяют настольные тепло-вентиляторы, при помощью которого сушка происходит за 1-2 часа.
Фото: Сушка лака с помощью тепловентилятора.
1 - тепловентилятор.
2 - Детали.
После чего включают режим холодного потока воздуха и деталь быстро остывает до комнатной температуры. Пожалуй, это единственный способ сушки для деталей, имеющих элементы, боящихся нагрева. Например, выполнение надписи на ноже, у которого уже собрана ручка. Нагревать такой нож в сушильном шкафу нельзя, можно просто сжечь ручку!
Особое предупреждение касается ножей, у которых ручка крепится к клинку с помощью склеивания эпоксидной смолой. При нагревании до 80-90 градусов смола размягчается и разрушается. При остывании она уже не затвердеет снова. С таким ножом можно работать только после разборки. Как снять ручку? Очень просто: нагрейте клинок до 80-90 градусов, и вытащите ручку!
При естественной сушке опасности пересушить лак практически нет.
Скоростной способ сушки возможен при использовании электроплитки. Деталь держат при помощи теплоизоляционного приспособления (можно плоскогубцами) над нагретой поверхностью электроплитки в 5-10 см. Способ достаточно опасен в перегревом лака и его возгоранием. Окончанием нагрева считают момент достижения температуры 100-130 град. При такой температуре капля воды, попавшая на нагреваемую деталь, шипит и катается по поверхности. Что может служить простейшим индикатором нагрева. Затем следует остывание до комнатной температуры. Если перегреть деталь, можно очень легко пересушить лак.
Качественно просушенный лак приобретает жесткость и при надавливании кончиком ногтя не остается вмятины.
8. Опасность пересушивания лака.
При перегреве либо слишком долгой сушке лак становится черезмерно прочным до такой степени, что удалить его при помощи бензина либо любого другого растворителя становится невозможно! Такой лак превращается в прочное покрытие, снять которое возможно только механическим способом: шлифовкой наждачной бумагой либо даже на наждаке!
Так можно очень легко испортить деталь либо нож. Не забывайте, о детали, находящейся в сушильном шкафу либо над плиткой! Лучше установить таймер для напоминания!
Забывчивость главная причина пересушки и пожаров!
Не забывайте о правилах пожарной безопасности! Все выше сказанные меры предосторожности остаются актуальными и при этой операции!
Внимательно осмотрите качество просушенного лака. Очень возможно появление пузырьков, возникающих при очень быстром нагреве. Их необходимо подкрасить и дополнительно недолго подсушить.
Фото: деталь после травления, пузырьки, возникшие при сушке привели к появлению нежелательно протравленых точек (выделено красным). Дефект неустранимый.
9. Операция после сушки.
Перед последующей травкой необходимо дополнительно промыть и обезжирить деталь, что делают путем легкого протирания ватой, смоченной спиртом и небольшим количеством обычного зубного порошка. Затем окончательно чистым спиртом. О необходимости этого мы уже говорили в главе, посвященной обезжириванию поверхности. Также вы дополнительно проверите прочность просушенного лака.
10. Подготовка детали к травлению.
Вовсе не обязательно закрашивать все остальные поверхности тем же лаком. Достаточно ограничиться только зоной около надписи, рисунка. Для защиты можно с успехом применять пластилин, полиэтилен и другие подручные материалы. Очень могут пригодиться пластиковые крышки и упаковка от майонеза и др. продуктов, из которой удобно вырезать необходимые шаблоны. Полиэтиленовой пленкой нужно тщательно обернуть ручку ножа, закрепив ее изолентой, скотчем. Пластилин, обычный, детский достаточно надежно защитит поверхности металла от травления. Вообще необходимо стараться по возможности обязательно защищать большие закрашенные поверхности дополнительно слоем пластилина, что даст дополнительную защиту от нежелательных протрав. Забегая немного вперед, заметим, что сразу необходимо позаботиться о закреплении электрода, место закрепления также необходимо защитить. На этом этапе не может быть каких-то конкретных рекомендаций, тут все зависит от ваших возможностей и свойств конкретной детали. Главное требование - обеспечить герметичную защиту частей, не подвергаемых травлению.
Фото: нож подготовлен для травления надписи. Ручка защищена слоем полиэтилена и скотча. Клинок защищен при помощи пластилина. Оставлена открытой только вытравливаемая надпись.
Фото: деталь подготовлена для травления. Защита при помощи пластилина. Хорошо видна проволока для подключения тока.
11. Установка для травления.
Общее устройство установки можно подробно рассмотреть на схеме. Она состоит из источника постоянного тока, сосуда (ванны) для травления с электролитом, электродов из нержавеющей стали (катодов), детали, подвергаемой травлению и проводников, соединяющих источник тока с электродами.
Поясним подробнее.
Источник постоянного тока.
В общем случае источник должен обеспечивать постоянный ток силой 3-10 ампер, обязателен амперметр, постоянно показывающий ток. Желательно иметь защиту от короткого замыкания по неосторожности, которая с успехом обеспечивается плавким предохранителем соответствующего номинала. На практике вовсе нет необходимости приобретать дорогостоящий источник тока с цифровой индикацией и встроенным таймером. Отличное решение - это устройство для зарядки автомобильных аккумуляторов. Очень возможно, что оно давно есть в вашем гараже. Да и купить недорого. Как правило, такие устройства снабжены амперметром, предохранителем и переключателем силы тока. Для мастеров, знакомых с электросхемами можно рекомендовать собрать самодельный выпрямитель. Замечу, что сглаживающие конденсаторы на выходе источника тока вовсе не обязательны, вполне пригоден выпрямленный, ток с наличием пульсаций. Для импульсных источников тока конденсатор все же необходим.
Ванна для травления.
Желательно, чтобы ванна была изготовлена из непроводящего ток материала. Например: полиэтилен, пластмассы и т.д. Главное требование: деталь должна свободно помещаться в ванне полностью погруженная в электролит. Возможно, проводить травку и в металлической посуде, но при этом необходимо изолировать как электроды (катоды) так и деталь от электрического контакта между собой. Помните, что при этом значительно увеличивается опасность поражения током! Нельзя прикасаться к металлической ванне при включенном токе! Такую ванну необходимо заземлить. Самый безопасный способ все же использовать неметаллическую посуду. Проявите изобретательность. К примеру, для травки длинных клинков мечей, сабель, шашек в качестве ванны используют обрезок полиэтиленовой трубы диаметром 150-200 мм и необходимой длины. С низу труба разумеется заглушена крышкой. Часто для травки единичного экземпляра ножа вполне можно приспособить полиэтиленовую бутыль из-под минералки, пива 1,5 либо 2 литра, предварительно отрезав верхнюю часть. Хотя электролит и достаточно безвреден, все же не рекомендуется использовать пищевую посуду для травления.
Состав электролита.
Для травки большинства современных нержавеющих сталей пригоден простой раствор поваренной соли! На литр простой (не дистиллят) горячей воды 3-5 столовых ложек соли и тщательно перемешать. Иногда рекомендуют добавлять в такой электролит 8-10 миллилитров соляной кислоты (концентрированной). Соблюдайте крайнюю осторожность при обращении с кислотой! Хотя на практике травка прекрасно проходит и без нее.
Для травления ржавеющих сортов сталей, меди, латуни, алюминия в раствор соли добавляют столовую ложку медного купороса. Он продается в хозяйственных отделах, удобрения (порошок голубовато-зеленого цвета). Замечу, что алюминий будет травиться вообще без подключения тока, с выделением большого количества тепла. Возможно закипание электролита.
Электролит относительно безвреден для здоровья, можно работать без перчаток, но будут трудно-смываемые пятна. После работы необходимо все же промыть руки с мылом в теплой воде. Вполне возможно смывать использованный электролит в городскую канализацию, совместно с большим количеством воды. Электролит имеет ограниченный ресурс работы. То есть в процессе травления он насыщается солями металла и постепенно теряет свои свойства. Также скапливаются нерастворимые осадки коричневого и зеленого цвета и загрязняют рисунок, мешают наблюдать процесс. Такой электролит нужно заменить. Либо дать отстояться и аккуратно перелить, выбросив осадок.
Раньше для травления без применения электротока использовали растворы сильных кислот. Мы не рекомендуем это делать. Это достаточно опасный и вредный для здоровья процесс, требующий вытяжной вентиляции, работать необходимо в очках с применением средств защиты. К тому же современные стали настолько устойчивы к кислотам, что потребуется много времени без гарантии результата.
А наш простой безопасный электролит справляется с любыми сталями!
Электроды (катоды, -).
Самый подходящий материал для изготовления это - мягкая нержавеющая сталь. Она используется для изготовления посуды, термосов, баков для воды, ложек, вилок. Чаще всего электроды представляют собой полоски листовой стали, расположенные с двух сторон по стенкам ванны травления. Если деталь имеет вытравливаемый рисунок с одной стороны, необходимо разместить электрод напротив вытравляемой поверхности, в противном случае возможно травление с различной (неравномерной) глубиной, что является заметным дефектом. Соответственно, если травим сразу две противоположные стороны детали (ножа) электроды должны быть с двух противоположных сторон. Размер электродов (их площадь поверхности) не особенно критичны. Главное, электрод должен превышать вытравливаемую площадь, в противном случае возможно получение неравномерной глубины травления. Для травления небольшой надписи на ноже автор с успехом воспользовался старой столовой ложкой из нержавейки. (Правда потом ее пришлось долго чистить наждачной шкуркой!) Срок службы катодов не ограниченный. Они не растворяются при работе, а только загрязняются. На них осаждаются соли металлов, при травлении латуни на них осаждается слой меди.
Фото: травление латуни. На электроде через 15 мин с начала процесса появился слой меди, который легко удаляется промывкой в горячей воде. После чего продолжили травление.
Уход за ними заключается в промывке горячей водой и немного зачистить наждачной шкуркой. Пластины катодов обязательно должны иметь отверстия, к которым крепятся клеммы подключения проводников. Простой и надежный способ - зажимание провода с помощью винта с гайкой и шайбами. Обеспечьте надежный контакт! Слабый контакт служит причиной нагрева, искрения и электрод может отключиться незаметно для вас! И потом будете гадать, почему одна сторона детали протравилась хорошо, а другая очень слабо.
Проводники.
Требований два: они должны выдерживать ток до 10 ампер без нагрева и иметь водостойкую изоляцию.
Травление осуществляют двумя способами - химическим и электрохимическим.
Химическое травление . При химическом травлении с поверхности изделий, изготовленных из черных металлов, действием травильных растворов удаляют окалину и ржавчину. Травление осуществляют в растворах серной или соляной кислот, иногда с добавками азотной, плавиковой и других кислот. Для понимания сущности химического травления рассмотрим воздействие водорода на поверхность с окисью железа, т. е. окалиной.
В серной, соляной, азотной и других кислотах атомы водорода являются составляющей частью. Например, молекула серной кислоты состоит из двух атомов водорода, одного атома серы и четырех атомов кислорода. Атомы водорода обладают свойством выделяться из кислоты, как только в нее будет помещен черный металл. Образующаяся на поверхности изделий из черных металлов окалина имеет поры и, кроме того, она покрывает поверхность металла неравномерно, поэтому серная кислота через поры достигает верхних слоев основного металла и действует на основной металл растворяющим образом, и от действия кислоты на основной металл происходит энергичное выделение водорода. Образовавшийся под коркой окалины водород вследствие все увеличивающегося давления разрыхляет на поверхности изделия окалину и сбивает ее с поверхности, что способствует очистке поверхности металла, т. е. осуществлению травления.
При травлении поверхности изделия с плотной пленкой окалины, препятствующей проникновению кислоты внутрь металла, пользуются обычно растворами соляной кислоты, так как растворы серной кислоты на такую окалину действуют значительно медленнее. Содержание серной и соляной кислот в травильных растворах не превышает 20%, применение более концентрированных растворов может привести к значительному растворению (перетравлению) основной части металла. При перетравлении металл имеет черную и глубоко изъеденную поверхность.
Водород, проникая в верхние слои металла, способствует образованию травильной хрупкости, из-за этого ухудшается качество металла.
В целях устранения травильной хрупкости и уменьшения возможности перетравливания металла в процессе травления в растворы добавляют либо так называемые травильные присадки (КС, ЧМ, УНИКОЛ), полученные путем специальной обработки отходов мясных комбинатов и других пищевых предприятий, либо органические вещества, называемые ингибиторами (замедлителями). В процессе травления пленка присадки или ингибитор закрывает доступ водороду в межкристаллические промежутки металла и прекращает химическое действие кислоты на металл.
Химическое травление поверхности изделий, изготовленных из углеродистых сталей, осуществляют в растворах серной или соляной кислот. Для травления поверхности изделий из низкоуглеродистых сталей применяют травильные растворы следующих двух составов: первый- серная кислота до 20%, присадка КС 0,1-0,2%, вода - остальное; температура нагрева первого раствора наименьшая 16-20° С, наибольшая 50-60° С; второй- соляная кислота до 20%, присадка КС 0,1-0,2%, вода - остальное; температура нагрева этого раствора 30-40° С.
Для травления поверхности изделий из углеродистых сталей часто применяют раствор следующего состава: серная кислота 200 г, хлористый натрий 50 г, присадка КС жидкая 10 г, вода 1 л. Температура нагрева этого раствора 50-60° С.
Для этой цели применяют также травильный раствор, состоящий из соляной кислоты 150 г, присадки КС жидкой 10 г, воды 1 л. Температура нагрева раствора 30- 40° С.
Для травления поверхности изделий, изготовляемых из нержавеющих и жаропрочных сталей, применяют травильный раствор следующего состава в весовых частях: серная кислота 14, соляная кислота 13, азотная кислота 1, вода 75. Температура нагрева раствора 50-70°С.
Травление поверхности изделий, изготовляемых из углеродистых сталей, выполняют в такой последовательности: заправка ванны, загрузка ванны, травление изделия, промывка изделия, контроль качества травления.
Травлением называют процесс обработки металла, в результате которого с поверхности удаляется слой определенной толщины под воздействием активных химических веществ (кислот или солей с кислой реакцией), а также постоянного тока в ванне с электролитом.
Травление металла может преследовать различные цели и применяться в промышленности и домашних условиях. Поверхность изделия, подвергаемого травлению, получает целый ряд технологических и декоративных свойств и позволяет рассмотреть его микроструктуру в металлографический микроскоп, удалить окалину и другие неметаллические включения с поверхности, получить необходимый ювелирный орнамент или подготовить к пайке.
К травлению, называемому также электрохимической гравировкой, в домашних условиях или в гараже прибегают чаще всего для получения рельефных изображений на различных предметах с декоративными функциями. Чаще всего ему подвергают стали с высокой твердостью, обработка которых обычным гравировальным инструментом требует больших усилий. Этот процесс не представляет высокой сложности даже при отсутствии художественных навыков, если соблюдать его технологию.
Подготовка поверхности металла
Для того, чтобы процесс травления протекал с высокой скоростью, а толщина удаляемого слоя была одинаковой, с поверхности изделия следует удалить все загрязнения и следы масел. Для этого подойдут обычные моющие и чистящие средства, используемые для мытья посуды, и тёплая вода. После мытья и просушки поверхность следует протереть фиброй, смоченной в растворителе, который, кроме обезжиривания, способствует удалению остатков влаги.
Отдельно стоит сказать о качестве обработки поверхности. Полировка в зеркало впоследствии гарантированно даст хороший контрастный рисунок даже при небольшой глубине травления. Но если ее выполнение невозможно по каким-либо причинам, поверхность можно обработать наждачной бумагой так, чтобы риски от нее шли в одном направлении. Это также даст хороший оптический эффект.
Нанесение рисунка
Для нанесения рисунка на металл можно использовать массу различных способов, работающих по одному и тому же механизму: участки, не подвергающиеся травлению, защищаются от воздействия агрессивной среды или электролита.
Способ №1
Самым доступным способом считается нанесение на защищаемые участки обычного лака для ногтей. Однако, он обладает рядом существенных недостатков:
- Вязкость лака не позволяет сделать линии достаточно тонкими для получения узоров высокой сложности;
- Необходимы хорошие способности в изобразительном искусстве;
- Исправление неточных линий затруднительно.
Способ №2
Для начала необходимо нанести защитный слой на всю поверхность изделия. Для этого можно использовать грунтовки ГФ-021, ХВ-062 или битумный лак, доступные в магазинах автозапчастей и хозтоваров. После полного высыхания покрытия при помощи гелевой ручки или тонкого маркера можно нанести контуры будущего изображения. Для этой задачи можно привлечь опытного художника.
Далее из медной (можно латунной) проволоки или прутка, диаметр которых выбирается исходя из удобства удержания в руке, необходимо сделать иглу с заострённым концом и процарапать грунтовку по линиям изображения до металла. Более твердый материал иглы может повредить полировку поверхности изделия.
Уже на этом этапе можно оценить рельефность будущего орнамента. Для получения участков с разной глубиной травления металла, например, контуров и полутеней, этот процесс можно проводить в два и более цикла.
Важно! В процессе грунтовка не должна откалываться. Перед нанесением рисунка стоит поэкспериментировать и убедиться в том, что она пригодна для работы.
Способ №3
Понадобится лазерный принтер, глянцевая бумага, программа для обработки изображений и утюг. Выбранную картинку необходимо отформатировать (подогнать под размер, сделать зеркальной) и распечатать. Самый доступный источник глянцевой бумаги – женские журналы.
Распечатанное изображение прикладывается к поверхности, накрывается сверху обычным альбомным листом (для защиты утюга) и проглаживается. После остывания бумага смывается под струёй воды, а слой тонера остается на поверхности металла.
Таким способом часто пользуются для травления печатных плат. Основной его недостаток – рисунок наносится только на прямолинейную поверхность.
Важно! Глянец под водой плохо виден. После высыхания необходимо убедиться в том, что он не остался на изделии.
Необходимо позаботиться о защите всех поверхностей изделия. Для этого можно использовать различные вещества. Закрыть тыльную поверхность можно обычным пластилином: он является хорошим диэлектриком.
Способы травления металла
Выбор конкретного способа зависит от многих факторов: химической активности металла, доступности химических реактивов и соображений безопасности.
Химическое травление
Выполняется в емкости с активным веществом. Для углеродистых сталей могут подойти растворы слабых кислот: лимонной, уксусной. Хорошо работает соляная кислота. К травлению в аккумуляторном электролите, азотной кислоте и преобразователе ржавчины следует относиться очень осторожно: в процессе могут выделяться ядовитые газообразные вещества, поэтому с такими реактивами лучше не работать при отсутствии вытяжного шкафа и хорошей вентиляции.
Одним из самых безопасных веществ считается насыщенный раствор хлорного железа. Его можно купить в магазинах, торгующих радиодеталями. Преимуществами раствора являются практически неограниченный срок его службы (при работе со сплавами железа) и окрашивание протравленной поверхности в ровный серый цвет.
Время протекания процесса подбирается экспериментально в зависимости от концентрации используемого реактива и активности металла.
Электрохимическое травление
Многие нержавеющие и кислотостойкие стали, например, 40Х13, 95Х18, 08Х10Н18, 03Х12Н14М2, не реагируют на воздействие кислот, поэтому для их травления используется электрохимический способ.
Для него понадобятся ванна для электролита из пластмассы или стекла, провода, клеммы и источник постоянного тока.В качестве электролита вполне сойдет насыщенный раствор поваренной соли. При выборе емкости для него следует помнить, что процесс может протекать достаточно бурно, этому ее объём должен быть в 2 раза больше, чем у электролита.
В качестве источника тока можно использовать аккумуляторные батареи, но лучше применять зарядное устройство (3 – 10А) с амперметром и возможностью регулировки параметров тока для выбора их оптимального значения. Обрабатываемая деталь при помощи клемм и проводника присоединяется к аноду (плюсовому контакту), в качестве катода можно использовать любую нержавеющую пластину, размещаемую в ванне параллельно к лицевой поверхности детали. После этого прибор включается в сеть.
Весь процесс может занимать от двух минут до получаса в зависимости от силы тока и площади рисунка. Глубину травления следует контролировать, периодически вынимая деталь из ванны. При этом не забываем отключать питание.
По окончании процесса защитное покрытие можно удалить подходящим растворителем и оценить результаты работы. Благодаря хорошей адгезии протравленной поверхности возможно создание цветного рисунка.
Для этого вся поверхность изделия задувается из баллона нитроэмалью, а после ее высыхания протирается куском чистой кожи, войлоком или другим безабразивным материалом. С полированной поверхности краска удаляется, оставаясь только во впадинах.
Уважаемые читатели, если у вас остались вопросы, задавайте их, используя форму ниже. Мы будем рады общению с вами;)
Травлением называется способ воспроизведения с помощью химических средств рисунков, орнаментов, надписей и т.п. на поверхности металлических предметов.
Травление производится двумя способами : можно покрыть веществом, на которое действует протрава, все линии и поверхности рисунка.
А можно, наоборот, защитить от действия кислот все промежутки, оставляя линии и поверхности рисунка свободными.
Если потом покрыть всю поверхность кислотой, то в первом случае рисунок получится слегка рельефным, во втором - рисунок выйдет углубленным.
Как ни проста, на первый взгляд, операция травления, начинающие часто терпят неудачу, особенно при травлении тонких и сложных рисунков.
Очистка поверхности
Прежде чем наносить предохраняющее покрытие, обрабатываемую поверхность следует тщательно очистить от тонкого налета ржавчины, жира и иной грязи. Приставший к поверхности жир можно удалить промыванием в спирте или бензине, прокаливанием или, наконец, провариванием в растворе соды или едкого натрия.
Очищенный от грязи и жира предмет погружают в 10%-ный раствор серной кислоты и оставляют в ней до тех пор, пока не исчезнет темный налет ржавчины.
После этого обрабатываемую поверхность можно отполировать, если форма предмета позволяет и назначение его не противоречит этой операции. Но подобная предварительная полировка не обязательна.
До вычищенной поверхности нельзя дотрагиваться голыми пальцами, так как на них всегда есть большее или меньшее количество жирового вещества, а на жир протрава не действует.
Когда протравливаемая поверхность вычищена настолько, что имеет свежий металлический блеск, приступают к нанесению предохранительного покрытия.
Защитное покрытие
Хорошее покрытие можно приготовить следующим образом: расплавляют 1 часть асфальта и 2 части мастики, смесь перемешивают и добавляют к ней 2 части белого воска.
По охлаждении этот состав формуют в шарики и конусы, которые завертывают сначала в тряпочку из тонкого плотного полотна, а сверху - в сухую тафту.
Состав наносится на поверхность следующим образом: обрабатываемый предмет подогревают и, слабо надавливая на поверхность, водят по ней равномерно массой, завернутой в тафту; при этом состав тает и просачивается сквозь тряпку, покрывая тонким слоем натираемую поверхность.
Когда это покрытие затвердеет, его покрывают тонким слоем свинцовых белил, мелко растертых и распущенных в растворе гуммиарабика.
Перенос рисунка
Затем при помощи синей бумаги на белую поверхность переводят требуемый рисунок или надпись. Все места, которые требуется вытравить, проскабливают до поверхности металла. Тонкой и острой гравировальной иголкой можно воспроизвести даже тончайшую тушевку рисунка.
Если хотят протравить простую фигуру или надпись, то предохранительное покрытие можно разбавить какой-нибудь жидкостью, например скипидаром, до консистенции густой масляной краски. По такому покрытию можно воспроизвести требуемый рисунок от руки иглой или даже стальным пером.
При нанесении предохранительного покрытия необходимо следить за тем, чтобы металлическая поверхность была совершенно суха, иначе покрытие местами плохо пристанет, а кислота может проникнуть тогда до металла и протравить места, которые должны остаться нетронутыми.
Рецепт протравы
Протравой для медных, латунных, бронзовых и серебряных изделий служит следующая смесь: 3 части насыщенного водного раствора азотнокислой меди и 1 часть насыщенного уксусного раствора нашатыря.
Травление
Протравливаемый предмет опускают в глиняную глазированную кюветку (ванночку), в которую наливают соответствующий растворитель.
Если обрабатываемая поверхность плоская, то можно установить ее в горизонтальном положении, вылепить по краям бортик из воска толщиной в палец и в полученную таким образом плоскую кюветку налить соответствующую кислоту.
Когда травление считают оконченным, предмет прополаскивают в чистой воде, а предохранительное покрытие удаляют нагреванием или смывают его скипидаром.
Если в углублениях останется некоторое количество протравки, то со временем она разъест металлическую поверхность местами глубже, чем требуется. Во избежание этого промытый предмет кладут на несколько минут в известковую воду, которая нейтрализует остаток кислоты.
Ряд технологий для управления удалением поверхностного слоя металлической детали при помощи специально подобранных химических реагентов называется травлением металла. Оно позволяет удалять с изделий окалину, ржавчину и окислы под действием кислот, солей и щелочей в растворах. Таким способом проводят дополнительную подготовку изделий из металла к соединению или нанесению покрытия, что улучшает сцепление деталей или наносимого слоя с основой. Чаще всего применяется травление металла химическое, осуществляемое погружением заготовки в ванну с растворенными химическими реактивами.
Способы химического травления металла
Также существуют его виды, предусматривающие дополнительную активацию травящих веществ с помощью физических факторов. Это травление металла электрохимическое (или гальваническое) под действием электрического поля или ионно-плазменное посредством ионизации частиц реагентов. Если слово «травление» употреблено без указания его вида, то речь идет о химическом травлении в водном электролите. Его еще называют «жидким», в отличие от «сухого» ионно-плазменного.
При травлении металла кислотой, как правило, серной либо соляной, в ее раствор погружают заготовку. В кислотную реакцию при этом вступают как окислы, существующие на поверхности детали, так и металл основной. От увеличения содержания кислот операции растворения ускоряются одновременно для окислов и основного металла. На скорость процесса травления металла, помимо концентрации кислоты, влияют также его температурный режим, а также химический состав окислов. Наиболее оптимальное сочетание этих факторов позволяет вести травление так, чтобы при максимально скором растворении окислов оно как можно меньше затрагивало основной металл. Помимо этого в художественном травлении, когда необходимо сохранить нетронутой часть поверхности изделия, она покрывается особым защитным слоем.
Для очистки железа от поверхностных оксидов оптимален раствор 10% соляной кислоты с температурой в 40 єС (для использования кислоты серной - 60 єС). С увеличением этой температуры возрастает и скорость процесса. Получаемые в ходе травления металла соли также способны влиять на скорость процесса. Одни из них, например FеСl2, увеличивают ее, а другие, такие как FeSO4, уменьшают.
Травление металла хлорным железом осложняется получением водорода в ходе реакций железа и кислот. Он взаимодействует с верхним слоем металла, образуя в нем «травильные пузырьки» и делая изделие более хрупким. С целью предотвращения такого эффекта в ванну с травильным раствором добавляются особые добавки, замедляющие реакции. Они, создавая специальную оболочку, защищают металл от негативного воздействия водорода.
Баки из бетона или дерева, покрытые внутри кислотоупорными материалами, служат основным оборудованием для травления металла. Для удобства погружения небольших заготовок в ванны с травильным раствором используют особые лотки с корзинами. Когда необходима очистка не всей поверхности, а только ее части, например, паяного шва, то для нанесения травильных растворов на его поверхность применяют кисточку. Затем деталь аккуратно промывают водой. Травильные пасты необходимы для очищения частей металла, покрытых ржавчиной. Участок, пораженный ржавчиной, в два приема покрывают разными слоями паст с последующим промыванием.
Для обработки поверхности детали из меди или ее сплава применяется травление металла кислотами азотной, соляной либо серной. Алюминиевые детали следует травить щелочными растворами. Никель со сплавами подлежат очистке растворами серной кислоты с добавлением хромового ангидрида. Мельхиоровые детали очищают также раствором серной кислоты, добавляя в него хромпик. При этом их нужно промывать после процедуры травления теплой водой, растворив в ней немного винного камня. В виде потравы железных либо стальных изделий пользуются растворами нашатыря либо железным купоросом, бронзовые и латунные детали требуют травления металла медным купоросом, а цинковые изделия - цинковым купоросом, а также раствором окиси хлористого цинка.
Особенности процесса электролитического травления
Электролитическое или гальваническое травление металла применяют с целью ускорения очистки деталей способом погружения в ванну с раствором, на что обычно уходит много времени. Этот процесс проходит гораздо быстрее, если металлические детали помещать в электролитическую ванну в виде катодов или анодов. Отсюда и разделение электролитического травления на катодное и анодное.
Для анодного метода травления металла в качестве электролита используются щелочные растворы солей металлов и кислот. Катодом при этом обычно служат свинец или реже железо как материалы, не растворяющиеся в электролите. Учитывая скорость процесса травления металла электролизом, в очистке изделий этим способом необходимо строго соблюдать определенный режим, чтобы не подвергать металл риску чрезмерного электролитического растворения. Характеристики анодного тока выбирают, исходя из состояния поверхностного слоя изделия, а также необходимой скорости процесса. Травление ведется в комнатной температуре. Продолжительность операции определяют опытным путем.
Катодный способ травления металла предполагает использование в виде анода свинца либо сплава его с сурьмой. В смеси с растворами кислот соли щелочного металла являются электролитом. В основе данной технологии лежит действие водорода, получаемого на катоде. Он способствует восстановлению металлов из окислов, находящихся на детали, а водород в виде газа отделяет их с поверхности металла. Этот вариант травления не подходит для заготовок из закаленной стали из-за возможного наводораживания поверхностного слоя металлической детали. Уменьшить его при использовании этой технологии травления металла возможно, если ввести соли олова и свинца в ванну с электролитом.
Гальваническое травление экономичнее в сравнении с химическим. Это касается не только затрат времени, но и количества применяемых химических средств. Кроме того химический состав потрав для такого травления не включает едких кислот, поэтому в ходе его не выделяются газы, негативно действующие на здоровье.
По завершении травления проводят нейтрализацию возможных остатков растворов после очистки на изделиях. Если этого не делать, частицы солей либо кислот могут способствовать началу коррозии металла. В целях удаления этих остатков изделия помещают ненадолго в раствор с кальцинированной содой. После этого детали промывают холодной, а затем горячей водой и высушивают. Хранение обработанных таким образом изделий не вызывает коррозии, но во избежание возможного окисления лучше сразу подвергнуть их пайке.