Размерное травление алюминия

Травление алюминия в домашних условиях

Травление алюминия (изделий из данного металла) осуществляется для того, чтобы очистить его поверхность от верхнего, ненужного слоя либо от ржавчины. Также еще существует такая его разновидность — художественное травление, когда необходимо выгравировать рисунок на поверхности детали из металла.

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.

Далее будет рассмотрен каждый из способов травления алюминия более подробно. Также выясним, какой метод наиболее безопасный в домашних условиях.

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.

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.

Метод травления щелочью алюминия, с одной стороны, является достаточно недорогим, но он очень трудоемкий.

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.

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.

https://www.youtube.com/watch?v=TJYlwkcKJt4

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.

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).

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.

Гальванический метод

Второй способ травления – гальванический. Он более простой и по времени происходит намного быстрее. А в результате получается очень качественная поверхность изделия, четкие контуры рисунка (при художественном способе, как разновидности гальванического).

Особенность данного метода заключается в том, что в нем применяют источник электрической энергии (4-5 В).

Также понадобится ванна такого размера, чтобы в нее поместилось изделие из алюминия. Материал, из которого изготовлена ванна, должен быть диэлектриком. Состав ванны для травления алюминия – это раствор медного купороса и поваренной соли.

Перед началом процесса заготовку необходимо очистить, а также обезжирить. Далее припаять оловом к изделию медную проволоку и опустить ее в раствор едкого натра, а потом – в раствор серной кислоты. Через 2 минуты достать и промыть под потоком горячей воды. Запрещено в этот момент изделие трогать руками.

В данном методе применяются две так называемые опоры, которые необходимо присоединить к аноду (положительный заряд) и катоду (отрицательный) источника электроэнергии. Важно, чтобы эти опоры располагались поперек ванны. На опору с анодом крепится заготовка из алюминия, а на вторую – заготовка из другого металла.

Все это опускается в ванну и выдерживается определенное количество времени. После этого промывается скипидаром и дообрабатывается шлифованием и полированием.

Художественное травление

Этот вид гальванического метода достаточно популярен в настоящее время. С его помощью можно делать авторские рисунки, гравировку, художественные оттиски, орнаменты на любой заготовке из металла.

И в результате получается очень четкий, красивый рисунок. Так сказать, авторская работа, которую можно оставить себе или подарить.

Сам оригинал изображения можно нарисовать самостоятельно или распечатать (с помощью лазерного принтера) на бумаге. Далее на поверхность наклеить скотч и смыть бумагу горячей водой. По итогу изображение должно остаться на скотче. Оставить высохнуть. А тем временем необходимо подготовить поверхность металла, на которую будет наноситься рисунок – обезжирить ее спиртом.

Затем приклеить скотч с рисунком на поверхность заготовки, при этом выпуская из-под него пузыри воздуха. Снимается раскаленным шилом лишний клей и все ненужное, кроме самого изображения.

Травление осуществляется тем способом, который уже описан выше – гальваническим.

Внимание: при этом процессе есть вероятность выделения вредных газов, поэтому людям лучше выйти из помещения.

Таким образом, травление алюминия в домашних условиях вполне осуществимо. Только обязательно необходимо выполнять все важнейшие меры предосторожности!

Источник: https://autogear.ru/article/320/699/travlenie-alyuminiya-v-domashnih-usloviyah/

Металлография алюминия: подготовка микрошлифов

Изучение микроструктуры является одним из главных средств исследования различных металлов и сплавов, в том числе алюминия и алюминиевых сплавов. Это дает возможность определять влияние различных деформационных и термических обработок на свойства готовой алюминиевой продукции, а также анализировать причины ее брака.

Основные микроструктурные изменения в алюминии и алюминиевых сплавах происходят при их затвердевании из жидкого состояния, гомогенизации, горячей или холодной обработки, отжига, старения. Хорошая интерпретация структуры дает возможность выявить полную технологическую историю образца.

Металлография алюминия

Вообще металлография алюминия и его сплавов является довольно трудной задачей. Дело в том, что алюминиевые сплавы имеют великое множество химического состава и весьма широкий спектр по твердости и другим механическим свойствам.

Поэтому методики, которые применяются для микроскопических исследований алюминиевых образцов, могут значительно отличаться для мягких и твердых алюминиевых сплавов.

Все эти компоненты микроструктуры проявляются в различных комбинациях в зависимости от типа сплава и его деформационной и термической истории. Вместе с тем, некоторые методы подготовки образцов и их исследования являются общими для всех алюминиевых сплавов. В отдельных случаях требуются специальные методики исследования микроструктуры.

Микрошлиф для световой микроскопии

На практике, особенно в заводских условиях, обычно применяют световую микроскопию. Электронную микроскопию, более сложную и дорогую, чаще применяют в научных исследованиях.

Принципы подготовки образцов для световой микроскопии – микрошлифов – из алюминиевых сплавов в целом такие же, как и у большинства других металлов. Перед вырезкой образца и его травлением необходимо внимательно осмотреть его. Если исследуется поверхность излома, то необходимо надежно защитить ее от повреждения и загрязнения.

Выбранную часть материала вырезают с помощью абразивной пилы на некотором расстоянии от плоскости, которая будет изучаться. Это необходимо, так несколько десятков микрометров будет удаляться при механическом шлифовании. Для предотвращения нагрева образца и изменения структуры образца при резке применяют охлаждающую эмульсию.

Подготовка поверхности микрошлифа

Сначала получают приблизительно плоскую поверхность (опиловкой, обработкой абразивами). Для удобства выполнения этой операции образцы помещают в специальный зажим из двух пластин или заливают, например, в эпоксидную смолу.

Заливку производят следующим образом. На металлическую или керамическую пластинку устанавливают круглую или квадратную оправку (например, стальную). Внутрь оправки помещают образец таким образом, чтобы подготавливаемая поверхность опиралась на пластинку. Затем эпоксидную смолу с отвердителем заливают в оправку.

Шлифование микрошлифа

После получения приблизительно плоской поверхности образец шлифуют наждачной бумагой, которую для этого помещают на плоское основание (обычно на стекло) или закрепляют на вращающемся круге.

Шлифование проводят последовательно наждачной бумагой с различным размером зерна – сначала крупнозернистой, а затем мелкозернистой.

При смене сорта бумаги – шкурки – меняют на 90º направление движения образца по наждачной бумаге относительно направления круга. Это дает лучшее удаление гребешков и рисок от предыдущего шлифования. Частицы абразивного материала с поверхности образца после шлифования удаляют обдуванием воздухом или, лучше, промывкой водой.

При шлифовании большинства алюминиевых сплавов – весьма мягких – наждачную бумагу предварительно смачивают в керосине, натирают парафином или просто смачивают водой.

Полирование микрошлифа

Оставшиеся после шлифования мелкие риски удаляют полированием. Обычно применяют механическое полирование, а также химико-механическое и электрохимическое.

Механическое полирование производят на вращающемся круге с натянутым или наклеенным полировальным материалом – фетр,  бархат или тонкое сукно. На полировальный материал непрерывно или периодически наносят абразивное вещество с частицами очень малых размеров (окись алюминия, окись железа, окись хрома).

Полировальный круг должен быть влажным, а нажим образца на него незначительным. Скорость вращения круга диаметром 250 мм должна составлять 400-600 оборотов в минуту.

Полирование микрошлифа считают законченным, когда его поверхность приобретает зеркальный блеск и даже под микроскопом не видны риски или царапины.

Сушка микрошлифа

После полирования, независимо от способа его выполнения, микрошлиф промывают водой, затем протирают спиртом и высушивают фильтровальной бумагой.

Травление микрошлифа

После полирования микрошлиф готов к травлению. Травление является по существу контролируемым процессом коррозии в результате электролитического взаимодействия между областями поверхности с разными потенциалами.

Для чистого металла или однофазных сплавов потенциал возникает между различно ориентированными зернами, между границами зерен и внутренними участками зерен, между примесными фазами и алюминиевой матрицей или участками с различным химическим составом.

Эти различия в потенциалах и дают различное растворение различных компонентов металла или сплава и, в конечном счете, выявление микроструктуры. Поэтому качество полировки влияет на развитие истинной микроструктуры. Неправильная подготовка поверхности образца может привести к искажению информации о структуре.

Травители для алюминия и его сплавов

Травителей, которые применяют для микроскопических исследований алюминиевых сплавов, довольно много – по крайней мере, не один десяток. Наибольшее применение из них на практике нашли реагент Келлера, 1 %-ный раствор NaOH и 0,5 %-ный раствор плавиковой кислоты.

Реагент Келлера

Реагент Келлера:— 2 мл плавиковой кислоты HF (48 %);— 3 мл соляной кислоты HCl;

— 5 мл 190 мл воды H2O.

Этот травитель дает возможность выявлять границы зерен и выделения во многих деформируемых сплавах.

Источник: http://aluminium-guide.ru/metallografiya-alyuminiya-podgotovka-mikroshlifov/

Травление поверхности. Часть 1

При изготовлении и хранении металлические изделия подвергаются воздействию окружающей среды, в результате их поверхность покрывается продуктами коррозии или термической окалины. Этот слой не только ухудшает внешний вид изделий, но и затрудняет выполнение последующих технологических операций.

Перед осаждением на изделия гальванических покрытий их поверхность должна быть очищена от всяческих загрязнений и окислов. Загрязнения удаляются в процессе обезжиривания (см. «Обезжиривание поверхности.»). От окислов и термической окалины поверхность очищается в процессе травления.

Травление может осуществляться в растворах  химическим или электрохимическим способом

Гальваническая линия для травления поверхности

Химическое травление проводят путем погружения изделий в травильный раствор без воздействия электрического тока.

https://www.youtube.com/watch?v=JueMn7RPviY

Наибольший процент деталей, покрываемых в гальваническом цехе, из низкоуглеродистой стали, которые имеют на поверхности окисный слой, неравномерный по толщине. Слой окалины пористый, поэтому при травлении в растворах кислот вместе с окислами происходит частичное растворение металла.

Для травления окисла двухвалентного железа используют в основном растворы серной и соляной кислот. Необходимо процесс травления осуществлять таким образом, чтобы травление в растворе основного металла было минимальным. Это зависит от состава раствора, концентрации кислот и температуры.

В растворе соляной кислоте, в отличие от серной, травление окалины происходит за счет ее химического растворения. На практике используют 10 – 20 % растворы соляной кислоты при комнатной температуре.

При травлении в растворе серной кислоты оптимальная концентрация 20 – 25%, температура 50 – 600С.

Процесс травления, кроме удаления окалины, сопровождается выделением водорода, при этом в растворе происходит наводораживание поверхности, приводящее к охрупчиванию. Для предотвращения сорбции металлом водорода в травильные растворы вводят ингибиторы: катапин К-И-1, синтанол, уротропин и др. в количестве 3 – 5 г/л.

При травлении в растворах легированных сталей, ввиду наличия термической окалины, требуется применение более активных растворов. Целесообразно проводить травление в растворах  в  две стадии: разрыхлить основной слой окалины в растворе 20% — ной соляной или серной кислоте, а закончить травление  в растворе 20 – 40%-ной азотной кислоте.

Для ускорения процесса очистки поверхности применяют электрохимический метод травления, который можно проводить как на аноде, так и на катоде

При анодном травлении сначала происходит травление в растворе оксидной пленки, а затем образование пассивной пленки. Процесс травления протекает интенсивно, поэтому важно не перетравить поверхность детали, которая является анодом. Анодное травление применяется для деталей простой формы из углеродистой и легированной стали.

Составы растворов  электролитов для анодного травления  углеродистых сталей, г/л:

Раствор 1:

Серная кислота  200 – 250Железо сернокислое 7-ми водное  1 – 2Натрий  хлористый  20 – 25

Температура  раствора  40 – 500С, ДА= 5 – 10 А/дм2 , время 10 – 20 минут

Раствор 2:

Соляная кислота  8 – 10Натрий хлористый  40 – 50Железо хлористое 6-ти водное  140 – 150

Температура раствора 18 – 350С, ДА= 5 – 10 А/дм2 , время 5 – 10 минут

Плотность анодного тока выбирается в зависимости от состояния поверхности при травлении в растворе электролита и от требуемой скорости процесса.

Составы растворов электролитов для катодного травления  углеродистых сталей, г/л:

Раствор 1:

Серная кислота  100 – 150
Температура  раствора  40 – 500С, ДК= 3 – 10 А/дм2, время 10 – 15 минут.

Раствор 2:

Серная кислота  50 – 60Соляная кислота  25 – 30Натрий хлористый  15 – 20

Температура раствора  60 – 700С, ДА= 10 – 15 А/дм2 , время 10 – 15 минут

Катодное травление в растворе электролита применяется главным образом для удаления оксидов с поверхности деталей, подвергнутых термической обработке и закалке в масле.  В качестве анода используется свинец.

В случае затруднений при очистке поверхности – обращайтесь за услугами к нам.

Внимание! Учебный курс по гальванике! Узнать подробнее…

Запись опубликована в рубрике В помощь технологам. Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Источник: http://blog.tep-nn.ru/?p=1644