Гальваническое травление металла

Гальваническое травление металла

Травление металла гальваническим способом отличается от жидкого отсутствие необходимости использования кислот, дающих вредные испарения и считается наиболее безопасной методикой. Гальванический способ травления подразумевает под собой использование электролитических растворов на основе медного, железного, цинкового купороса и нашатыря. Сама операция гальванического травления металла происходит гораздо быстрее, а контуры вытравленного рисунка получаются более резкими и отчетливыми. Химическое травление проводят путем погружения изделий в травильный раствор без воздействия электрического тока. 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. В состав протравы не входят едкие кислоты, вследствие чего отсутствуют вредные испарения и не образуются вредные для здоровья газы.

Процесс травления

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 – 60 0 С. Учитывая различный характер воздействия кислот на железо и его окислы, для травления применяют смеси растворов: серной кислоты – 5%, соляной – 15% или серной 10%, соляной – 10%.

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. Если разные части рисунка требуется протравить до различной глубины, то через некоторый промежуток времени предмет вынимают из ванны, споласкивают те места, которые не требуется вытравлять глубже, и наносят на них предохранительное покрытие, а затем снова подвешивают предмет в ванну и продолжают травление.

В зависимости от материала заготовки используются разные электролитические растворы:

Травление что это такое

Травление шлифов – одна из важных стадий металлографического препарирования. Травление позволяет увидеть структуру металлов и сплавов.

Что можно увидеть без травления? Неметаллические включения в стали, например включения сульфидов (рис.1,а); о сульфидах можно прочитать в этом же разделе сайта. Можно пронаблюдать трещины в металле (рис.1,б). Можно увидеть линию спая двух металлов и отпечатки индентора микротвердомера (рис. 2,а). Можно определить форму включений графита (рис. 2,б), в данном случае графит пластинчатый. Поэтому шлифы исследуют сначала без травления. Это обязательный этап исследования.

а	б

Рисунок 1. Неметаллические включения в стали (а) и трещина в образце сплава Д16 (б)

а	б

Рисунок 2. Сварной шов (а); пластинчатый графит в сером чугуне (б).

Если речь идет о сером чугуне, то основная задача исследования нетравленного шлифа – этот определение формы и размеров включений графита. Например, на рис.3,а показан графит шаровидной формы – (по ГОСТ 3443-87 — шаровидная неправильная, Шгф4). После травления видна структура матрицы – феррито-перлитная, причем перлит сосредоточен вокруг включений графита. По рис.4,а можно сделать вывод, что графита в структуре этого чугуна немного, и он имеет форму мелких пластинок. После травления видно, что это половинчатый чугун в котором углерод присутствует как в виде графита, так и в виде цементита.

а	б

Рисунок 3. Структура чугуна с шаровидным графитом: а – без травления, б – после травления.

а	б

Рисунок 4. Структура половинчатого чугуна: а – без травления, б – после травления

Иногда без травления на шлифах ничего не видно так сказать «по существу». На рисунке 5 показана структура сплава алюминий-медь, в который по недосмотру попало некоторое количество кремния. Он и виден на нетравленных шлифах в виде забавных фигур, которые можно посмотреть на этом сайте в разделе «Металлографические аналогии». Сама структура сплава без травления не видна (рис.5,а). После травления можно видеть зерна твердого раствора меди в алюминии (рис.5,б). Почему кремний так хорошо виден? Дело в том, что кремний и алюминиевый сплав существенно различаются по твердости и стойкости к истиранию. Поэтому граница между такими фазами хорошо обозначается уже при полировке шлифа.

а	б

Рисунок 5. Сплав Al-4,5%Cu: а – без травления, б – после травления.

Сплавы системы алюминий-кремний (силумины) вообще часто не травят, потому что существенная разница в свойствах матрицы (твердого раствора кремния в алюминии) и кремния позволяет видеть структуру без травления (рис.6,а). Это проявляется и для чугуна (рис. 6,б), который имеет фазы, существенно разные по твердости. Без травления на шлифе виден графит (черные включения) и цементит (светлая фаза). Правда, здесь применена апертурная диафрагма для улучшения контраста. Но для того, чтобы увидеть другие структурные составляющие (перлит, феррит, аустенит) требуется травление.

Простой способ электрохимического травления рисунков на металлах

Следующим шагом мастер подготовил чертеж в программе CorelDraw, и вырезал его на самоклеящейся пленке Oracal при помощи режущего плоттера.

Это устройство весьма дорогое, и имеется далеко не у каждого. Но есть простое решение — достаточно отнести файл своего проекта в компанию, занимающуюся наружной рекламой. Они могут вырезать нужный рисунок за весьма небольшие деньги.

Собственно говоря, части этой пленки будут служить защитным слоем, под которым не будет происходить реакция с металлом. Вместо пленки можно использовать женский лак для ногтей, аэрозольную краску, и другие покрытия. Останется только процарапать в их поверхности нужный рисунок, но качество будет зависеть только от ваших способностей.

Для переноса вырезанных элементов лучше воспользоваться транспортной пленкой. С ее помощью удобно перенести сразу множество мелких объектов. В конце статьи Вы поймете, почему.

Эта пленка наклеивается поверх готовых элементов, и удаляется защитная подложка. После наклеивания на металл, пленка легко снимается, а сами детали рисунка остаются на поверхности.

У Олега всего два элемента, поэтому он перенес их на банку вручную.

В центральных частях несколько элементов не успели прореагировать. Они попросту «отключились» от источника питания, так как между их краями и анодом — разрывы.

Автор удаляет их при помощи ножа.

Вы сомневаетесь насчет травления других металлов этим способом? Вот мои работы шестилетней давности. Материал — медицинская нержавеющая сталь (ее даже кислоты не берут).

Это были пробные заготовки для пряжек. Про размеры — диски имеют диаметр 80 мм, толщина стального листа была 4 мм. Глубина травления составила около 0,2-0,35 мм.

Без транспортной пленки перенести все эти элементы (мантра ОМ) просто невозможно. Для улучшения травления в раствор добавлялось небольшое количество лимонной кислоты. Источником питания служил старенький компьютерный блок питания, использовался выход на 12 В. К сожалению фотографий техпроцесса у меня почти не осталось, написал бы целую статью. А так — в этом деле опыт набирается очень быстро.

Благодарю Олега за простой способ электрохимического травления металлов, и способ закрепить элементы на эпоксидной смоле!

Всем крепкого здоровья, удачи, и интересных идей!

Авторское видео можно найти здесь.

Травление

Значение слова Травление по Ефремовой:
Травление — Процесс действия по знач. глаг.: травить (1*2). Процесс действия по знач. глаг.: травить (2*).

Травление в Энциклопедическом словаре:
Травление — химическое или электрохимическое растворение поверхноститвердых материалов с практической целью. Различают травлениетехнологическое (удаление окалины, изготовление интегральных схем ипечатных плат, углубление пробельных участков типографских клише,повышение гидрофильности пробельных элементов форм плоской печати и т. д.)и структурное (выявление особенностей макро- и микроструктурыкристаллических материалов, диагностика рудных минералов, выявлениедефектов рудных минералов, дефектов в кристаллах и т. д.).

Значение слова Травление по словарю Ушакова:
ТРАВЛЕНИЕ
травления, мн. нет, ср. (мор., авиац.). Действие по глаг. травить 2. ТРАВЛЕНИЕ
травления, мн. нет, ср. (спец.). Действие по глаг. травить 1 в 6 и 7 знач.

Определение слова «Травление» по БСЭ:
Травление — в технике, растворение поверхности твёрдых тел с практической целью (в отличие от коррозии). Различают Т. технологическое — для обработки и изменения формы поверхности металлов, полупроводников, стекла, древесины и др. материалов, и структурное — для выявления структуры кристаллических материалов (см. Металлография, Минералогия).
Технологическое Т. (чаще всего химическое) применяется, например, для очистки от окалины или для получения требуемого вида поверхности металлических полуфабрикатов, при лужении, пайке. Т. типографских клише заключается в обработке кислотой участков металлических (преимущественно цинковой) пластины, не защищенных кислотоупорным слоем; при Т. эти участки оказываются углублёнными. Подобное Т. для создания необходимого профиля поверхности широко распространено в современной технологии полупроводниковых приборов, для изготовления интегральных схем (см. также Микроэлектроника) и печатных плат в электронике (см. Печатные схемы). Для получения нужного рисунка схемы на полупроводниковые кристаллы или покрытые металлической фольгой (медной, алюминиевой, олово-никелевой и др.) печатные платы наносится химически стойкий слой диэлектрика, а свободные от него участки подвергаются Т., например для удаления металлического слоя.
Т. полупроводниковых материалов — важная операция при изготовлении полупроводниковых приборов и в эпитаксиальной технологии (см. Эпитаксия) — для очистки поверхности от загрязнений и окислов; для удаления нарушенного слоя после механической обработки и контролируемого удаления материала с целью получения пластин заданной толщины с совершенной поверхностью; для контролируемого изменения поверхностных свойств; для создания нужного рельефа на поверхности пластин (например, для вытравливания лунок при изготовлении различного типа сплавных и поверхностно-барьерных Транзисторов); для ограничения площади р-n-переходов в готовых диодных и триодных структурах. Стекло подвергают Т. для образования на нём рисунка или матовой поверхности, дерево — для придания не свойственного ему вида. Электрохимическое Т. успешно применяется для металлов и сплавов, химическое Т. которых затруднено (тантал, молибден, вольфрам, жаропрочные сплавы), а также для полупроводников. Преимущества электрохимического Т. по сравнению с химическим — чистота поверхности (на ней не остаётся никакого осадка) и чрезвычайная гибкость в управлении процессом.
Структурное Т. — протравливание полированных шлифов кристаллических материалов, поверхности слитков и полуфабрикатов, граней или сколов кристаллов различными химическими реактивами; при этом выявляются особенности химического и фазового состава и кристаллического строения, которые можно наблюдать невооруженным глазом (Макроструктура) или с помощью микроскопа (Микроструктура). Структурное Т. используется для научных исследований, в прикладной минералогии (в том числе для диагностики рудных минералов) и в промышленности — для контроля структуры при производстве металлов, сплавов, полупроводников и диэлектриков. По симметрии фигур Т. на гранях определяют ориентацию кристаллов. Метод фигур Т. успешно применяется главным образом в технологии полупроводников, для выявления дефектов в кристаллах; малоугловых и двойниковых границ, дислокаций и дефектов упаковки.
Лит.: Жадан В. Т., Гринберг Б. Г., Никонов В. Я., Технология металлов и других конструкционных материалов, 2 изд., М., 1970; Травление полупроводников, пер. с англ., М., 1965; Справочник по печатным схемам, пер. с англ., М., 1972; Коваленко В. С., Металлографические реактивы. Справочник, 2 изд., М., 1973; Курносов А. И., Юдин В. В., Технология производства полупроводниковых приборов, М., 1974; Пшеничнов Ю. П., Выявление тонкой структуры кристаллов. Справочник, М., 1974.
Г. В. Инденбаум.