Травление электролизом. Декоративное травление металла
Травлением называется процесс, при котором часть металла удаляется с поверхности химическим способом. Используется такой метод для окончательной обработки детали, при подготовке заготовки перед нанесением покрытия (гальванического), а также для создания всевозможных рисунков, орнаментов и надписей.
Суть метода
Травление металлов предусматривает тщательную обработку поверхности. На изделие наносится защитное покрытие, которое стирают в месте рисунка. Затем используют или кислоты, или ванну с электролитом. Незащищенные места разрушаются. Чем больше время выдержки, тем глубже происходит травление металлов. Рисунок становится более выразительным и четким. Существуют различные способы получения гравюры (надписи): может протравливаться непосредственно само изображение или же фон. Зачастую такие процессы комбинируются. Также используют и многослойное протравливание.
Типы травления
В зависимости от используемого для разрушения поверхности материала вещества, выделяют следующие способы травления.
1. Химический метод (его еще называют жидким). При этом используются особые растворы на основе кислот. Таким образом наносят на сплавы орнаменты, надписи.
2. Электрохимическое травление металла - предполагает использование электролитной ванны. Ее заполняют специальным раствором. Также часто при этом используют соли свинца, которые предотвращают перетравливание. Этот способ имеет ряд преимуществ. Во-первых, рисунок получается более четким, а время, необходимое для завершения процесса, значительно сокращается. К тому же такая обработка металла экономична: объем использованной кислоты гораздо меньше, чем при первом методе. Еще одно несомненное преимущество - отсутствие вредных газов (протрава не содержит едкие кислоты).
3. Существует также и ионно-плазменный способ (так называемый сухой). В данном случае поверхность повреждается минимально. Такой метод используется в микроэлектронике.
Травление стали
В основном такую обработку используют для удаления окалины и различных окислов. Данная процедура требует тщательного соблюдения технологии, так как перетравливание основного металла нежелательно. В процессе применяют как химический способ, так и электролитные ванны. Для приготовления растворов используется соляная, серная кислоты. Все детали требуют тщательного обезжиривания поверхности. Даже небольшой отпечаток пальца способен испортить заготовку. В качестве защитного покрытия применяют лак на основе канифоли, скипидара, гудрона. Однако стоит помнить, что составляющие - огнеопасные вещества, поэтому приготовление лака требует большой концентрации внимания и осторожности. После того как завершилась обработка металла, происходит непосредственно сам процесс травления. По его окончании деталь необходимо очистить от лака.
Протравы, используемые для стали
Очень часто для травления стали применяют раствор азотной кислоты. Также используется соляная, виннокаменная (с небольшими добавками азотной). Твердые марки стали протравливаются смесью азотной и уксусной кислот. Глифоген - это специальная жидкость на основе воды, азотной кислоты и алкоголя. Поверхность обрабатывают таким составом несколько минут. Затем промывают (раствор винного спирта в очищенной воде), быстро сушат. Это - предварительное протравливание. Только после таких манипуляций заготовки помещаются в травильный раствор. Чугун хорошо протравливается в растворе серной кислоты.
Травление цветных металлов
Медь и сплавы на ее основе протравливаются с помощью серной, соляной, фосфорной или азотной кислот. Процесс ускоряют растворы хроматов или нитратов. Первая стадия - это удаление окалины, затем происходит непосредственно травление латуни. Алюминий (и его сплавы) травятся в растворе едкой щелочи. Для литейных сплавов используют азотную и плавиковую кислоты. Заготовки с точечной сваркой обрабатываются фосфорной кислотой. Титановые сплавы протравливаются также в два этапа. Сначала - в едкой щелочи, потом в растворе серной, плавиковой, азотной кислот. Травление титана используется для удаления окисной пленки перед нанесением гальванических покрытий. Молибден обрабатывают раствором на основе едкого натрия и перекиси водорода. Кроме того, травление металлов (например, таких как никель, вольфрам) производится с помощью воды, перекиси водорода и муравьиной кислоты.
Существует несколько способов протравливания плат. В первом случае используется вода и хлорное железо. Его можно изготовить и самостоятельно. Для этого в соляной кислоте растворяют железные опилки. Смесь выдерживают некоторое время. Также травление печатных плат осуществляется с помощью азотной кислоты. Весь процесс длится около 10 минут. По его окончании плату необходимо тщательно протереть с помощью пищевой соды, так как она отлично нейтрализует остатки едкого вещества. Еще один состав для протравливания включает серную кислоту, воду, перекись водорода (в таблетках). Гораздо больше времени занимает травление плат таким составом: горячая вода, поваренная соль, медный купорос. Стоит отметить, что температура раствора должна быть не меньше 40 градусов. В противном случае травление займет больше времени. Можно протравливать платы и с помощью постоянного тока. В качестве посуды для данного процесса можно использовать стеклянную, пластиковую тару (она не проводит ток). Заполняют емкость раствором пищевой соли. Именно он является электролитом. В качестве катода можно взять медную (латунную) фольгу.
Процесс травления для других материалов
Широко распространен в настоящее время такой вид обработки стекла, как травление. Используются пары плавиковой кислоты, фтористого водорода. Сначала осуществляется кислотная полировка поверхности, далее наносится рисунок. После данных манипуляций изделие помещается в ванну с травильным раствором. Затем стекло тщательно промывают и очищают от защитного покрытия. В качестве последнего можно применять смесь на основе пчелиного воска, канифоли, парафина. Травление стекла плавиковой кислотой используется для придания ему матовости. Существует также возможность цветного протравливания. Соли серебра придают поверхности желтые, красные, синие оттенки, соли меди - зеленые, черные, красные. Для получения прозрачного, блестящего рисунка к плавиковой добавляют серную кислоту. Если необходимо глубокое протравливание, процесс повторяют несколько раз.
Техника безопасности при травлении
Травление металлов - довольно небезопасное занятие, которое требует большой концентрации внимания. Обусловлено это работой с агрессивными материалами - кислотами и их смесями. Прежде всего, для данного процесса необходимо грамотно выбрать помещение с хорошей вентиляцией. Идеально, когда при протравливании будет использоваться вытяжной шкаф. Если же такового не имеется в наличии, то необходимо позаботиться о респираторе, чтобы избежать вдыхания вредных испарений. При работе с кислотами следует одевать резиновые перчатки и фартук. Под рукой всегда должна быть пищевая сода, которая - при необходимости - сможет нейтрализовать действие кислоты. Все травильные растворы необходимо хранить в специальных емкостях (стеклянных или пластиковых). Не стоит забывать о стикерах, на которых будет указан состав смеси, дата приготовления. Существует еще одно правило: банки с кислотами не стоит ставить на высокие полки. Их падение с высоты чревато серьезными последствиями. Художественное травление металла не обходится без использования азотной кислоты, которая является довольно-таки едкой. К тому же в некоторых смесях она может быть взрывоопасной. Чаще всего азотную кислоту используют для стерлингового серебра. Травильные растворы готовят путем смешивания кислот с водой. Стоит помнить также, что во всех случаях кислота добавляется в воду, а не наоборот.
Хочу поделится с Вами, своим опытом, в простом и интересном способе художественной обработке метала, с помощью которого, Вы сможете украсить свои изделия и при определённой практике и умении превратить их в художественное произведение.
Электрохимическое травление, разновидность обработки метала в технике гравировки. Существует также химическое травление - травление с помощью кислот, смесей кислот. Более подробно остановимся именно на электрохимическом травлении, так как, оно гораздо более безопасно и даёт больше возможностей по достижения результата, ввиду хорошего контроля и хорошего предсказуемого качества.
Суть травления, в том, что рисунок получают с помощью вытравливания углублений. На изделие наносят защитный слой покрытия, и с помощью резцов, удаляют его там где нужно протравить. В случае с кислотами, изделия просто погружают в кислоту и там, где метал не защищён, происходит разрушение метала. В случае с электрохимическом травлением в ванну для травления наливают электролит, который служит проводником электрического тока. Опускают катод (-) как правило это либо пластина нержавеющей стали, либо латунная (медная) фольга и изделие, которое является анодом (+). При пропускании постоянного электрического тока, происходит разрушение метала на не защищенных поверхностях изделия, чем дольше будет протекать этот процесс - тем глубже будет рисунок.
Схема, где 1 - ванна, 2 - катод, 3 - анод, 4 - электролит.
Различают две основные техники: когда рисунок составляют углублённые (протравленные) линии или когда вытравливается фон. Но как правило, для красивой работы комбинируют обе техники. Также существует многослойное травление - когда постепенно в процессе травления добавляют участки на изделии для травления. Таким способом получают фоновый рисунок. Также существует сквозное травление, при котором объекты рисунка становятся скульптурами (тоже многослойное травление).
И так, что нам понадобится из оборудования. Прежде всего это источник постоянного тока, в идеале с регулировкой по амперам (чем больше обрабатываемое изделие тем больше ампер). Самое доступное это зарядное устройство для аккумуляторов автомобилей. Если же нет возможности использовать такое - то подойдёт любое зарядное устройство например от мобильного телефона, магнитофона, компьютера и т.д. Главное, что бы оно было постоянного тока, но чем слабее трансформатор, тем дольше будет протекать процесс. Если же Вам достался трансформатор переменного тока, то добавив к нему диодный мост (может помочь любой радио электрик), получится трансформатор постоянного тока. Также можно использовать автомобильный аккумулятор.
Трансформатор с отдельным диодным мостом.
Зарядное устройство.
Ёмкость для травления (ванна) должна отвечать двум требованиям: быть не проводником электрического тока и вмещать протравливаемое изделие. Подойдёт пластиковая или стеклянная тара.
Ванна для травления, из пластиковой бутылки.
Электролитом служит насыщенный раствор пищевой соли в обычной (водопроводной воде). Примерно столовая ложка соли на стакан воды. Соль превращает воду в электролит. В некоторых случаях можно добавить немного соляной кислоты (необязательно). В принципе одного раствора хватает достаточно на долго, но в виду его загрязнения, наблюдать за процессом травления становится не удобно, в таком случае его лучше заменить.
В качестве электрода (катода), подойдёт любая медная или латунная фольга, которой лучше всего обернуть изнутри ванну для травления.
В качестве защитного покрытия, можно использовать многие материалы. но на мой взгляд, самым идеальным является автомобильная краска из баллончика, белого, матового цвета. Такая краска после травления хорошо снимается растворителем, и имеет хорошую адгезию. На краске такого цвета очень удобно рисовать карандашом, и при случае, можно стереть обычным ластиком. При вскрытии рисунка, такая краска не скалывается, но лучше проводить эту процедуру не позднее двух дней после окрашивания, после краска твердеет и может скалываться. Если же надо подправить уже процарапанный рисунок, то можно подкрасить место правки лаком для ногтей (он мягкий и быстро сохнет). Для простых рисунков и добавочных штрихов можно использовать перманентный маркер. При электрохимическом травлении, края протравливаются глубже, чем центр рисунка, а также происходит травление под краской на краях изделия, поэтому их необходимо защитить (закрыть) скотчем, или лучше использовать медицинский лейкопластырь. Также важно обезжирить изделие, перед нанесением краски.
Рисунок на покрытое краской изделие, можно наносить от руки с помощью простого карандаша, также, если изделие плоское, можно воспользоваться копиркой.
Далее необходимо вскрыть те части рисунка, где необходимо произвести травление. Для этого нужно воспользоваться резцами, которых лучше иметь несколько. Зоны очищенные под травление, должны быть, как можно лучше очищены от краски. Это самый важный и кропотливый процесс.
Резцы.
Сам процесс травления прост, необходимо к электроду (катоду) подсоединить минусовый провод от блока питания, а к изделию плюс. Включив блок питания в сеть, опускаем изделия в ванну, и следим чтобы от катода шли пузырьки, это говорит нам о том, что мы всё сделали правильно. Через некоторое время (здесь трудно дать конкретный совет ибо всё зависит от блока питания и площади рисунка), скажем пол минуты, достаём и визуально осматриваем глубину травление, если необходимо опускаем ещё. На изделии в процессе травления, образуется шлам, который мешает визуальному осмотру, его можно удалить аккуратно промыв в чистой воде, также можно воспользоваться очень мягкой кистью. Как я уже писал выше по краям травление происходит быстрее, поэтому, может потребоваться локальное травление, которое можно провести с помощью специальной кисточки. Кисточку изготавливаем из латунной (медной) трубки или прутка, на рабочий конец которой нитками приматываем кусочек ваты, а на другой конец подсоединяем минусовой провод. Далее вату намачиваем в электролите, и касаясь смоченной ватой рисунка продолжаем травление. важно, что бы вата всегда была смочена в свежем электролите.
Кисточка.
После травления, необходимо снять краску, для этого, нужно взять кусочек тряпки и смочив его в растворителе, обмотать изделие. Сверху обмотать полиэтиленовым пакетом. В таком виде дать полежать несколько минут, после этой процедуры краска легко сотрётся. В зависимости от желаемого результата (особенно при многослойном травлении для проявления задних слоёв рисунка), нужно обработать рисунок наждачной бумагой зернистостью 1000-2500 грит, после чего, отполировать на войлочном или фетровом круге, с помощью пасты ГОИ или другой полировальной пасты.
Подобный метод обработки, можно применять, как для углеродистых, так и для нержавеющих сталей. Нужно учитывать, что углеродистые стали, обрабатываются гораздо быстрее. Также, можно обрабатывать цветные сплавы, но необходимо, для каждого, отдельного случая подбирать режимы обработки и электролиты. Примеры можно посмотреть в разделе .
Надеюсь данная информация, была полезна для Вас, и данная технология позволит расширить Ваши возможности в творчестве.
Многие знают об электролизе воды (разложение воды электрическим током на водород и кислород). Представляю довольно простой и дешёвый способ травления плат с применением данного метода. Это очень жёсткий (в прямом смысле этого слова) процесс, поэтому для нанесения рисунка на текстолит нужно использовать вещество, которое не проводит электричество и очень прочно приклеивается к текстолиту. Перманентный маркер в данном случае плохо подходит, а тонер лазерного принтера должен идеально подходить. Для начала нужно сделать специальную ёмкость.
Для этого подойдёт любая ёмкость, в которой плата может находиться вертикально. В ёмкость надо вертикально установить пластину или повесить несколько проволочек. Далее устанавливаем текстолит так, чтобы весь лист текстолита был на одинаковом расстоянии от металлической пластины.
Вода для данной цели должна быть довольно чистой. Её сопротивление должно быть около 20 кОм или более:
В процессе травления получается водород (водород - ГОРЮЧИЙ и ВЗРЫВООПАСНыЙ газ, поэтому данный способ травления необходимо проводить в проветриваемых помещениях), оксид и возможно гидроксид меди. Соединения меди образуют зелёный желеобразный осадок, который плавает на поверхности:
Травление проходит где то за 20 - 30 минут. После травления плату необходимо промыть чистой водой.
ПОИСК ПО САЙТУ
ГРАВИРОВКА МЕТАЛЛА
ПЕРЕВОД РИСУНКОВ ДЛЯ ГРАВИРОВАНИЯ НА МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОВЕРХНОСТИ.
Советуем взять рисунок, который желательно перевести, и сделать с него обратный рисунок (через стекло). Затем покрыть металлическую поверхность слабым водным раствором гуммигута (желтая акварельная краска), положить обратный рисунок на высохшую поверхность и прогладить гладким предметом (агатом или просто ногтем большого пальца). Контур, сделанный свинцовым карандашом, отчетливо переносится, и рисунок может быть гравирован иглой и
грабштихелем.
ХИМИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ТРАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ.
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; 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.
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.
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. 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.
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.
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.
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ СПОСОБ ТРАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ.
Кроме вышеописанного травления металлов химическим путем, существует еще один способ травления с помощью гальванической батареи. Этот способ имеет много преимуществ перед химическим. Сама операция травления гальваническим способом происходит гораздо быстрее, а контуры вытравленного рисунка получаются более резкими и отчетливыми.
В cостав протравы не входят едкие кислоты, вследствие чего не образуется вредных для здоровья газов.
Если рассмотреть через лупу рисунок, вытравленный химическим способом, то окажется, что края отдельных углубленных линий неровны и что, чем глубже линия, тем она шире протравлена. При гальваническом способе травления края отдельных линий получаются совершенно гладкими, а стенки углублений вертикальными.
Описанный выше способ предварительной обработки предмета применяется и при гальваническом травлении. Обработанный предмет, служащий анодом, подвешивают в ванну, содержащую протраву, на проволоке, которая припаивается оловянным припоем к непокрытому месту; место спайки покрывается лаком. Другой конец проволоки соединен с пластинкой того же металла, служащей катодом. В качестве протравы для стали и железа употребляется железный купорос или раствор нашатыря; для меди, латуни и бронзы - раствор медного купороса; для цинка - цинковый купорос или раствор окиси хлористого цинка.
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.
СОСТАВЫ ДЛЯ ТРАВЛЕНИЯ:
меди: 1 часть спирта, 1 часть хромовой кислоты, 10 частей воды.
алюминия: 1 часть спирта, 1,5 части уксусной кислоты, 1 часть хлористой сурьмы (сурьмяного масла), 10 частей воды.
свинца: 8 частей спирта, 5 частей двухлористого олова, 80 частей воды.
ШТЕМПЕЛЕВАНИЕ ЖЕЛЕЗА И СТАЛИ.
Для штемпелевания стальных изделий (инструментов и т.п.) пользуются обычно едкими кислотами, что, однако, представляет много неудобств, не говоря уже о том, что и сама метка получается не совсем изящной.
Следующий способ во всех отношениях заслуживает предпочтения. Прежде всего готовят раствор в 400 г воды поваренной соли (86 г), медного купороса (86 г), цинкового купороса (24 г) и обыкновенных квасцов (12 г). Затем берут кусок простого мыла, смачивают его водой и натирают им то место стального предмета, на котором хотят сделать метку.
При этом обращают внимание на то, чтобы натираемое место покрывалось ровным и не очень толстым слоем мыла; после этого каким-нибудь острым предметом - шилом, гвоздем или кончиком ножа - выскабливают на мыльном слое требуемую метку так, чтобы отчетливо обнажилась поверхность металла. Теперь остается только заполнить полученное в мыльном слое углубление несколькими каплями вышеуказанного раствора и оставить в таком виде предмет на несколько минут. Если затем смыть слой мыла водой и протереть насухо предмет, то на его стальной поверхности ясно выступит красивая метка цвета меди.
Для вытравливания надписей на железных или стальных изделиях применяют по большей части разведенную азотную кислоту (15-20%-ную); Для нанесения кислоты на металлический предмет служит резиновый штемпель, но только изготовленный из гораздо более твердой резины, чем обыкновенные штемпеля для красок, что достигается более продолжительным процессом вулканизации.
Для того чтобы получить отчетливое травление буквы, штемпеля должны быть возможно более ясными и тонкими. Вместо подушки применяют кусок стекла, на который кладут кусок полотна. На последний наливают столько кислоты, чтобы он целиком пропитался, и к нему плотно прижимают штемпель. После этого слегка прикладывают штемпель к металлу, подлежащему травлению, и оставляют предмет на продолжительное время, а затем протирают керосином, а для предупреждения образования ржавчины - костяным маслом.
ШТЕМПЕЛЕВАНИЕ ЛАТУНИ.
Для нанесения на гладкой латунной поверхности прочных надписей непригодны обычно применяемые краски для штемпелей. Для этой цели необходимы так называемые "протравы", которые предварительно наносят либо на стеклянную пластинку, либо прямо на чистую подушку для штемпелей. Собственно штемпелевание можно производить обыкновенными резиновыми штемпелями.
"Протравы" состоят из раствора хлористой соли какого-либо металла; например, смесь из равных частей хлористой меди и хлористого висмута дает хороший отпечаток. Для этой цели в фарфоровой ступке стирают вместе обе соли, причем разводят растворенной соляной кислотой и сохраняют в плотно закупоренной склянке
Можно также стереть вместе I часть сулемы с 2 частями хлористой сурьмы, добавив к смеси немного соляной кислоты, и в результате получится жидкость, пригодная для штемпелевания.
