Травление металла: виды, технология, травители

Для чего применяют травление

Травление как способ обработки металла позволяет мастеру выполнять технические действия. Однако, если говорить про травление в домашних условиях, то чаще всего его используют для создания орнаментов и декоративных узоров на клинках и других металлических изделиях.

Сегодня многие люди занимаются производством всевозможного холодного оружия и инструмента в домашних условиях. При этом, подобные авторские вещи украшаются орнаментом. Травление ножа, топора позволяет мастеру быстро создать своеобразное декоративное украшение лезвия.

Начиная работы, травильщик первым делом подготавливает эскиз будущего орнамента или рисунка. Сегодня это можно легко сделать с помощью специальных программ, которые позволяют создавать изображения. Если узор планируется нанести на обе стороны клинка, то тогда распечатывают два эскиза. После того как изображение подготовлено, оно переносится на лезвие с помощью ручки, а в дальнейшем процарапывается с помощью скрабера.

При этом еще до нанесения рисунка, металлическую поверхность нужно хорошо вычистить, освободить от ржавчины. Дальше железо в местах нанесения узора обрабатывается специальным составом и обезжиривается. Также следует позаботиться о торцах будущего ножа, защитив их от последствий воздействия соленого раствора или кислоты.

Травление можно производить двумя разными способами. Первый предполагает полное погружение металла в емкость с электролизом. Второй вариант это точечное нанесение кислотного состава на конкретные участки поверхности с помощью ватного тампона. В обычных условиях изделие погружается в раствор на десять, пятнадцать минут. Однако, этот параметр сильно зависит от типа выбранного электролиза.

После того как травление окончено, лезвие промывают водой и проверяют полученный результат. Если все получилось как надо, тогда остается произвести шлифовку ножа, удалив, таким образом, остатки коррозии, придав ему соответствующий вид.

Метод позволяет создавать по-настоящему замечательные и красивые изделия.

Какое оборудование необходимо для успешного травления в домашних условиях

Травление металла в домашних условиях это достаточно простая процедура, которая не требует от человека особых навыков. Но для того чтобы произвести успешное травление нужно подготовить некоторые предметы и оборудование.

Емкость из стекла или пластика. Только такие материалы могут выдержать химическую реакцию, которая сопровождает процедуру , а также способны противостоять кислотной среде.
Соль поваренная. Это вещество чаще всего используется для создания электролиза.
Медная пластина. Они играет роль клеммы, которая распространяет ток внутри емкости.
Источник энергии. В качестве него может использоваться зарядка для телефона.
Провода для соединения клемм и зарядного устройства.

Травление с помощью зарядного устройства от телефона, как показывает практика, позволяет эффективно обрабатывать даже поверхности, сделанные из стали высокой стойкости.

Действия при химической реакции

Во время реакции образуется налёт, которого будет становиться всё больше. Он тормозит весь процесс, поэтому нужно периодически смывать его водой. Не стоит этого делать при помощи различных щёточек, кисточек и прочих инструментов, потому что можно повредить краску. А ведь она словно держит весь рисунок, и будет обидно, если, осуществляя травление ножа, к примеру, рисунок на нём вы ненароком повредите. Это очень тонкая работа, требующая твёрдой руки и терпения.

Читать также: Ручная лебедка механическая рычажная

От времени, в течение которого металл будет пребывать в растворе, напрямую зависит глубина рисунка. Точных критериев не существует, поэтому каждый мастер должен сам наблюдать за ходом химической реакции. И только проделав это несколько раз, можно будет с уверенностью говорить, какое время необходимо для проявления желаемого рисунка на задуманную глубину.

Электрохимические методы нанесения маркировки на металл

Кроме механической, также существует и электрохимическая маркировка – это технология нанесения изображений, логотипов, буквенно-цифровой информации при помощи электрического тока и кислоты.

Технология электрохимической маркировки металла

Электрохимический маркиратор представляет собой установку, содержащую блок питания. Он через электрод подает электрический ток на деталь, который, проходя через смоченные в электролите материал и специальный диэлектрический трафарет для маркировки, оставляет вытравленный след в пустом месте. Трафарет, при этом, должен плотно прилегать к поверхности маркируемой детали.

Электролит для электрохимической маркировки представляет собой солевой раствор, который ускоряет процесс передачи заряженных электронов между потенциалами. Эффективным напряжением для протекания реакции травления является предел от 3 до 15 В. Особенность данного метода нанесения маркировки на металл заключается в том, что границы получаются в некоторой степени нечеткими. Поэтому логотип и детали на нем должны быть достаточно крупными.

Метод электромаркировки является самым доступным и простым среди всех используемых технологий нанесения какого-либо изображения или отдельной информации на стальные изделия.

Электрохимическая маркировка нержавейки с установкой SteelGuard Mark

Для выполнения качественной маркировки изделий из нержавеющей стали первой на территории России и СНГ представила собственную разработку – установку для электрохимической маркировки SteelGuard Mark.

Это оборудование, с помощью которого электротехническим способом наносится простая и сложная маркировка с достаточно высоким качеством. Можно наносить два вида маркировки в зависимости от типа тока. Белая маркировка выполняется при постоянном токе, а черная, соответственно, при переменном.

Особенность применения установки для маркировки металла заключается в ее экономичности. Для выполнения маркировки с помощью SteelGuard Mark требуется меньше мощности, чем при лазерном и трафаретном типе.

Установка SteelGuard Mark способна выполнять не только электрохимическую маркировку нержавеющей стали. С ее помощью также можно выполнять травление и полировку деталей. Маркировка производится путем переноса изображения через трафарет. Для работы прилагаются графитовые электроды для работы на AC и DC токах. Качество и деталировка получаемого изображения зависит от степени точности изготовления трафарета для гравировки.

Для выполнения электрохимического маркирования металла при помощи оборудования SteelGuard необходимо:

Заказать установку SteelGuard Mark (или способные также и наносить маркировку многофункциональные установки для очистки сварных швов SteelGuard 685 и SteelGuard 425);
Создать макет при помощи программы CorelDraw и заказать изготовление трафарета на основе готового эскиза;
Выполнить процедуру нанесения маркировки, которая длится несколько минут.

Трафарет для маркировки металла можно использовать более 200 раз.

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.

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.

Где может потребоваться травление металлов?

Травление металлов – процесс снятия некоторого слоя металла путем нанесения на требуемую поверхность химического раствора. Как правило, химические соединения (например, азотную кислоту) растворяют в спирте. Таким образом, полученным раствором осуществляют травление деталей. Например, в материаловедении, для того, чтобы увидеть структуру металла в мощный микроскоп (разглядеть мартенсит, перлит, феррит и т.д.), нужно протравить предварительно подготовленный шлиф (доведенную до зеркального состояния поверхность). Также исследуют образцы-свидетели цементированного, азотированного и т.д. слоев. Образцы разрезают, делают на них шлиф, травят его и измеряют с помощью микроскопа, на окуляр которого нанесена линейка, измеряют слой – глубину проникновения нитридов или углерода. Пропорция «травилки»: около 10-15% азотной кислоты и 85-90% спирта. Есть и другие растворы: например, для нержавеющих сталей (так как «азотка» их не берет) — Марбле.

Перед пайкой или сваркой алюминия, его также подвергают процедуре травления с целью удаления окисной пленки с его поверхности. В качестве активного вещества используется азотная кислота. Читайте подробнее в статье «Сварка алюминия» (см. ответ на вопрос №2).

Сегодня подробно остановимся на художественном травлении металла, с целью придания изделиям оригинальности, необычного внешнего вида.

Как видите, химическое травление весьма востребовано в различных сферах народного хозяйства: в промышленности и даже в искусстве.

Гальваническое травление металла

Это так называемый электролитический метод травления. Обычно используется анодное травление. На аноде происходит отрыв оксидной пленки, что ведет к выделению кислорода и вытравлению металла, который контактирует с раствором.

Плюсовой анод подключается к заготовке, которую следует протравить. К катоду подключается вспомогательный металл, который будет собирать на себе вытравленные из заготовки частицы.

Для работы мастеру потребуется лишь источник постоянного тока и ванная со специальным жидкостным раствором.

Как выбрать источник электроэнергии при эленктролитическом травлении металла

В роли источника постоянного тока можно использовать:

Аккумуляторную батарею
Блок питания
Зарядное устройство
Сварочный аппарат

При выборе источника напряжения следует учесть его силу тока. Чем большей площадью обладает обрабатываемая заготовка, тем большую силу тока должен иметь источник электроэнергии.

Если говорить за обработку небольших заготовок, таких как нож или гаечный ключ среднего размера (20-24), то для травления металла хватит и трансформаторного блока питания.

Если травлению подвергается заготовка размером с юбилейную монету, то хватит и вовсе простого зарядного устройства от телефона.

При травлении более крупных заготовок, таких как крыло легкового автомобиля или блок цилиндров двигателя внутреннего сгорания, обычно используется сварочный аппарат.

Далее будет рассказано как травить металл в домашних условиях.

Как приготовить раствор для электролитического травления металла

При гальванической протравке используется электролит. Для травления металла в домашних условиях обычно применяют солевой раствор.

Раствор готовится на основе следующих компонентов:

Горячая вода
Поваренная соль

На 1 литр воды следует использовать около 100-125 (г) соли. Это примерно 4-5 столовых ложек.
Воду желательно использовать горячую. Можно брать даже кипяток. Во-первых, горячая вода практически мгновенно растворит соль. Во-вторых, нагрев выступит в роли катализатора гальванической реакции.

Разумеется, для травления металла вполне можно использовать и простую холодную воду. Но в этом случае реакция травления будет происходить дольше.

Если говорить о травлении металлических заготовок на производстве, то для этой цели обычно используется классический электролит, на основе воды и серной кислоты. Электролит готовится по такому же рецепту, как для заправки старых аккумуляторных батарей.

У гальванического травления в кислотной среде есть одно преимущество. В данном случае реакция происходит предельно быстро, в считанные минуты, тогда как протравка в солевом растворе может длиться 30-40 минут.

Разумеется, хранить и использовать в домашних условиях серную кислоту весьма опасно. При этом следует учитывать, что при гальваническом травлении металла в электролите происходит выделение опасных для здоровья летучих соединений!

Если же использовать для травления простой раствор поваренной соли, то будет активно выделяться один водород. Заготовка на катоде начнет пениться и бурлить. Так происходит реакция выделения водорода. При обычных условиях испарения водорода безвредны для человека.

Травление стали

Процедура состоит из нескольких этапов:

обезжиривание и очистка;
нанесение защитного слоя, если это необходимо в художественных или иных целях;
наведение раствора;
опускание элемента в ванну;
подача электрического заряда.

Протравы

Обычно азотную смешивают с одной из следующих:

с винно-каменной;
с соляной;
с уксусной.

Для лучшего эффекта можно предварительно выдержать элемент в гликогене в течение нескольких минут, затем высушить его и приступить к основному протравливанию.

Для цветмета подойдет травление металла кислотой в домашних условиях

Представим в виде таблицы рекомендации по составам:

Материал металлической заготовки	Вещества, которые добавляются к протраве
Cuprum, сплав из нее	К серной, хлороводороодной, ортофосфорной, азотистой присоединяют хром или азот
Алюминий, Molydenum	Щелочные смеси на основе гидроксида натрия и пероксида водорода
Titanium	Предварительно – щелочь, затем сильные смеси, например, фтороводородные
Nickel, Wolframium	Раствор на воде с пероксидом водорода и метановой кислотой

Травление металла в домашних условиях — этапы гравировки металла

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

Способ №1

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

Способ №3

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.

Значение слова 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.