Травление металла

Технология травления применялась издавна, но настоящий всплеск популярности она пережила в XVI веке. Именно тогда на юге Германии и севере Италии мастера стали отказываться от трудоёмкой ручной гравировки на металлических частях оружия и доспехов, успешно заменяя её химическим протравливанием.

Кузнецы  XVIII–XIX веков так и не смогли разгадать тайну производства булатной стали, наладив вместо этого выпуск «ложного булата». Характерные узоры на лезвие клинка наносились химическим способом, повышая цену оружия, естественно, не добавляя ему никаких качеств, кроме эстетических. Мода на украшение огнестрельного оружия травлением пришла во второй половине XVII века из Турции, распространившись по всей Европе. В России травление в XVIII веке применяли Тульские мастера, нанося на сабли и клинки надписи и орнаменты. В 1815 году открылась Златоустовская оружейная фабрика, чьи образчики химически гравированной продукции сейчас хранятся во многих музеях мира и легко узнаваемы по «логотипу» фабрике – изображению волчонка.

Технология травления металла

Суть технологии заключается в удалении некоторых фрагментов поверхностного слоя изделия при помощи химических реагентов. В их роли выступают растворы кислот, щелочей и солей. Целью может являться не только нанесение какого-либо рисунка на поверхность, но и подготовка её к соединению или нанесению защитного лакокрасочного покрытия, так как травление удаляет посторонние примеси, способствуя максимальному сцеплению деталей или основы с защитным слоем.

В подавляющем случае используют погружное травление, при котором изделие помещается в ванну с раствором полностью. Это просто, не требует специальных приспособлений, и намного безопаснее, так как растворы, при контакте с кожей, наносят химические ожоги.

Перед погружением в химсостав, участки, не подлежащие изменению, защищают путем нанесения специального состава. Время пребывания детали в электролите и его температура определяет глубину получающихся утрат материала. Для получения ступенчатой протравки деталь подвергают процедуре повторно.

После электролитной ванны деталь обрабатывают нейтрализатором (щелочью для кислот и наоборот), затем промывают водой для остановки процесса травления. Если этого не сделать, вместо иммунитета к коррозии деталь получит повышенную к ней уязвимость.

Где применяется травление металла

Травление металла практикуется как в бытовых условиях, для украшения металлических изделий (художественное травление), так и используется в технологических процессах в промышленности, позволяя:

• избавиться от оксидной пленки на сталях и металлах, для последующей сварки или пайки;
• способствовать лучшей адгезии металла и защитного покрытия перед гальванизацией;
• подготовить деталь к горячему оцинкованию;
• очистить от загрязнений миниатюрные детали (например, для научных приборов, наручных часов);
• в электронике – нанеси на плату или схему медные дорожки, подготовить монтажные отверстия;
• удалить окислы и окалину после термической обработки;
• нанести несмываемые изображения на металл.

Виды травления

Химический, самый распространённый, способ, позволяет очистить поверхность детали от окалины, коррозии и оксидной плёнки. Такая протравка – обязательный элемент технологий сварки и пайки. Обработке поддаются титан и сплавы, черные металлы, жаропрочные и антикоррозионные стали.

В качестве реагента используется серная кислота, в некоторых случаях – соляная либо азотная. В зависимости от характера загрязнений на поверхности и материала детали варьируется время процедуры – от нескольких минут до часов.

Удаление загрязнений пленки происходит не их растворением, а отрыванием от поверхности. Через мелкие дефекты кислота попадает под плёнку или окалину, и, при реакции с металлом, выделяется водород, увеличивающиеся пузырьки которого и отрывают загрязнение. Кислота активно воздействует при этом на металл, поэтому в её активность регулируют коррозионными ингибиторами.

Гальваническое (электролитическое) травление несколько дороже химического, так как требуются затраты электроэнергии. С его помощью на деталь можно нанести гравировку, сделать паз или углубление, быстро очистить поверхность. Электролит при этом методе может быть кислотным или солевым. При катодной очистке на изделие подают отрицательный заряд от источника постоянного тока, и оно является катодом, а в кислоту погружают свинцовый анод, запитанный от положительной клеммы. При этом на изделии-катоде начинается активное выделение пузырьков водорода, которые и срывают окалину, однако поверхность становится пористой, более хрупкой.

Анодная очистка предполагает обратную полярность подключения, здесь деталь выступает анодом, а очистка производится пузырьками кислорода, выделяемыми самой кислотой. Хоть и в меньшей мере, но анодный способ также вызывает нарушения структуры металла в верхнем слое детали.

После обработки остатки кислоты на изделии гасят погружением в раствор соды и промывают водой. После протравки металл приобретает стойкость к ржавлению.

Сухой метод ионно-плазменного травления заключается в бомбардировке поверхности детали ионами в инертной газовой среде. Газы не вступают в реакцию с металлом, поэтому это –наиболее щадящий способ, позволяющий делать пазы размером до 10 нм. Способ является основой производства плат в микроэлектронике.

Ионно-плазменное травление, или плазмохимическая обработка – саамы дорогостоящий метод, использующий плазму газового разряда для получения потока ионов и радикалов. Активные частицы, попадая на обрабатываемую поверхность, вступают в реакцию с ней, формируя лёгкие соединения. При помощи вакуумных насосов эти соединения удаляются из рабочей области.

Используемый для получения плазмы газ должен иметь высокую химическую активность – как, например, кислород. Этот способ травления применим к большему количеству металлов, нежели химический, который предполагает реакцию только с определенным видом молекул.