10.1.4. Травление

Окалину, ржавчину и другие оксиды преимущественно удаляют с поверхности металлов травлением в растворах кислот, кислых солей или щелочей. Очистка поверхности этим способом заключается в растворении оксидов и поверхностного слоя металла, восстановлении оксидных соединений и их отрыве, выделяющимся в процессе травления водородом. Перед травлением поверхности изделие предварительно очищают от механических и жировых загрязнений.

Травление черных металлов. Травильные растворы для черных металлов: растворы серной, соляной и ортофосфорной кислоты с различными добавками и присадками.

Серная кислота более активно взаимодействует с железом, чем с безводными ее оксидами (при травлении растворяется не более 20% окалины). Проникая в поры и трещины окалины, кислота растворяет поверхностный слой металла и тем самым нарушает его связь с окалиной. Следовательно, травление в серной кислоте сопровождается образованием значительных количеств шлама, наводораживанием стали, ее охрупчиванием. Поверхность металла в результате «растравливания» приобретает высокоразвитый рельеф. Чаще используют кислоту с концентрацией 150–200г/л, процесс травления ведут при 50–80С.

В соляной кислоте удаление окалины осуществляется преимущественно в результате ее растворения (снижение массы окалины достигает 50%и более). В итоге поверхность металла после травления в соляной кислоте  более гладкая, чем в серной: снижается и степень шламообразования.

В соляной кислоте процесс травления удовлетворительно протекает при температурах 20–60С, оптимальная концентрация кислоты 100–150г/л. Применение соляной кислоты, однако, менее удобно, чем серной, поэтому для травления чаще используют серную кислоту, а также смеси серной кислоты с соляной и хлоридом натрия. Присутствие NaCl не влияет на скорость растворения оксидов, но снижает скорость коррозии железа.

Еще более эффективным в этом отношении является введение в состав травильных растворов ингибиторов коррозии (присадок), например, ЧМ, БА6, БА12, ПКУ, И1А, И1В, уротропин и др.

Травление металлов фосфорной кислотой проводят значительно реже, чем серной и соляной, из-за ее меньшей активности и более высокой стоимости. Ее используют для удаления ржавчины при небольших степенях загрязнения металла. В этом случае пригодны разбавленные (12%-е) растворы Н₃РО₄. Эти растворы наряду с растворением оксидов вызывают одновременное пассивирование металла (образование на поверхности нерастворимых фосфатов железа). Достоинством фосфорной кислоты является и то, что она не требует такой тщательной промывки металла после обработки, как в случае серной и особенно соляной кислот.

Составы для травления в зависимости от вида металла, степени его загрязнения оксидами и способа очистки различны. Ниже приведены составы (в г/л) для травления черных металлов (13  углеродистой стали и чугуна), (4, 5 — легированной стали).

Таблица 10.2. Составы для травления (г/л) черных металлов 13  углеродистой стали и чугуна, 45  легированной стали

Для очистки изделий после ковки, горячей прокатки, обжига и термообработки при необходимости применяют гидридное травление. Изделия погружают в расплавленный едкий натр, в который из специального генератора подают гидрид натрия (продукт взаимодействия натрия и водорода). Очистка сопровождается восстановлением оксидов:

Кислотное травление изделий небольших размеров, как правило, осуществляют в ваннах или в струйных камерах. При струйной обработке продолжительность травления обычно не более 5 мин, в ваннах  30 мин. Затем изделия промывают последовательно горячей и холодной водой, нейтрализуют остаточную кислоту 12%-м раствором кальцинированной соды или обрабатывают поверхность 2%-м раствором фосфорной или хромовой кислоты или смеси этих кислот (1/1) при 6570°С. Хорошие результаты также дает применение раствора, содержащего К₂СrО₄ (20 г/л) и NaOH (5 г/л); температура раствора 8590°С, продолжительность обработки 12 мин.

По конструкции установки для травления аналогичны установкам для щелочного обезжиривания. В связи с высокой агрессивностью сред, необходимо большое внимание уделять выбору конструкционных материалов и обеспечению необходимых мер пожаро- и взрывобезопасности (при травлении выделяется значительное количество водорода).

Для удаления продуктов коррозии с поверхности крупногабаритных изделий применяют специальные жидкие или вязкие составы (пасты). Их изготовляют путем введения в жидкие травильные растворы наполнителей (инфузорной земли, андезитовой муки, асбеста, каолина) и полимеров (карбоксиметил-целлюлозы и др.). Пасты наносят на поверхность шпателем, штукатурными лопатками или пастопультом и выдерживают 16 ч. После этого поверхность промывают водой, наносят пассивирующую пасту (с Н₃РО₄ или Н₂СrО₄) и через 0,51 ч снова промывают и высушивают.

При подготовке поверхности стали, особенно легированных марок, часто применяют электрохимическое (анодное) травление, которое проводят при следующих режимах:

Состав раствора, г/л:

H₂SO₄ 5060

HCl 3040

NaCl 2030

Плотность тока, кА/м² 0,51,0

Температура,С 2040

Продолжительность травления, мин 30

Травление цветных металлов. При травлении цветных металлов достигается: удаление оксидов с поверхности и создание активного слоя для повышения адгезии покрытий.

Алюминий и его сплавы подвергают травлению в 510%-м растворе каустической соды с добавлением сульфонола (~0,5 г/л) при 6070°С. После травления в течение 310 мин и промывки изделия обрабатывают (осветляют) 1520%-й азотной кислотой при 1525°С в течение 23 мин. Обработку деталей из меди и медных сплавов проводят в две стадии: сначала  травление в азотной кислоте (700800 г/л) или ее смесях с серной, затем поверхность осветляют кратковременным воздействием смеси серной, азотной и соляной кислот.

Термическую окалину с поверхности титана и его сплавов снимают погружением изделия в расплав смеси едкого натра и нитрата натрия (4/1 по массе) при 420440°С; при травлении магниевых сплавов используют разбавленные растворы азотной кислоты (30–90 г/л). Травление цветных металлов, как и черных, можно сочетать с их обезжириванием. Для этого в состав травильных растворов вводят ПАВ (ОП–7, ОП–10 и др.) и противопенные добавки (жидкость ПМС–20 А, уайт–спирит). Применяют также составы:

• эмульсии органических растворителей (алифатических и хлорированных углеводородов) в кислотах;

• водные растворы смесей фосфорной кислоты с ее солями (Na₃PO₄).

Обязательные операции при травлении цветных металлов: промывка и пассивация. Последнее осуществляется кратковременной (1–2 мин) обработкой изделий растворами бихромата калия или хромовой кислоты с концентрацией 1–3 г/л при 60–65С. Травление черных и цветных металлов кислотами – наиболее дешевый способ очистки их поверхности от оксидов. Ниже приведены примерные данные по стоимости обработки 100м² поверхности разными способами (в руб.), цены на 1990г:

Пламенная очистка	77–154
Струйная очистка абразивами	77–96
Травление в фосфорной кислоте	28,8–48
Травление в серной кислоте	9,6–28,8
Очистка механизированным инструментом	19,848

Что касается срока службы покрытий, то наилучшей является обработка поверхности сухими абразивами.