Травление железа: Гальваническое травление металла электрохимическим способом
alexxlab | 25.02.2023 | 0 | Разное
Гальваническое травление металла электрохимическим способом
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 – 600С. 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 зависимости от материала заготовки используются разные электролитические растворы:
- Сталь и железо — нашатырь и железный купорос
- Медь и ее сплавы (бронза, латунь)- медный купорос
- Цинк – цинковый купорос.
Химические способы травления металлов | Полезное своими руками
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.
А 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.
Очистка поверхности
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.
Защитное покрытие
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.
Перенос рисунка
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.
Рецепт протравы
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.
Для железа и стали рекомендуют следующую смесь: 400 частей воды, 2-3 капли азотной кислоты, 15 частей каломея (двухлористой ртути) и 1 часть виннокаменной кислоты.
Травление
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.
Травление железа – MEL Chemistry
Реактивы
- хлорид натрия
Безопасность
- Наденьте защитные перчатки и очки.
- Проведите эксперимент с защитной подкладкой.
- Соблюдайте меры предосторожности при работе с аккумуляторами.
Общие правила безопасности
- Не допускайте попадания химических веществ в глаза или рот.
- Держите маленьких детей, животных и тех, кто не носит защитные очки, подальше от экспериментальной зоны.
- Храните этот экспериментальный набор в недоступном для детей младше 12 лет месте.
- Очистите все оборудование после использования.
- Убедитесь, что все контейнеры полностью закрыты и правильно хранятся после использования.
- Убедитесь, что все пустые контейнеры утилизированы надлежащим образом.
- Не используйте оборудование, которое не входит в комплект поставки или не рекомендовано в инструкции по эксплуатации.
- Не заменяйте продукты питания в оригинальной упаковке. Утилизируйте немедленно.
Общая информация по оказанию первой помощи
- При попадании в глаза: Промыть глаза большим количеством воды, при необходимости держать глаза открытыми. Немедленно обратитесь за медицинской помощью.
- При проглатывании: прополоскать рот водой, выпить немного пресной воды. Не вызывает рвоту. Немедленно обратитесь за медицинской помощью.
- При вдыхании: Вынести пострадавшего на свежий воздух.
- При попадании на кожу и при ожогах: промыть пораженный участок большим количеством воды не менее 10 минут.
- В случае сомнений немедленно обратитесь к врачу. Возьмите с собой химикат и его контейнер.
- В случае травмы всегда обращайтесь за медицинской помощью.
Консультации для присматривающих за взрослыми
- Неправильное использование химикатов может привести к травмам и ущербу для здоровья. Проводите только те опыты, которые указаны в инструкции.
- Этот экспериментальный набор предназначен для использования только детьми старше 12 лет.
- Поскольку способности детей сильно различаются даже в пределах возрастных групп, наблюдающие взрослые должны проявлять осторожность в отношении того, какие эксперименты подходят и безопасны для них. Инструкции должны позволять наблюдателям оценивать любой эксперимент, чтобы установить его пригодность для конкретного ребенка.
- Перед началом экспериментов надзирающий взрослый должен обсудить предупреждения и информацию о безопасности с ребенком или детьми. Особое внимание следует уделять безопасному обращению с кислотами, щелочами и горючими жидкостями.
- Территория, окружающая эксперимент, должна быть свободна от каких-либо препятствий и вдали от места хранения продуктов питания. Она должна быть хорошо освещена и проветрена, а также находиться рядом с водопроводом. Должен быть обеспечен прочный стол с термостойкой столешницей.
- Вещества в одноразовой упаковке должны быть израсходованы (полностью) в течение одного эксперимента, т.е. после вскрытия упаковки.
Часто задаваемые вопросы и устранение неполадок
Какая пластина сделана из железа?
Этот набор содержит пластины двух типов: железные и медные. Медные пластины имеют характерный оранжевый цвет. Железные пластины серые.
Насколько тщательно следует полировать железную пластину?
Чем ярче поверхность, тем лучше. Не должно быть разводов, ржавчины или пятен.
Почему нельзя прикасаться к полированной поверхности без перчаток?
На металле могут остаться следы масла от пальцев (даже недавно вымытых). На этих участках реакции не будет, и это может испортить результат.
Я не очень хорошо наклеил наклейку – могу ли я нанести ее повторно, не переполируя пластину?
Нет, придется еще раз полировать тарелку. Любые частицы клея, оставшиеся на металле, могут помешать эксперименту.
Я использовал не тот флакон NaCl. Могу ли я продолжить эксперимент?
Здорово, что вы это сразу заметили! Это решение понадобится вам для другого эксперимента, поэтому обязательно сохраните его. Теперь возьмите правильную бутылку NaCl и приготовьте новый раствор в соответствии с инструкциями.
Почему следует использовать новые батареи?
Для этого эксперимента требуется более высокое напряжение и ток, чем могут обеспечить старые батареи. Поверхность пластины может реагировать не полностью и может быть не такой визуально привлекательной, если вы используете старые батареи.
Во-первых, убедитесь, что вы подсоединили железную пластину к красному зажиму-крокодилу, а скрепку к черному зажиму-крокодилу. Во-вторых, убедитесь, что красный зажим-крокодил закреплен на красном проводе держателя, а черный зажим-крокодил — на черном проводе держателя. Убедитесь, что зажимы-крокодилы прижаты к металлу, а не к изоляции. И, наконец, попробуйте поменять батарейки (и обязательно соблюдайте полярность)!
На тарелке грязные пятна. Как я могу удалить их?
Возможно, вы коснулись тарелки скрепкой. Это вызывает появление темных пятен в точках контакта. Если вы повторите эксперимент, обязательно держите скрепку над тарелкой. А пока попробуйте потереть поверхность тарелки железной ватой, предназначенной для другого эксперимента, — это должно помочь избавиться от пятен.
Другие эксперименты
Пожарная пена
Углеводы
Расплав серы
Пошаговые инструкции
Очистите поверхность утюга, чтобы он мог легко вступать в химические реакции.
Теперь защитите часть железной пластины наклейкой по вашему выбору.
Приготовьте раствор хлорида натрия NaCl. В основном это соленая вода.
Подсоедините красный провод к железной пластине.
Погрузите планшет в раствор NaCl.
Подсоедините черный провод к канцелярской скрепке (еще одна железяка) и подключите оба провода к своим батареям.
Оба куска железа — железная пластина и скрепка — подключены к батареям, но есть важное отличие: провод «+» высасывает электроны из подключенного к нему куска железа, а провод «-» отдает электроны. . Эти процессы возможны только тогда, когда кусочки железа находятся в одном и том же растворе вещества, известного как «электролит». Одним из таких веществ является NaCl (технически превращающий обычную соленую воду в раствор электролита). В этом эксперименте, когда железная пластина теряет электроны, атомы железа с некоторыми недостающими электронами — ионы железа Fe 2+ — уходят в раствор, вызывая растворение железа.
Может показаться, что ничего особенного не произошло, но снимите наклейку, и вы легко увидите и даже почувствуете пальцами, как изменилась незащищенная поверхность.
Утилизация
Это интересно!
травление чугуна
травление чугуна| Это продолжение статьи Янины Радзиковской, Senior
Металлограф, Научно-исследовательский институт литейного производства (Instytut Odlewnictwa)
Краков, Польша. Первоначально он был опубликован Buehler в Tech-Notes , Volume 2, Issue 2. Воспроизведено здесь с любезного разрешения редактора, г-на Вандера. Воорт, который предоставил его, еще работая с Бюлером. |
Травление
Чтобы увидеть детали микроструктуры матрицы, образцы необходимо протравить. Польский стандарт для чугуна (PN-61/H-0503) рекомендует три травителя. Первый – это 4% спиртовая азотная кислота («нитал»), используемая при комнатной температуре. выявить границы зерен феррита и выявить фазы и составляющие такие как цементит и перлит. Второй – щелочной пикрат натрия (25г NaOH, 2 г пикриновой кислоты и 75 мл дистиллированной воды) при температуре от 60 до 100°C до 30 минут (обычно достаточно 1-3 минут). Это используется для окраски цементит от желтого до коричневого (феррит не окрашен). Третий – стандартный вариант реактива Мураками (10 г КОН, 10 г феррицианида калия и 100 г мл дистиллированной воды) используют при 50°C в течение 3 минут для окрашивания фосфида железа. темно-желтый или коричневый (цементит и феррит не окрашены).
Серый чугун
В качестве примера на рис. 11 показан образец чешуйчатого графита (см.
Таблица 1) травление 4% ниталом. Матрица преимущественно
перлитный (желтовато-коричневый, синий и коричневый) и показывает пятна (стрелка)
тройная эвтектика (феррит, цементит, фосфид).
| Микроструктура серого чугуна, содержащая перлитную матрицу и тройная эвтектика (4% нитал, 250х). Более крупные белые частицы (стрелка-C) являются цементитом, а прилегающая область (стрелка-fp) содержит феррит и железо фосфид. |
Для сравнения на рис. 12 показана матричная структура образца, показанного на рисунке 2. Тройной фосфид отсутствует. С матрицей все в порядке перлит.
| Перлитная матрица образца серого чугуна, показанного на Рис. 2 протравлен 4% ниталом, 100x. |
Помимо тройной эвтектики феррит-цементит-фосфид железа и ранее
упомянутые бинарные эвтектики (аустенит и цементит и аустенит и графит),
можно получить бинарную эвтектику феррит-фосфид железа в отливке
утюг.