При поверхностной обработке заготовок далеко не всегда актуален метод механического воздействия. Альтернативой традиционному способу металлообработки является протравка, так называемое травление металла.
Технология протравки металла известна со средневековья. В начале XVI века травление металла активно использовалось в искусстве офорта, художественном обрамлении металлических изделий.
Протравка металла – технология удаления поверхностного слоя на металлических заготовках. Травление металла можно эффективно использовать для следующих целей:
- Удаление ржавчины
- Матирование поверхности
- Химическая полировка
- Гравировка
- Литография токопроводящих дорожек
- и пр.
Разумеется, с поверхностной обработкой металлических заготовкой легко справится и классический инструмент: болгарка, УШМ и т.д. Но когда речь заходит про массовую обработку заготовок или тонкую ювелирную работу, то лучше всего использовать, конечно же, технологию протравки.
Виды протравки металла
Виды протравки металла
На сегодняшний день разработано множество технологий травления металла. Наиболее широкое распространение получили следующие виды протравки металла:
- Гальваническое (электролитическое)
- Химическое
- Электрохимическое
- Плазменное
- Ионное
Наиболее безопасным для человека является травление металла методом гальванической обработки.
Как травить металл.
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.
При гальваническом травлении происходит перенос положительно заряженных частиц анода на поверхность отрицательного катода. По этому же принципу осуществляется гальваническое покрытие металлических заготовок.
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.
Как протравить металл гальваническим способом
Следует начать с того, что протравка металла может преследовать различные цели:
- Травление металла часто используется для удаления ржавчины и оксидной пленки.
- Нередко металл протравливается для получения эффекта матирование. То есть на металла образуется приятная на ощупь матовая шероховатая поверхность.
- Металл травится для получения художественной росписи.
Гальванический метод травления металла можно смело использовать для любой из перечисленных выше целей.
При травке металла следует помнить, что гальваническая реакция будет протекать лишь на тех поверхностях, которые контактируют с солевым раствором. При создании рисунка на металлической заготовке следует закрыть защитным слоем тем поверхности, которые нужно сохранить в нетронутом виде. Но обо всем по порядку.
- Первым делом обезжириваем заготовку. Для этой цели превосходно подходит простой медицинский спирт. Протираем спиртом поверхности, которые будут в солевом растворе.
- Наносим защиту на те поверхности, которые нужно сохранить. Если речь идет о художественном травлении, то следует сформировать контур рисунка.
Для формирования контура следует использовать те материалы, которые не боятся солевого раствора и нагрева. В ход можно пустить как краску или лак, так и липкую пленку с малярным скотчем.
Некоторые мастера используют специальную термическую пленку с рисунком. Это так называемая переводка или тату. Пленка клеится поверх заготовки и нагревается при помощи утюга или кипятка. Затем пленка отклеивается, при этом рисунок остается на заготовке.
Термопечатная графика хороша тем, что можно быстро и легко нанести на заготовку тончайшие узоры. Впоследствии такой филигранный ювелирный рисунок останется на заготовке, в виде долговечной несмывающейся и нестирающейся гравировки.
- Готовим ванну с солевым раствором и источник электроэнергии.
Обратите внимание, ванна должна быть изготовлена из диэлектрического материала. В противном случае произойдет короткое замыкание!
Обычно в роли ванны используют стеклянную банку или пластиковое ведро. Не нужно использовать для маленькой заготовки большую тару. Для протравки какой-нибудь мелочевки подойдет маленький пластиковый контейнер или полулитровая банка.
Касательно источника питания, мастеру нужно учесть размер заготовки. Для травления лезвия на кухонном ноже среднего размера нужен источник электроэнергии с силой тока на уровне 1-1,5 (А). Лучше всего взять трансформаторный блок питания на 12 (В).
Конечно, гальваническая реакция будет происходить и при использовании простейшего зарядного устройства с силой тока на 350 (мА) и напряжением 3-5 (В). Но в этом случае увеличится длительность реакции, а эффект травления будет не таким выраженным.
- Помещаем заготовку и вспомогательный металл в солевой раствор. Заготовка должна быть подключена к «+» (анод). Вспомогательный металл следует подключить к «-» (катод). Находясь в ванной анод с катодом не должны контактировать, иначе произойдет короткое замыкание!
Анод должен находиться рядом с катодом. Чем ближе будет находиться анод к катоду, тем сильнее и быстрее будет происходить реакция гальванического травления металла.
Обратите внимание, если заготовка является двухсторонней, при этом травление нужно делать с обеих сторон, то через определенное время катод нужно переставить на другую сторону заготовки, что травление произошло и там.
В процессе травления металла на поверхность ванны всплывет шлам. Это окислы, которые вытесняются водой. Как понятно, такую воду не следует выливать просто в огород, в противном случае произойдет отравление почвы металлом.
- Контролируем время травления заготовки зависит как от силы тока источника электроэнергии, так и от разновидности металла. Качественная нержавеющая сталь будет вытравливаться намного дольше, чем простое углеродистое железо.
- По окончанию травления металла следует отключить электропитание и извлечь заготовку. Протравленную поверхность следует тщательно очистить. Обычно заготовка промывается по проточной водой. Некоторые мастера дополнительно используют кухонную губку с грубым ворсом и моющее средство.
