» » Травление полуфабрикатов из меди и ее сплавов после термической обработки
20.01.2015

На поверхности отожженных в окислительной атмосфере полуфабрикатов имеется окисный слой — окалина. На практике окалиной называют только плотный, хорошо различимым слой, поэтому лучше пользоваться термином "слой окислов".
На меди слои окислов состоит из закиси меди (внутренний) и окиси меди (наружный). Богатые цинком латуни (выше 20% Zn) окисляются, образуя на поверхности только окисел цинка ZnO. На поверхности свинцовых латуней имеются окислы меди, цинка и свинца, а в медноникелевых сплавах — окислы меди и никеля.
Толщина слоя окислов определяется температурой и временем окисления, также количеством окислителя (в случае неочищенного защитного газа).
Обычно окисленные полуфабрикаты из меди и ее сплавов травят в растворах серной кислоты. Чем выше температура раствора, тем быстрее идет процесс травления, но при этом ускоряется коррозия травильных ванн. В заводской практике травление обычно проводят при температурах раствора 50-60°C. Интенсификации травления можно достичь, повышая температуру до 70-80°C. Однако в этом случае необходимо обеспечить достаточную стойкость травильной ванны.
При химическом (в отличие от электрохимического) травлении окислы металлов растворяются в серной кислоте по реакции
MeO + H2SO4 = MeSO4 + H2O.

где Me — ион двухвалентного металла, например меди или цинка.
Окисленные после отжига ленты из меди, простых и свинцовых латуней (ЛС59—1) травят в 15%-ной серной кислоте при 70—80° С в течение 0,5—2 с в зависимости от состава сплава и условий отжига: Л68 0,5 с, Л63 1 с, медь 1,5 с.
В травильных растворах в процессе травления постепенно накапливаются ионы металлов, в первую очередь меди и цинка. При малых концентрациях эти ионы мешают травлению, при больших — травлений затрудняется. Если концентрация ионов меди превышает 35—40 г/л, а концентрация ионов цинка 100 г/л, травильный раствор направляют на регенерацию.
Большинство специальных латуней, бронзы и медноникелевые сплавы содержат в составе окислов соединения, плохо растворимые в кислотах, например окислы свинца, окиси алюминия или никеля. Так как такая окалина плохо растворима в кислоте, эти сплавы относят к труднотравимым. На практике растворяют лежащий под окалиной слон основного металла (процесс подтравливания); при этом окалина падает на дно ванны и впоследствии частично растворяется. При травлении меди и простых латуней теряется только окисленный металл, а при подтравливании — окисел и металл, в связи с чем потери основного металла возрастают.
Труднорастворимые медные сплавы обычно травят химически в растворе серной кислоты с различными окислительными добавками: азотной кислотой калия (К2Cr3O7) или натрия (Nа2Сr2O7), хромовым ангидридом (СrО3). Бихроматы в технологической практике называют хромпиком, соответственно калиевым или натриевым. В смесях растворов серной и азотной кислот травление в большинстве случаев проходит весьма быстрo, и процесс травления трудноконтролируем во времени. Соединения шестивалентного хрома обеспечивают более стабильный процесс.
Ниже приведены примерные реакции растворения металла в серной кислоте с добавками окислителен. В качестве металла рассмотрена медь как основной компонент сплава. Другие металлы, входящие в состав медных сплавов, растворяются аналогично
Травление полуфабрикатов из меди и ее сплавов после термической обработки

Из приведенных уравнении видно, что при травлении в смеси серной и азотной кислот выделяются токсичные окислы азота. В случае хромовых соединений в стоках появляются ионы шести- и трехвалентного хрома, которые также токсичны. Поэтому требуются дополнительные меры по обеспечению хорошей вытяжки пли очистки стоков.
Окружающая среда загрязняется меньше при электрохимическом травлении, которое целесообразно использовать для труднотравимых медных сплавов Анодное травление ведут в растворе серной кислоты. Анодом служит травящееся изделие. Катоды — обычно свинцовые, так как свинец нерастворим в серной кислоте.
Этот метод сводится к анодному окислению, т. е. к потере электронов и растворению основного металла под слоем окалины. Для меди анодный процесс выражается как Cu-2e=Cu2+. На катоде в результате восстановления (присоединение электронов) выделяется газообразный водород и осаждается металлическая медь:
Травление полуфабрикатов из меди и ее сплавов после термической обработки

Для удаления водорода, взрывоопасного в смеси с воздухом, необходима вытяжка. Вообще электротермическое травление более ложно и дорого, чем химическое; поэтому для меди и простых латуней, для которых быстрое и качественное травление достигается простым погружением в раствор серной кислоты, оно не рекомендуется. Для труднотравимых медных сплавов применение электрохимического травления может обеспечить большую скорость травления при меньшей концентрации раствора. Обычная анодная плотность тока 0,01—0,2 А/м2 в зависимости от состава сплава, толщины окалины и концентрации травильного раствора.
В ряде случаев окалина содержит пригоревшие остатки смазки. Особенно часто это наблюдается на проволоке, отожженной в бухтах Пригоревшая окалина затрудняет травление; его приходится вести в растворе серной кислоты с добавкой окислителей.
Лучшие результаты дает травление в протяжных установках с перемоткой, худшие — травление погружением в раствор распушенных рулонов или бухт. Основную массу лент травят на протяжных лентотравильных машинах. Трубы и прутки обычно погружают в пучках (садочное травление), что затрудняет травление, так как часть поверхности металла экранируется. Проволоку травят погружением распушенных бухт или на протяжных многониточных травильных установках. Электрохимический способ травления применим только при протяжном травлении.
После травления полуфабрикаты промывают в ваннах с водой, количество которой (Q, л) определяют по уравнению
Q = NFg √Стр/Сдоп,

где N — число промывных ванн последовательной промывки (не менее двух); F — поверхность промываемого металла, м2; g — унос кислоты металлом, л/м2 (в зависимости от скорости движения ленты и качества отжимных роликов он составляет 0,02—0,05 л/м2); n — число ванн любой промывки; Cтр — концентрация кислоты в травильной ванне, г/л; Сдоп — допустимая концентрация кислот в последней промывочной ванне, г/л (для латуней Сдоп = 0,02/0,03 г/л).
После промывки полуфабрикаты сушат горячим воздухом в течение 3—5 с.