Травление нержавеющей стали

Травление нержавеющей стали

Наши решения&nbsp Способы обработки и травления нержавеющей стали после сварки.

Способы обработки и травления нержавеющей стали после сварки. Виды коррозии и причины образования.

Нередко можно наблюдать, как на качественной нержавеющей стали образуется ржавчина. Это происходит в случаях, когда нержавеющая сталь работает в агрессивных средах, при повышенных температуре или влажности. Трубопроводы, емкости, ванны покрываются ржавчиной при работе со слабыми кислотами, щелочами, молочной продукцией, с водой как водопроводной, так и прошедшей тонкую очистку. Но даже в идеальных условиях, когда на первый взгляд поверхности ничего не угрожает, атмосфера вносит свое разрушающее, окслительное действие на поверхность, всегда имея в своем составе кислород и водяной пар, зарождая очаги ржавчины в местах с поврежденной защитной пленкой оксида хрома.

Чтобы понять, что происходит, необходимо еще раз проанализировать основные сведения о нержавеющей стали и процессе коррозии.

Нержавеющая сталь — легированная сталь, устойчивая к коррозии в атмосфере и агрессивных средах. Сопротивление нержавеющей стали к коррозии напрямую зависит от содержания хрома: при его содержании 13 % и выше сплавы являются нержавеющими в обычных условиях и в слабоагрессивных средах, более 17 % — коррозионностойкими в более агрессивных окислительных и других средах, в частности, в азотной кислоте крепостью до 50 %.

Наиболее популярными марками применяемыми в производстве оборудования, оснастки, сварных конструкций яляются: 12Х18Н9Т,04X18H10, 14Х17Н2, 20Х13, где цифра после буквы «Х» обозначает процентное содержание хрома, а после «Н» — никеля.

Причина коррозионной стойкости нержавеющей стали объясняется, главным образом, тем, что на поверхности хромсодержащей детали, контактирующей с агрессивной средой, образуется тонкая плёнка нерастворимых окислов, при этом большое значение имеет состояние поверхности материала, отсутствие внутренних напряжений и кристаллических дефектов.

Технологические этапы производства изделий из нержавеющей стали неизбежно предполагают создание внутренних напряжений, механическую обработку и сварку стали, что впоследствии сказывается на ее коррозионной стойкости, и вызывает необходимость ее травления. Есть несколько основных процессов, приводящих к коррозии нержавеющей стали:

· Гальваническая или обычная коррозия, включающая изъязвление и коррозию в трещинах;

· Коррозия в трещинах от механического воздействия;

· Коррозию, вызванную микробиологическими факторами (МИК).

В дополнение, ряд механических процессов усиливают основные процессы образования ржавчины: эрозия, порообразование, истирание образование коррозионных элементов, а также изменения поверхности под термическим или электрическим воздействием. Все эти процессы имеют одну общую черту: слой пассивации оксидом хрома нарушается, и незащищенная железная составляющая окисляется.

Особенно высока вероятность коррозии нержавеющей стали после сварки, т.к. во время дугового расплавления металла в сварочной ванне, происходит активное выгорание легирующих сталь веществ, и в частности хрома, таким образом, в металле шва и на его границах повышается концентрация железа. Дальнейшая самопассивация (образование на поверхности пленки из оксида хрома) такой стали значительна затруднена. Многие заканчивают обработку сварного шва механической зачисткой абразивным инструментом (шлифовальными кругами, витыми щетками(кор-щетками), методом стекло- дробе- струйной обработки), что временно дает чистый внешний вид, но ни как не влияет на пониженное содержание хрома в металле шва, и соответственно на коррозионную стойкость. Такой шов со временем, неизбежно подвергнется коррозии. Любое механическое воздействие на нержавеющую сталь необходимо заканчивать пассивацией поверхности. Механическая обработка не является альтернативой или заменой пассивации.

Для защиты от коррозии сварного шва необходимо прибегать к химическим методам травления и пассивации. Рассмотрим два основных способа травления и пассивации:

I . Травление концентрированными кислотами на специализированно организованных участках:

1. Разъедание окалины в ванне со смесью серной и соляной кислот, содержащей 6—8% (по объему) серной кислоты и 2—4% кон­центрированной соляной кислоты, при температуре 60-80 °С, в течении 20-40 минут. Строгий контроль температуры и насыщенности раствора.

2. Тщательная промывка водой

3. Погружение в ванну со смесью азотной кислоты (10-20% по весу) и плавиковой кислоты (1-2% по весу).

4. Обильная промывка водой.

Процесс происходит с образованием в воздухе паров кислот, что требует серьезных мер по защите органов дыхания и поверхности кожи.

Описанный процесс имеет много вариантов с вариантами последовательности обработки, концентраций, времени. Одним из способов кислотного травления является электро­литическое травление. В процессе обработки через кислотную ванну пропускают электрический ток, переменный или постоянный, причем ме­талл, подвергаемый травлению, играет роль либо анода, либо катода. По-видимому, электрический ток оказывает главным об­разом механическое воздействие: выделение газообразного кислорода или водорода облегчает отделение окисной пленки.

Далеко не у каждого производителя изделий из нержавеющей сталей имеется травильный участок, и оборудование для работы с концентрированными кислотами, а организация такого участка для требует крупных затрат и долгий процесс согласования и контроля разрешительных систем. Выходом из данной ситуации может быть травление подготовленными концентратами.

II . Травление готовыми к использованию смесями кислот, в виде паст, гелей, спреев, концентратов травильных ванн.

Пасты, гели, спреи, очень удобно использоваться условиях цеха, не прибегая к лишним затратам. Как правило, наносятся данные составы либо кислотоустойчивыми кисточками, либо ручными или механизированными распылителями.

Для травления швов удобно использовать пасты густой консистенции, которые удерживаются толстым слоем на нижних и вертикальных швах, и проявляют свою травильную активность при температуре от 10°С.

Полная технология травления подготовленными составами кислот заключается в следующем:

1. Очистка, от жирных пятен, грязи, ржавчины, для повышения эффективности работы травильного средства, и меньшего снижения его концентрации в процессе травления. Очищающий состав наносится на время до 30 минут.

2. Травление, для которого используются, пасты, гели, спреи, аэрозоли. Пасты и гели наносятся по сварным швам с захватом по 20 см с каждой стороны шва, спреи и аэрозоли, наносятся распылителями по всей поверхности изделия. Травильное средство наносится на время от 20 минут до 90 минут, в зависимости от окружающей температуры. В своем составе имеет смесь от 2-ух до 4-ех кислот.

3. Обработка пассиватором. Нанесение пассиватора обеспечивает принудительное образование устойчивой пленки оксида хрома на поверхности металла. Пассиватор наносится на время от 30 до 60 минут и обеспечивает бóльшую коррозионную стойкость изделия.

Наиболее популярным производителем подобных травильных средств, на данный момент является компания Avesta Finishing Chemicals .

Травление нержавеющих сталей — залог успеха последующей обработки

Содержание:

  • Основы травления металла.
  • Электрохимическое травление стали.
  • Химическое травление нержавеющей стали.
  • Травление нержавеющей стали.

Чистота поверхностей металла играет большую роль в дальнейшей обработке, особенно если это касается нержавейки. Главным методом достичь идеального состояния является травление нержавеющих сталей. Об этом процессе и поговорим подробнее.

Основы травления металла.

Травление сталей представляет собой процесс удаления оксидов и окалины с поверхности материала. Как и травление другого металла, осуществляется этот процесс двумя обычными способами, такими как химическое или же электрохимическое травление. Они оба основаны на применении кислот различной концентрации, преимущественно серной или соляной. При травлении
изделие погружают в кислотный раствор, в котором, собственно, и осуществляется весь процесс. Очень важно точно соблюдать технологию, поскольку перетравливание может привести материал в негодность. Кислота ни в коем случае не должна вступить во взаимодействие со слоем основного металла, ее задача уничтожить оксиды и окалину. Для обеспечения безопасности изделия используются специальные травильные присадки.

Электрохимическое травление стали.

Электрохимический метод травления осуществляется в несколько этапов:

  • Подготовка кислотного раствора. Один из самых ответственных этапов травления. Требуемое процентное содержание кислоты в растворе достигается тщательным подбором объема исходных веществ. Для травления используют стандартный водный раствор необходимой кислоты.
  • Если существует необходимость уберечь отдельные участки заготовки, то следует применять специальный лак, который будет защищать поверхность от негативного воздействия агрессивной среды, он тоже должен быть тщательно подготовлен. Подготовка лака намного сложнее, чем приготовление кислотного раствора. В этом случае необходимо использовать скипидар, гудрон, а также канифоль. В качестве растворителя в этой смеси выступает скипидар. Необходимо помнить, что скипидар относится к огнеопасным веществам и легко возгорается от перегрева, это также касается и гудрона, который загорается от открытого огня, поэтому обращаться с этими веществами следует очень осторожно. Варить лак рекомендуется очень медленно, на электрической плите, используя минимальные температуры. В промышленных масштабах применяют специальные составы, которые, впрочем, нетрудно найти и для применения в быту.
  • Подготовка поверхности металла для травления – довольно сложный этап. Чтобы лак лег качественно, не отвалился или не пузырился, следует предварительно тщательно обезжирить материал любым из возможных способов. Если лак отвалится при травлении, деталь может быть испорчена. Работы следует проводить аккуратно, ведь даже отпечаток пальца, оставленный на детали, может привести к образованию неоднородной некачественной поверхности.
  • Непосредственно электромеханическое травление. В процессе травления деталь выступает в качестве анода, то есть к ней подключается положительный электрод. В качестве катода может быть использована любая пластина из стали, например, отлично подойдет кухонный нож, только не в производственных масштабах. Деталь погружают в раствор кислоты и подключают источник напряжения. Сам процесс занимает несколько минут, в течение которых следует внимательно наблюдать за внешним видом детали. При работе с раствором строго соблюдаются правила техники безопасности. Затем отключается подача электричества, деталь вынимают из раствора и смывают кислоту при помощи реактивов.
  • Очистка поверхности от лака. На этом этапе следует использовать специальные растворители, чтобы снять лак, не повредив металл.
Читайте также  Сталь 08ПС конструкционная углеродистая качественная

Химическое травление нержавеющей стали.

Процесс химического травления стали мало отличается от электрохимического травления. Единственно отличие этих методов, по сути, в том, что при химическом травлении не используется электричество. Весь принцип процесса основан только на химических реакциях.

Травление нержавеющей стали.

Процесс травления нержавеющих сталей немного сложнее того, что допустимо для обычных металлов. Так же используются серная и соляная кислоты, но все-таки рекомендуется применять электрохимический способ травления, особенно если в дальнейшем предполагается тонкая обработка. Для более мягкого и безопасного результата стоит использовать слабые органические кислоты и ингибиторы.

Для травления нержавеющей стали могут быть использованы щелочи. Температура травильного процесса поддерживается на уровне 65-80 градусов, достаточно часто применяют метод с последовательной обработкой двумя разными растворами. Продолжительность травления – не больше 30 минут. В качестве примера можем рассмотреть щелочное травление нержавеющих сталей.

Существует три основных способа щелочного травления:

  • Использование ванн с каустической содой и нитратом натрия, нагревать которые необходимо до 500 градусов. После травления металл опускают в кислотный раствор.
  • Применение электрических ванн рекомендуется для получения особо чистых поверхностей. Действие электрического тока увеличивает скорость травления за счет интенсивного выделения в процессе натрия и водорода.
  • Травление при помощи нитрита натрия. В ванну с содой добавляют натриевый реагент, подогревают до 380 градусов. Через натрий пропускают водород, который и образует нитрит, удаляющий все вредные включения. После травления детали достаточно промыть водой. В большинстве случаев металл не взаимодействует с травителем, что делает процесс экономичным за счет малых потерь металла и низких температур.

Способы обработки нержавеющей стали: наиболее востребованные варианты

Обработка нержавейки, которая может выполняться с использованием различных методик и технологий, позволяет не только наделить изделия из данного металла требуемыми параметрами и качественными характеристиками, но и придать их поверхности привлекательный внешний вид. Правильно подбирая и используя различные методы обработки, из нержавеющих стальных сплавов производят изделия различного назначения, которые полностью отвечают предъявляемым к ним требованиям.

Механическая обработка нержавейки элетроинструментом позволяет быстро убрать с поверхности шероховатости

Шлифование и полировка (сатинирование)

Нержавеющая сталь благодаря целому перечню достоинств одинаково успешно применяется для изготовления изделий как практического, так и чисто декоративного назначения. Чтобы придать их поверхности привлекательный внешний вид, а также добиться достижения требуемого уровня шероховатости, их часто подвергают шлифованию и полировке, которые обозначаются одним общим термином – сатинирование. Такое название данные методы обработки получили из-за того, что после их выполнения поверхность нержавейки напоминает по своей текстуре ткань атлас или сатин.

Обработка сварочного шва на нержавейке начинается с выведения поверхности до мелких рисок посредством болгарки с лепестковым кругом

Кроме придания поверхности изделия из нержавеющей стали привлекательного внешнего вида, шлифование позволяет устранить поверхностные дефекты металла или сделать их практически незаметными. Как шлифование, так и полировка нержавеющей стали может выполняться вручную или при помощи специальных устройств, работающих на электрическом или пневматическом приводе. Из наиболее распространенных аппаратов, применяемых для шлифования, следует выделить:

  • пневмонапильник ленточного типа;
  • шлифовальную машинку барабанно-ленточного типа;
  • другие устройства, предполагающие использование шлифовальных лент.

В домашних условиях шлифование чаще всего выполняется вручную, для чего могут потребоваться шлифовальные листы или инструменты, которые называются шлифками. В отличие от условий домашних мастерских, на производственных предприятиях шлифование нержавейки выполняется с использованием специального оборудования.

Шлифовку нержавейки начинают с зерна 180, затем 320 и 600, а заканчивают полировкой войлочным кругом

Когда для шлифования нержавеющей стали применяется ручной инструмент шлифок, такая обработка выполняется в следующей последовательности.

  1. Если детали из нержавейки были соединены при помощи сварки, то с их поверхности удаляют прижоги и сварной шов.
  2. Ту часть поверхности, которая первой будет подвергнута шлифованию, следует ограничить, используя для этого клейкую алюминиевую ленту (она наклеивается в два-три слоя).
  3. Область поверхности, которая не заклеена защитной лентой, обрабатывается при помощи возвратно-поступательных движений шлифка, при этом давление, оказываемое на инструмент, не должно быть слишком сильным.
  4. После достижения требуемого результата шлифовки алюминиевой лентой заклеивается уже обработанная часть, а обработке подвергается тот участок, который с ней граничит.

В тех случаях, когда использование шлифка является нецелесообразным, для обработки нержавейки используют шлифовальные листы. Чтобы правильно подобрать такой шлифовальный инструмент по его зернистости, используют пробные черновые детали.

Для шлифования и полировки нержавейки также могут использоваться токарные станки, на которые устанавливаются специальные круги. Выполнять такие отделочные операции с применением токарного станка можно как в производственных, так и в домашних условиях, если такое оборудование имеется в оснащении вашей домашней мастерской. Для эффективного выполнения этих технологических операций могут быть использованы даже простейшие модели токарных станков.

Метод травления

Травление является достаточно распространенным методом обработки изделий из нержавеющих сталей. Такую технологическую операцию, которая позволяет удалить с поверхности изделия из нержавеющей стали различные дефекты, используют для устранения следов сварки, после выполнения термической обработки, а также обработки деталей методами пластической деформации. Кроме того, травление позволяет удалить с нержавейки цвета побежалости, а также обновляет на ней пассивный слой, защищающий металл от последствий воздействия повышенной температуры.

Для выполнения травления в производственных условиях применяются водные растворы кислот или расплавленные щелочные среды. При использовании кислотных сред травление выполняется в два этапа, первый из которых предполагает обработку нержавеющей стали сернокислым раствором, а второй – раствором на основе азотной кислоты. Чтобы выполнить щелочное травление, изделие из нержавейки помещают в расплав каустической соды, которая, не изменяя структуру стали, эффективно разрушает оксидную пленку, сформировавшуюся на ее поверхности.

Вернуть нержавеющей поверхности металлический блеск и восстановить потерю хрома после сварки можно с помощью травильной пасты

В домашних условиях травление выполняют при помощи специальных паст, имеющих желеобразную консистенцию. Используя такие пасты, следует иметь в виду, что в их состав, кроме плавиковой и азотной, входит соляная кислота, а также хлориды, представляющие опасность для здоровья человека, поэтому обращаться с ними следует крайне осторожно.

Пасту для травления нержавейки следует наносить только на тщательно очищенную и обезжиренную деталь, для чего ее промывают теплой водой и обрабатывают любым доступным моющим средством. После непродолжительной выдержки (от 10 до 60 минут) травильная паста смывается, для чего также используют обычную проточную воду. Наносят пасты для травления нержавейки кислотостойкими кистями и специальными пластиковыми лопатками.

Большие площади нержавеющих поверхностей обрабатывают травильными спреями с помощью струйного напыления

На сегодняшний день большой популярностью пользуются травильные пасты следующих торговых марок, уже успевшие доказать свою высокую эффективность.

Такая паста обеспечивает надежную защиту нержавейки от негативного влияния температурных воздействий, а также нивелирует все поверхностные дефекты сварных соединений. Что удобно, эту пасту, которая эффективно обрабатывает стальное изделие всего за 10 минут, можно использовать для травления и вертикально расположенных поверхностей.

При помощи такой пасты, время воздействия которой на поверхность изделия должно составлять около 45 минут, можно не только устранить мелкие дефекты сварных соединений, но и очистить нержавейку от следов коррозии, придать ей красивый металлический блеск. Выбирая такой состав, следует иметь в виду, что использовать его для обработки нержавейки можно лишь при температуре окружающей среды не ниже +50.

Читайте также  Как отрезать стекло без стеклореза

Stain Clean (ESAB)

Это полностью готовая к использованию травильная паста, которая не требует особых условий применения и отличается высокой эффективностью.

Другие способы обработки изделий из нержавейки

Изделия, изготовленные из нержавеющих сталей, часто подвергают хромированию, что позволяет:

  • придать им привлекательный внешний вид;
  • повысить устойчивость к механическим воздействиям (трение, удары и др.);
  • значительно увеличить их коррозионную устойчивость.

Между тем качественно выполнить операцию хромирования можно только в производственных условиях, так как для ее осуществления необходимы не только особые расходные материалы и специальное оборудование, но и наличие соответствующих знаний и навыков.

На фото показаны сварные швы нержавейки после обработки 85 % ортофосфорной кислотой – результат травления выглядит не хуже механической полировки

В домашних условиях можно выполнить другую операцию, позволяющую придать поверхности изделия из нержавейки привлекательный внешний вид, – воронение. Такая обработка может выполняться по одной из следующих методик:

  • кислотное воздействие;
  • использование щелочей;
  • применение теплового воздействия.

Конечно, наиболее простым и доступным методом отделочной обработки стальных изделий является их покраска, которая также может выполняться с использованием различных технологий и расходных материалов.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Травление — нержавеющая сталь

Главной особенностью состава ОТР, образующихся при травлении легированных и нержавеющих сталей , является содержание в них, кроме железа, легирующих металлов — хрома, никеля, молибдена, вольфрама, марганца и др. Составы ОТР различаются и по содержанию в них свободной кислоты и по соотношению нитрат — и хлорид-ионов. Рассмотрим метод нейтрализации, разработанный применительно к сточным водам цеха травления легированной стали метизного производства одного металлургического комбината. [31]

Фильтры изготавливаются в двух исполнениях. Одно применяется, когда в очищаемом воздухе содержатся жидкие частицы и требуется непрерывный вывод уловленной жидкости из корпуса аппарата, например, для таких операций, как хромирование, травление нержавеющей стали в серной кислоте и др. В случаях, когда улавливаемые частицы кристаллизуются в газоходе до фильтра или непосредственно на фильтрующей перегородке, возможно и применение фильтра в другом исполнении. В этом случае кассета промывается только вне корпуса, например, при сернокислотном никелировании, электрохимическом обезжиривании и др. Периодичность промывки зависит от концентрации улавливаемого продукта и составляет 15 — 30 сут. [33]

Технология производства прутков из нержавеющих и жаропрочных сталей по сравнению с технологией производства прутков из других легированных сталей отличается способом подготовки поверхности прутков к волочению. Это объясняется особым составом окалины на поверхности горячекатаных прутков нержавеющей стали. Травление нержавеющей стали вследствие высокой стойкости ряда ее окислов является сложной и ответственной операцией, от которой зависит качество готовой продукции. Часть окислов в окалине нержавеющей стали растворяется в кислотах быстрее и легче, например окислы железа и никеля; плохо и медленно растворяются в кислотных растворах окислы хрома, кремния и титана. Последние три окисла легче растворяются в щелочных расплавах. Находящиеся в окалине прутков нержавеющей стали окислы хрома Сг2Оз и шпинель практически в кислотах не растворяются. [34]

Следы неудаленной травлением окалины также могут служить причиной покрытия поверхности ржавчиной. Эта шносная ржавчина не имеет ничего общего с разрушением поверхности нержавеющих сталей коррозией и легко удаляется травлением или полированием. Легкое травление нержавеющих сталей в окислительных средах ( азотная кислота) способствует образованию на поверхности тонких пассивных пленок и улучшению их коррозионной стойкости. [35]

Травлению подвергаются детали из нержавеющей стали, если они обрабатывались с применением нагрева, или загрязненные окалиной. Химическое травление применяется также для очистки сварных швов. Для травления нержавеющих сталей используются растворы серной, азотной, ортофос-форной, соляной кислот и их смеси различной концентрации. [36]

В атомной технике фтористый водород применяется для получения шестифтористого урана. Жидкий фтористый водород используется как катализатор в процессах алкилирования в нефтепереработке. Фтористоводородная кислота широко применяется для травления нержавеющей стали , а также для обработки руд и очистки некоторых редких метал -: лов ( ниобия, тантала, бериллия), производство которых выросло в связи с применением их в оборонной промышленности. [37]

Для исследования стали с 18 % Сг и 8 % Ni на склонность к ин-теркристаллитной коррозии Шафмейстер [79 ] считает пригодным электролитическое травление. Он предполагал, что наиболее благоприятные условия для выявления карбидов, помимо действия электролитов, могут быть достигнуты путем изменения силы тока и длительности травления. Наряду со степенью диссоциации своеобразие травления нержавеющих сталей в различных электролитах зависит в значительной степени от образования и разрушения пассивирующего слоя. [38]

В незначительных количествах азотная кислота применяется для травления латуни и фотогравирования, для разделения серебра и золота, а также в производстве редких металлов. Для производства урана ( U-235) и плутония в 1961 г. было израсходовано 22 2 тыс. т азотной кислоты, а также 2 тыс. т для обработки урановых руд. Основная часть товарной азотной кислоты идет на травление нержавеющей стали . [39]

Вскрытие осуществляют на всю глубину сварного шва. Затем проводят травление поверхности выборки и осмотр сечения шва при помощи 2 — 4-кратных луп. Перед травлением поверхность очищают мелкой наждачной бумагой и обезжиривают ( для за-сверловки) или обрабатывают наждачным кругом до чистоты, определяемой шероховатостью не более 2 5 мкм. Травление нержавеющих сталей проводят царской водкой, а углеродистых и низколегированных сталей-15 % — ным раствором надсернистого аммония с последующим осветлением 10 % — ным раствором азотной кислоты. Если при вскрытии сварных швов будут выявлены недопустимые дефекты, то проводят дополнительное вскрытие соседних участков для установления границ дефектного участка шва. [40]

Вскрытие осуществляют на всю глубину сварного шва. Затем производят травление поверхности выборки и осмотр сечения шва при помощи 2 — 4-кратных луп. Контроль за выполнением операций вскрытия сварных швов и осмотр мест вскрытия осуществляются работниками ОТК. Перед травлением поверхность очищается мелкой наждачной бумагой и обезжиривается ( для засверловки) или обрабатывается наждачным кругом до чистоты, определяемой шероховатостью не более 2 5 микрона. Травление нержавеющих сталей производят царской водкой, а углеродистых и низколегированных сталей — 15 % — ным раствором надсер-нистого аммония с последующим осветлением 10 % — ным раствором азот, ой кис лоты. Если при вскрытии сварных швов будут выявлены недопустимые дефекты, то производят дополнительное вскрытие соседних участков для установления границ дефектного участка шва. Одновременно производят вскрытие остальных швов, выполненных тем же сварщиком в количестве, удвоенном против установленных норм. Дефектный участок сварного шва удаляется, после чего подготавливают кромки под сварку и заваривают этот участок в соответствии с указаниями инструкции по сварке. [41]

Для защиты стали от перетравливания и наводораживания при катодном травлении применяются электролиты, содержащие, помимо серной или соляной кислот, соли свинца или олова. Пузырьки водорода, выделяющиеся при электролизе в таких растворах, разрыхляют окалину и отрывают ее от поверхности катода. На освобожденных от окалины участках металла осаждается тонкой пленкой свинец или олово. Пленка эта защищает металл от дальнейшего травления и проникновения водорода. После удаления окалины защитная пленка снимается при обработке изделий в щелочных растворах. Для травления нержавеющих сталей может применяться и процесс с наложением переменного тока. [42]

Травление нержавеющей стали. Показания. Методы травления.

Нержавеющая сталь зачастую требует обработки поверхности для достижения необходимых эстетических или эксплуатационных свойств. Обработка дробеметными и пескоструйными аппаратами ограничена из-за высокой вероятности появления наклепа. Современное производство применяет травление нержавеющей стали, после предварительной термической или механической обработки. Сложность этого процесса, по сравнению с обычными черными, низколегированными сталями, объясняется наличием пленкой оксида хрома, выполняющей функцию защитного барьера. Именно она образует жесткую окалину, плохо взаимодействующую с реагентами. При технологических воздействиях могут возникнуть изменения цвета на поверхности. К ним относятся сварка, пайка, другие операции, связанные с высокими температурами. Цвета радужной побежалости можно избавиться при помощи травления. Для различных химических составов нержавеющей стали разработаны индивидуальные методы и составы для травления, учитывающие влияние элементов стали, для достижения максимального результата.

Читайте также  Полиспасты: от расчетов до запасовки

Преобладающими способами травления нержавеющих сталей являются щелочное и кислотное, которое может интенсифицироваться электролизом или протекать без такового.

  1. Травление кислотами
  2. Электролитическое травление
  3. Травление готовыми пастами
  4. Щелочное травление
  5. Методы щелочного травления
  6. Материалы для ванн

Травление кислотами

Максимальный эффект травления нержавеющей стали кислотами достигается при последовательном взаимодействии поверхности нержавеющей стали в ваннах с двумя типами кислот – серной и азотной. Очередность стадий следующая

  1. Обезжиривание, удаление крупных зацепок, окалины
  2. Травление в сернокислотной ванне (концентрация 10-12%) или сернокислотной ванне (8% серной кислоты, 4% соляной). При этом происходит разъедание окалины и шероховатостей на поверхности. Идеальная температура протекания процесса находится между 60 и 80 градусов Цельсия. Контроль этого параметра важен для управления процессом. Продолжительность обработки зависит от марки стали, наличия контролируемого соотношения, концентрации кислот. В случае истощения ванны возможны проявления точечной коррозии. Для примера, сталь с 18% Cr, 8% Ni требует от 23 до 45 минут травления в сернокислой ванне. Сокращения времени обработки в два раза можно добиться, если проводить эту операцию в среде контролируемой атмосферы.
  3. Промывка в большом количестве проточной воды
  4. Погружение обрабатываемой детали в ванну, наполненную раствором азотной кислоты и плавиковой (10 – 20, 1-2 весовых процентов, соответственно). При температуре ванны 60 – 70 градусов время обработки 7 – 15 минут.
  5. Повторная промывка большим объемом водой

Представленный способ является базовым и имеет множество вариаций. Травление в одной азотнокислой ванне, с примесью кислоты плавиковой, увеличивает время травления до 30 минут. Заменителем плавиковой кислоты может выступать фтористый натрий. Увеличение концентрации плавиковой кислоты до 10% позволяет проводить процесс при низких температурных показателях, позволяя избежать предварительного опускания в серную кислоту.

Сокращение времени травления в серной кислоте можно добиться, добавив не более 5% хлористого натрия. Такой ход дает необходимый эффект за 15 минут, но при той же температуре, порядка 80 градусов Цельсия.

Будьте осторожны: если необходимо произвести процедуру, в помещении с недостаточной аспирацией, замените компоненты второго этапа травления. Кислоты выделяют вредные пары при травлении. Предлагается для замены раствор сернокислого железа (7%) и плавиковой кислоты (2%).

Для правильного выбора метода кислотного травления нужно знать, учитывать состояние окисной пленки на поверхности нержавеющей стали. Внешний вид может подсказать о составе пленки. Зеленый цвет окалины говорит о высоком содержании окислов хрома. Соответственно действие кислотных сред будет затруднено и потребует большего времени.

Рекомендуется промежуточная механическая очистка между двумя ваннами, если снятие окалины затруднено.

Электролитическое травление

Одним из вариантов, распространенных на современных предприятиях, является электролитическое травление. Заготовка или деталь, помещенная в кислотную ванну, подключена к положительному или отрицательному контакту. При прохождении тока на поверхности нержавеющей стали происходит выделение кислорода. Газообразная фаза оказывает механическое воздействие на оксидную пленку. Это помогает ускорить процесс обработки и качество получаемой поверхности.

Травление готовыми пастами

Современная индустрия предлагает на рынке множество травильных паст для нержавеющей стали. Их основное назначение локальная обработка сварных швов, последствий изменения равномерности окраски поверхности под влиянием температурного воздействия. Принцип работы с такими пастами прост и может быть использован даже в мелких мастерских.

  • Нанесение пасты толстым слоем до 2см., при помощи щетки
  • Выдержка 60-90 минут
  • Промывка струей воды

Применение паст целесообразно для обработки сварочных швов нержавеющих марок стали. Обработанный шов способен противостоять коррозии даже в условиях сырого помещения автомобильной мойки.

Щелочное травление

Обработка поверхности нержавеющей стали расплавом каустической соды называется щелочным травлением. Следует отметить, что при этом процессе происходит разрушение окисной пленки, при этом химикалии не реагируют с металлом. Повышение температуры способствует разъеданию оксидной пленки, улучшая качество обрабатываемой поверхности. Резкое охлаждение в жидкости также способствует улучшению обрабатываемой поверхности.

Добиться 100% результата при этом типе обработки практически невозможно. На металле возможны остаточные плены от окислов хрома, окислов никеля и железа. Среди рекомендаций по окончательной доводке таких дефектов значится кратковременная обработка в азотнокислой ванне.

Методы щелочного травления

Различают следующие методы

  • Выдержка в соде. Содержание нитрата натрия должно колебаться в пределах 20-40%, разогретого до температуры 460-500 градусов Цельсия. Травление в такой среде длится в течение 15 минут. Некоторые аустенитные марки нержавеющей стали запрещено нагревать выше 450 градусов. Это может привести к межкристаллитной коррозии. Далее следует этап промывки в большом количестве воды, затем следует 5-минутное опускание в сернокислотную ванну и до 10 минут в азотнокислой.
  • Известный в Англии, с первой половины 19 века метод травления, в комплексе с пропусканием электрического тока через протравливаемую деталь. При плотности тока 11 А/м2 достаточно 15 секунд. Данная скорость протекания реакции связана с процессом электролиза. Выделение на катоде натрия и водорода способствуют восстановлению окислов. Восстановленный металл осаждается на поверхности. Данный вид травления позволяет получить обезжиренный металл, характеризующийся чистотой и однородностью. При таком способе используют соду. Возможны вариации с составом и добавлением хлористого кальция. Применяется такой метод для травления плоских, стержневых заготовок, волоченых изделий.
  • Обработка гидридами натрия основано на восстановлении воздействием на металл натрием и водородом. Наличие гидрида натрия добиваются взаимодействием водорода и натрия, находящегося в расплавленном состоянии. В расплавленную каустическую соду помещают цилиндр без нижней плоскости. Верхняя плоскость имеет отверстие. Натрий всыпают в это отверстие, он реагирует на поверхности ванны. Через пятно натрия на каустической соде пропускают струю водорода. Происходит образование гидрида и диффундирование его в объеме ванны. Достижение необходимой концентрации 1-2 % гидрида натрия происходит в контролируемых пороговых значениях. При отсутствии продукта разделения воздуха применяют диссоциированный аммиак. Детали разогревают в такой ванне до 400 градусов Цельсия. Нержавеющие стали показывают хорошие результаты травления при такой методике и продолжительности 4-17 минут. После травления рекомендуется тщательно промыть детали. В случае необходимости произвести дополнительную обработку в азотнокислой ванне. При высокой себестоимости такого метода очевидным его преимуществом является тот факт, что металл не взаимодействует с травителем. Потери металла минимальны. Более низкая температура процесса позволяет сократить расходы на теплоноситель и безопасность проведения операций.

Существуют определенные правила, выполнение которых обязательно для любого из представленных способов. Среди них приоритетные обработка поверхности металла перед травлением, удаление окисной пленки, обезжиривание. Процесс травления не менее важен.

Материалы для ванн

Правильный выбор материала для изготовления травильных ванн сложная задача для химиков и материаловедов.

  • покрытые керамикой
  • покрытого стеклом кирпича
  • дерево, бетон с покрытием из свинца
  • вещества, производные от резины
  • определенные марки нержавеющей стали для кислотных ванн.

Содержание азотистой с примесями плавиковой или соляной кислоты позволяет применять такие же материалы. Исключение составляют лишь свинец, как покрытие, керамику с повышенным содержанием кремния, из-за их взаимодействия. Применение стали вполне возможно для использования в ваннах со щелочью, отслеживая протекание и интенсивность электролиза в непосредственной близости к материалу. При определенных условиях и содержании кислоты, ее температуры, характера есть возможность применять для травильных емкостей нержавеющие марки стали. Такие, например, как 8Х18Н8М или 10Х20Н25М4.

Из приведенной в этом обзоре информации можно сделать вывод, что режим обработки, химический состав ванны, необходимость дополнительной механической обработки, применение электролиза должны определяться исходя из конкретных начальных условий (марка стали, состояние оксидной пленки, технологические возможности) и регулироваться в контексте ожидаемого конечного результата.