Травление - это обработка поверхности металла, используемая для удаления загрязнений, таких как пятна, неорганические загрязнения, ржавчина или окалина, с черных металлов, меди , драгоценных металлов и алюминиевых сплавов. [1] Раствор, называемый травильным раствором , который обычно содержит кислоту , используется для удаления поверхностных примесей. Он обычно используется для удаления окалины или очистки стали в различных процессах производства стали .
Процесс
Металлические поверхности могут содержать примеси, которые могут повлиять на использование продукта или дальнейшую обработку, например покрытие металлом или окраску. Для очистки этих примесей обычно используются различные химические растворы. Сильные кислоты , такие как соляная кислота и серная кислота, являются обычными, но в различных применениях используются различные другие кислоты . Также для очистки металлических поверхностей можно использовать щелочные растворы. Растворы обычно также содержат добавки, такие как смачиватели и ингибиторы коррозии . Травление иногда называют кислотной очисткой, если удаление накипи не требуется. [2] [3]
Многие процессы горячей обработки и другие процессы, происходящие при высоких температурах, оставляют на поверхности обесцвечивающий оксидный слой или окалину. Для удаления накипи заготовку опускают в чан с травильным раствором. Перед холодной прокаткой горячекатаную сталь обычно пропускают через линию травления, чтобы удалить окалину с поверхности.
Первичной кислотой, используемой в сталеплавильном производстве, является соляная кислота , хотя раньше серная кислота была более распространенной. Соляная кислота дороже серной, но протравливается намного быстрее, сводя к минимуму потери основного металла. Скорость является требованием для интеграции в автоматические сталелитейные заводы, которые производят продукцию со скоростью до 800 футов / мин (≈243 м / мин). [4]
Углеродистые стали с содержанием сплава менее или равным 6% часто травятся в соляной или серной кислоте. Стали с содержанием сплава более 6% должны протравливаться в два этапа с использованием других кислот, таких как фосфорная , азотная и плавиковая кислота . Традиционно протравливают нержавеющие и кислотоустойчивые хромоникелевые стали в ванне с плавиковой и азотной кислотами. [5] Большинство медных сплавов протравливаются в разбавленной серной кислоте, но латунь протравливается в концентрированной серной и азотной кислотах, смешанных с хлоридом натрия и сажей . [1]
При изготовлении ювелирных изделий травление используется для удаления слоя оксида меди, который возникает в результате нагрева меди и серебра во время пайки и отжига. Традиционно используется травильная ванна с разбавленной серной кислотой [6], но ее можно заменить лимонной кислотой .
Листовая сталь, подвергающаяся кислотному травлению, окисляется (ржавеет) в атмосферных условиях с умеренно высокой влажностью. По этой причине наносится тонкая пленка масла или аналогичного водонепроницаемого покрытия, чтобы создать барьер для влаги в воздухе. Эта масляная пленка впоследствии должна быть удалена для многих процессов изготовления, нанесения покрытия или окраски.
Недостатки
Кислотная очистка имеет ограничения в том, что с ней трудно работать из-за ее коррозионной активности, и она применима не ко всем сталям. Водородная хрупкость становится проблемой для некоторых сплавов и высокоуглеродистых сталей. Водород из кислоты вступает в реакцию с поверхностью, делая ее хрупкой и вызывая трещины. Из-за его высокой реакционной способности по отношению к обрабатываемым сталям необходимо контролировать концентрацию кислоты и температуру раствора, чтобы обеспечить желаемую скорость травления.
Отходы
Травильный шлам является отходом травления и включает кислые промывные воды, хлориды железа, соли металлов и отработанную кислоту. [7] Отработанный рассольный щелок считается Агентством по охране окружающей среды опасными отходами . [8] Травильный шлам от производства стали обычно нейтрализуется известью и утилизируется на свалке, поскольку EPA больше не считает его опасными отходами после нейтрализации. [8] Процесс нейтрализации известью повышает pH отработанной кислоты. Отходы подлежат определению отходов, чтобы убедиться в отсутствии характерных или перечисленных отходов. [9] С 1960-х годов хлористоводородный травильный шлам часто обрабатывают в системе регенерации соляной кислоты , которая восстанавливает часть соляной кислоты и оксида железа . Остальные необходимо нейтрализовать и утилизировать на свалках [10] или утилизировать как опасные отходы на основе анализа профиля отходов. [9] Побочные продукты травления азотной кислотой используются в других отраслях промышленности, например, в переработчиках удобрений . [11]
Альтернативы
Гладкая чистая поверхность (SCS) и экологически травленая поверхность (EPS) - более свежие альтернативы. В процессе SCS поверхностное окисление удаляется с помощью специального абразива, и этот процесс оставляет поверхность стойкой к последующему окислению без необходимости в масляной пленке или другом защитном покрытии. [ необходима цитата ] EPS - более прямая замена кислотному травлению. Кислотное травление основано на химических реакциях, в то время как EPS использует механические средства. Процесс EPS считается «экологически чистым» по сравнению с травлением кислотой [ кем? ] и придает углеродистой стали высокую степень устойчивости к ржавчине, устраняя необходимость в нанесении масляного покрытия, которое служит барьером для окисления углеродистой стали, протравленной кислотой. [ необходима цитата ]
Альтернативные методы включают также механическую очистку, такую как абразивоструйная очистка , шлифование , чистка проволочной щеткой и гидроочистка . Эти методы обычно не обеспечивают такой чистой поверхности, как травление. [12] [13]
Рекомендации
- ^ a b Иглсон, Мэри (1994). Краткая энциклопедия химии (переработанная ред.). Вальтер де Грюйтер. п. 834. ISBN 978-3-11-011451-5.
- ^ Справочник ASM . ASM International. Справочник комитета. (10-е изд.). Парк материалов, штат Огайо. ISBN 9780871703842. OCLC 21034891 .CS1 maint: другие ( ссылка )
- ^ Американское общество специалистов по гальванике и поверхностной обработке (2002 г.). Труды AESF SUR / FIN 2002: Ежегодная международная техническая конференция 24-27 июня 2002 г., Чикаго, Иллинойс . Орландо, Флорида: Американское общество специалистов по гальванике и поверхностной обработке.
- ^ Лю, Дэвид; Липтак, Бела Г. (1997). Справочник инженеров-экологов . CRC Press. п. 973. ISBN. 978-0-8493-9971-8.
- ^ «Травление и пассивация» . www.assda.asn.au . Проверено 20 мая 20 .
- ^ Фиш, Арлин М. (2003). Текстильные методы в металле: для ювелиров, художников по текстилю и скульпторов . Жаворонки. п. 32. ISBN 978-1-57990-514-9.
- ^ Рао, С. Рамачандра (2006). Рекуперация ресурсов и переработка отходов металлургии . Эльзевир. С. 179–180. ISBN 978-0-08-045131-2.
- ^ а б RCRA Unraveled Маккоя (изд. 2005 г.). Маккой и партнеры. 2005. с. 204. ISBN 0-930469-32-1.[1] [ неработающая ссылка ]
- ^ а б «Электронный свод федеральных правил» . Типография правительства США . Архивировано из оригинала на 2014-06-14 . Проверено 21 марта 2013 .
- ^ Сталелитейная промышленность и окружающая среда: технические и управленческие вопросы . Авторы: Тим Джонс; Программа ООН по окружающей среде. Промышленность и окружающая среда; Международный институт черной металлургии . ЮНЕП / Earthprint. 1997. стр. 76. ISBN 978-92-807-1651-1.CS1 maint: другие ( ссылка )
- ^ * Ван, Лоуренс К .; Хунг, Юнг-Цзы; Шаммас, Назих К. (2009). Справочник по обращению с промышленными и опасными отходами . 2 . CRC Press. п. 1193. ISBN 978-1-4200-7219-8.
- ^ Гиллстрем, Питер (2006). Альтернативы маринованию; подготовка катанки из углеродистой и низколегированной стали . Эребру, Швеция: Örebro universitybibliotek. п. 16. ISBN 9176684717. OCLC 185283772 .
- ^ Гарверик, Линда (1994). Коррозия в нефтехимической промышленности . Парк материалов, Огайо: ASM International. С. 169–173. ISBN 9780871705051. OCLC 621873093 .