Избирательное травление алюминия на голограмме. Травление пивного алюминия. Дальнейшие процессы, происходящие при травлении щелочью

Приветствую, химики и радиолюбители!

С начала года нашей команде Endurance (LaserLab) задавали вопрос, сможем сделать лазером красивую гравировку на алюминии? И будет ли это доступно для всех?

Наконец-то отвечаем! :)

Алюминий является распространенным металлом, поэтому неудивительно что люди хотят наносить на него свои гравировки. Я с удовольствием сделал это для алюминиевых брелока, флэшки и корпуса своего мобильного.

Какие свойства у алюминия?! Да, металл. T_плавления 600 градусов, с высокой теплопроводностью и часто имеет на своем покрытии оксид алюминия, у которого температура плавления больше 1100 градусов. Поэтому термообработка будет не такой простой. Давайте рассмотрим ещё вариант. Как вы знаете, провода делают из меди и алюминия. Алюминий является отличным проводником, значит, мы можем задействовать процесс электролиза. В этом и фишка, о которой читайте дальше! А именно, травление алюминия.

Всё просто!) Нам понадобятся:

1. Вода (не больше 1 л).
2. Источник электрического тока (от 9 до 12 В).
3. Обыкновенная поваренная соль NaCl.
4. Диэлектрическая емкость (например, из пластика).
5. Гвоздь или другой острый твердый предмет.

И конечно лазер L-Cheapo! Мощностью 3-5 Вт.

1. Подготовьте рисунок, который Вы хотите награвировать на алюминиевую пластину.

Например, растровое изображение логотипа.

2. Избавьтесь от жира на своем алюминиевом образце. Покройте его любым из перечисленных материалов: коричневым скотчем, краской, лаком, лентой.

3. Поместите изделие на 3D-принтер, и запустите лазер в работу (необходимо разрушить поверхностный слой из пункта 2 и у Вас получатся открытые области).

4. Перемешайте соль в воде, получив концентрированный раствор.

5.1. Возьмите источник тока (на фотографии красный «плюс» и белый провод «минус»).
5.2. К минусу присоедините предмет из железа и опустите его в соляной раствор.
5.3. К плюсу присоедините образец из алюминия и опустите его в раствор в эту же емкость.
6. Подайте ток!

7. Ждите процесс электролиза (травления) в растворе около 5 минут. В зависимости от концентрации раствора и силы тока прикиньте время нужное для травления. Нам удавалось травить образец на фотографии за 3 минуты.

8. Достаньте образец из раствора.

Класс!!)

Перед помещением в емкость с раствором, не забывайте, что Ваш образец, на который нужно нанести рисунок, необходимо тщательно изолировать от внешней среды, за исключением тех областей, где должна быть нанесена гравировка.

Вы можете провести этот опыт как дома так и в своей мастерской.

С этой технологией каждый может стать мастером по гравировке на металле (как минимум, на алюминии).

Всё это ценные и практические знания. Будем рады, если Вы подпишитесь на новости Endurance

Гравировать? Легко!

Травление алюминия проводится в щелочной или кислотной среде. Широко применяется травитель, состоящий из концентрированной H 3 PO 4 (76%), ледяной уксусной кислоты (15%), концентрированной азотной кислоты (3%) и воды (5%) по объему. Согласно исследованиям, процесс состоит из двух стадий - формирования Al 3+ и образования AlPO 4 , контролируемых скоростями соответствующих реакций:

Al 2 O 3 медленно Al -3е HNO3 Al 3+ быстробыстро Пленка медленно Растворимый AlPO 4 . (40)

Вода в фосфорной кислоте препятствует растворению Al 2 O 3 , но она способствует растворению вторичного продукта AlPO 4 . Сила тока пропорциональна скорости травления. Если ток приложен к алюминию, то отмечается анизотропия травления.

Энергия активации травления Al в H 3 PO 4 /HNO 3 равна 13.2 ккал/моль, что предполагает ограничение процесса скоростью растворения Al 2 O 3 в H 3 PO 4 . Выделяемый газ есть смесь Н 2 , NO и NO 2 . Адсорбция газов на поверхности Al является постоянной проблемой при использовании вязких травителей. Пузырьки способны замедлять травление - под ними образуются островки недотравленного металла, которые могут замыкать близко расположенные проводники.

Рис. 17.

Преимущественная адсорбция газообразных продуктов на боковой стенке ограничивает боковое подтравливание.

Неожиданным применением адсорбции пузырьков явилось ее использование для сглаживания краев профиля при травлении железоникелевых пленок в HNO 3 (рис. 17). Как только начинается процесс травления, пузырьки окиси азота собираются вдоль боковой кромки. Адсорбированный промежуточный продукт NO 2 действует как сильный окислитель при травлении металла, и травление в боковом направлении ускоряется. Адсорбция газов на боковой стенке (рис. 17) использовалась также для снижения бокового подтравливания Al при его травлении в Н 3 РО 4 . Снижение давления в камере травления с 10 5 до 10 3 Па приводило к уменьшению подтравливания с 0.8 до 0.4 мкм. В результате адсорбции мелких пузырьков водорода на боковой стенке на ней образовывался эффективный диффузионный барьер. Для снижения бокового подтравливания Al с 1.0 до 0. 25 мкм было предложено несколько травителей (табл. 9), содержащих добавки сахарозы (полиспирта) и ПАВ.

Таблица 9. Травители для алюминия.

1) АК - циклокаучук с азидами, резисты типа KTFR; ДХН - новолак с хинондиазидами, резисты типа AZ-1350.

Некачественно травление Al обусловлено несколькими факторами:

• 1) недопроявленный резист;
• 2) неравномерность толщины;
• 3) напряжения в пленках поверх ступенек;
• 4) гальваническое ускорение травления из-за наличия преципитатов Al-Cu;
• 5) неравномерность толщины окисла;
• 6) нестабильность температуры (>1 о С).

Эти факторы приводят к перетравливанию и закорачиванию.

Хром является вторым после алюминия металлом, наиболее часто подвергающимся травлению. Он широко используется при изготовлении фотошаблонов. В качестве травителя используется сульфат церия/HNO 3 .

Вследствие индукционного эффекта (формирования верхнего слоя Cr 2 O 3) травление пленки нелинейно, и поэтому момент окончания травления не может быть определен по ее начальной толщине.

Травление алюминия (изделий из данного металла) осуществляется для того, чтобы очистить его поверхность от верхнего, ненужного слоя либо от ржавчины. Также еще существует такая его разновидность - художественное травление, когда необходимо выгравировать рисунок на поверхности детали из металла.

Виды травления

Травление металлов вообще и алюминия в частности бывает двух основных видов: химическое и гальваническое. Последним методом осуществляют как раз художественное.

При химическом: изделие кладется в емкость, в которую предварительно налит раствор соляной или Таким же способом осуществляется травление алюминиевой заготовки щелочью, например едким натром.

А гальваническое (иначе - электролитическое или электрохимическое) происходит благодаря Сам процесс осуществляется в специальной ванне, где есть анод и катод.

Травление алюминия кислотой

Ввиду того, что в данном процессе применяются очень сильные кислоты, то прежде всего необходимо соблюдать повышенные меры предосторожности при работе с ними. Оператор должен надевать перчатки, маску, фартук. Важно, чтобы помещение, где происходит сам процесс, хорошо проветривалось. Не имея определенных навыков и без определенных средств защиты работать с кислотами не рекомендуется.

Как уже отмечалось выше, изделие из алюминия помещается в емкость с кислотой. Наиболее часто при химическом травлении алюминия кислотой применяют следующие реагенты: соляная или серная кислоты. При взаимодействии их с металлом выделяется водород. Внешне это выглядит следующим образом: поверхность изделия покрывается мелкими пузырями. Но, в принципе, это можно предотвратить, если заранее добавить в емкость специальный ингредиент. Таким образом металл будет защищен от пузырьков тончайшей пленкой.

Очень важный момент: все операции по травлению изделия из алюминия кислотой необходимо выполнять интенсивно, чтобы сама поверхность металла осталась целостной.

Такой метод применяется на практике не очень часто.

Травление алюминия щелочью

Чаще всего при данном способе применяется водный раствор едкого натра (возможен вариант с добавками или без них).

А используется он для того, чтобы очистить поверхность алюминиевого изделия от оксида или ненужной смазки и получить более гладкую (матовую или глянцевую) поверхность.

Для чего вообще необходимо так тщательно очищать? Для того, чтобы готовое изделие (например, декоративные архитектурные элементы, таблички) имело идеальную поверхность. А также данный способ применяется для глубокой гравировки.

Метод травления щелочью алюминия, с одной стороны, является достаточно недорогим, но он очень трудоемкий.

Особенности этого способа

Применяемые растворы содержат от четырех до десяти процентов натра. Температура при травлении щелочью составляет примерно 40-90 градусов по Цельсию.

При необходимости, чтобы получить легкое пенистое покрытие на заготовке, применяется увлажняющее средство или специальная добавка.

Средняя температура в разгаре процесса - шестьдесят градусов. Именно при таких тепловых показателях происходит качественная очистка поверхности.

Оптимальные показатели чистоты алюминия - 99.5%, а концентрация раствора едкого натра - 10, 15, или 20% .

Таким образом, во время реакции алюминий растворяется в едком натре, при этом выделяется водород. В результате формируется составной алюминат, и существует он только в растворе щелочи.

Дальнейшие процессы, происходящие при травлении щелочью

Во время данного процесса постепенно количество едкого натра становится меньше. И таким образом уменьшается и скорость самого протекания процесса, но повышается вязкость.

При условии, что в емкость совсем не добавлялось едкого натра, реакция может очень сильно замедлиться. Но в итоге коричневатый или чистый раствор для травления алюминия становится белым.

И с этого момента скорость процесса повышается.

В результате реакции в осадок выпадает гидрат окиси алюминия, который выглядит как суспензия. А также выделяется едкий натр, который также необходим, чтобы процесс травления продолжался.

Результаты при рассматриваемом способе

Экспериментально зафиксировано, что раствор едкого натра при интенсивном его применении в процессе травления начинает «поглощать» алюминий. И происходит это до тех пор, пока количество едкого натра не уменьшится до одной четвертой части от изначального объема. А уже после этого процесс продолжится свободным едким натром, колеблющимся в своем количестве. А это, в свою очередь, зависит от температуры, частоты использования и интенсивности остановок (пауз).

В этом случае гидрат медленно опустится в осадок или образует кристаллики на дне и/или по бокам емкости. Полученный гидрат будет достаточно плотным, и удалить его будет непросто. Иногда он так и норовит осесть прямо на поверхности нагревательных катушек.

Есть еще один важный момент, который касается содержания алюминия. Во время травления изделий из данного металла в едком натре необходимо четко соблюдать соотношение количества алюминия и натра. Потому что чем больше будет алюминия, тем медленнее будет происходить сам процесс. С точки зрения практики становится понятным, что необходимо постоянно увеличивать количество едкого натра по мере увеличения количества алюминия в емкости.

Таким образом, процесс травления алюминия щелочью можно продолжать постоянно. А потери будут происходить только из-за уноса его с паром.

Этот метод реально применим с точки зрения практики. Но есть несколько нюансов, о которых не стоит забывать: время от времени удалять затвердевший осадок гидрата; чистить фильтр; помнить, что емкость, в которой осуществляется процесс, при постоянном ее использовании может служить не более двух лет.

А в остальном каких-либо осложнений касательно применения данного способа не было выявлено.

Итого, после химического травления алюминиевой заготовки необходимо ее поверхность тщательно промыть, нейтрализовать и осветлить с помощью 15-20%-го раствора азотной кислоты. Этот процесс называется декапированием.

Гальванический метод

Второй способ травления - гальванический. Он более простой и по времени происходит намного быстрее. А в результате получается очень качественная поверхность изделия, четкие контуры рисунка (при художественном способе, как разновидности гальванического).

Особенность данного метода заключается в том, что в нем применяют источник электрической энергии (4-5 В).

Также понадобится ванна такого размера, чтобы в нее поместилось изделие из алюминия. Материал, из которого изготовлена ванна, должен быть диэлектриком. Состав ванны для травления алюминия - это раствор медного купороса и поваренной соли.

Перед началом процесса заготовку необходимо очистить, а также обезжирить. Далее припаять оловом к изделию медную проволоку и опустить ее в раствор едкого натра, а потом - в раствор серной кислоты. Через 2 минуты достать и промыть под потоком горячей воды. Запрещено в этот момент изделие трогать руками.

Если некоторые участки заготовки травить не нужно, на них наносится мастика. После этого можно начинать сам процесс.

В данном методе применяются две так называемые опоры, которые необходимо присоединить к аноду (положительный заряд) и катоду (отрицательный) источника электроэнергии. Важно, чтобы эти опоры располагались поперек ванны. На опору с анодом крепится заготовка из алюминия, а на вторую - заготовка из другого металла.

Все это опускается в ванну и выдерживается определенное количество времени. После этого промывается скипидаром и дообрабатывается шлифованием и полированием.

Художественное травление

Этот вид гальванического метода достаточно популярен в настоящее время. С его помощью можно делать авторские рисунки, гравировку, художественные оттиски, орнаменты на любой заготовке из металла.

И в результате получается очень четкий, красивый рисунок. Так сказать, авторская работа, которую можно оставить себе или подарить.

Сам оригинал изображения можно нарисовать самостоятельно или распечатать (с помощью лазерного принтера) на бумаге. Далее на поверхность наклеить скотч и смыть бумагу горячей водой. По итогу изображение должно остаться на скотче. Оставить высохнуть. А тем временем необходимо подготовить поверхность металла, на которую будет наноситься рисунок - обезжирить ее спиртом.

Затем приклеить скотч с рисунком на поверхность заготовки, при этом выпуская из-под него пузыри воздуха. Снимается раскаленным шилом лишний клей и все ненужное, кроме самого изображения.

Травление осуществляется тем способом, который уже описан выше - гальваническим.

Внимание: при этом процессе есть вероятность выделения вредных газов, поэтому людям лучше выйти из помещения.

Таким образом, травление алюминия в домашних условиях вполне осуществимо. Только обязательно необходимо выполнять все важнейшие меры предосторожности!

Я долго искал приемлемый метод чернения металла, который можно было бы применить в домашних условиях и получить приемлемое качество чернения.

Самый доступный казался это купить баллончик с матовой черной краской и закрасить нужные части. Но даже этот метод не такой уж и простой. Нужно подготовить среду, и точно не в квартире, а хотя-бы в гараже. И к тому же краску можно легко поцарапать.

Про метод анодирования я вообще умолчу, он требует повышенной техники безопасности и всякие эксперименты с серной кислотой меня не располагают.

Совсем недавно узнал о методе чернения хлорным железом. Чисто случайно - на рынке один человек сказал, что он опускает блестящие детали в отработку от вытравления печатных плат и получает таким образом хорошее чернение. Я подумал, хорошая идея, но в общем-то не обязательно искать отработку, достаточно просто найти хлорное железо (FeCl3) и сделать такой же раствор.

Хлорное железо я нашел и заказал через Интернет у частного продавца на доске объявлений, пакетик 200 г мне обошелся с почтовой пересылкой примерно 50 грн.

Я был приятно удивлен, поскольку в основном хлорное железо и продают для радиолюбитетей. Я и сам раньше увлекался радиотехникой, лет так 15 тому, и думал что сейчас эту индустрию уже давно вытеснили китайские готовые радиотехнические решения. Оказалось не вытеснили, раз есть предложение на хлорное железо, есть и спрос. Но не буду отходить от темы, далее по делу…

Я чернил этим методом алюминий, дюраль, сталь и латунь. И могу сказать, что лучше всего получилось с алюминием. Немного хуже, но приемлемо зачернилась дюраль. Сталь не зачернилась, но покрылась налетом, напоминающим ржавчину, она перестала блестеть, хотя бы так, все же стало немного лучше чем было. Латунь немного поменяла цвет - стала немного краснее, перестала блестеть, стала матовой, но черной не стала.

Метод чернения алюминия хлорным железом

Мне нужно было зачернить пару дюралевых колечек для макромеха и пару алюминиевых переходничков. Для такого небольшого количества деталей достаточно 15-20 грамм хлорного железа.

Хлорное железо в посуде для приготовления раствора

Вначале нужно развести его с небольшим количеством воды. На такое маленькое количество железа, воды нужно совсем немножко. Важно, чтобы в результате получилась густая смесь. чтобы она не растекалась а намазывалась на поверхность. Я делал на глаз - чем гуще раствор, тем лучше.

Пока раствор “настаивается” подготавливаем наши детали к чернению. Очищаем их от возможной грязи и пыли и обезжириваем. Я просто помыл их с мылом под краном, этого было достаточно.

Теперь, когда раствор готов, берем какую-то палочку. например для чистки ушей с ваткой на кончике. и аккуратно намазываем внутренние поверхности переходника. Я чернил только их, предпочитая оставить снаружи их блестящими. Следите, чтобы раствор оставался на поверхностях, а не стекал.

Деталь с намазанным раствором хлорного железа

В моем случае алюминиевые детали почернели через 7-10 минут. Дюраль темнела чуть дольше, может минут 20, точно время не засекал.

Дюралевое колечко потемнело

В результате поверхность стала темно-серая, матовая. Не бликует, что и требовалось получить.

Если результат вас не удовлетворил, можно промыть детали и пройтись еще раз оставшимся раствором. Я так и сделал с дюралью, сталью и латунью, в надежде что получится лучше.

Дюраль стала выглядеть заметно лучше, сталь и латунь остались такими же. Можно также оставить их намазанными на более длительное время.

После достижения чернения детали можно промыть проточной водой и высушить. Далее ими можно пользоваться.

Поверхность того же колечка после помывки и сушки. Чернением доволен.

После того, как я зачернил кольцо для макромеха, которое изначально блестело, контраст на фотографиях намного улучшился, особенно это стало заметно снимая черные детали с длинными выдержками.

Еще одна алюминивая деталь, зачерненая по тому же методу

А вот что случилось с латунью Она вообще не потенмнела, но стала матовой и немного поменяла цвет

Вот такой, относительно простой и качественный метод чернения. Надеюсь что будет полезен не только мне, но и другим энтузиастам.

На сайте изложены основы технологии гальванических покрытий. Подробно рассмотрены процессы подготовки и нанесения электрохимических и химических покрытий, а также методы контроля качества покрытий. Описано основное и вспомогательное оборудование гальванического цеха. Приведены сведения по механизации и автоматизации гальванического производства, а также санитарии и технике безопасности.

Сайт может быть использован при профессиональном обучении рабочих на производстве.

Применение защитных, защитно-декоративных и специальных покрытий позволяет решать многие задачи, среди которых важное место занимает защита металлов от коррозии. Коррозия металлов, т. е. разрушение их вследствие электрохимического или химического воздействия среды, причиняет-народному хозяйству огромный ущерб. Ежегодно вследствие коррозии выходит из употребления до 10—15 % годового выпуска металла в виде ценных деталей и конструкций, сложных приборов и машин. В отдельных случаях коррозия приводит к авариям.

Гальванические покрытия являются одним из эффективных методов защиты от коррозии, они также широко применяются для придания поверхности деталей ряда ценных специальных свойств: повышенной твердости и износостойкости, высокой отражательной способности, улучшенных антифрикционных свойств, поверхностной электропроводности, облегчения паяемости и, наконец, просто для улучшения внешнего вида изделий.

Русские ученые являются создателями многих важнейших способов электрохимической обработки металлов. Так, создание гальванопластики — заслуга академика Б. С. Якоби (1837 г.). Важнейшие работы в области гальванотехники принадлежат русским ученым Э. X. Ленцу и И. М. Федоровскому. Развитие гальванотехники после Октябрьской революции неразрывно связано с именами ученых профессоров Н. Т. Кудрявцева, В. И. Лайнера, Н. П. Федотьева и многих других.

Проделана большая работа по стандартизации и нормализации процессов нанесения покрытий. Резко увеличивающийся объем работы, механизация и автоматизация гальванических цехов потребовали четкого регламентирования процессов, тщательного отбораэлектролитов для нанесения покрытия, выбора наиболее эффективных способов подготовки поверхности деталей перед осаждением гальванических покрытий и заключительных операций, а также надежных методов контроля качества изделий. В этих условиях резко возрастает роль квалифицированного рабочего-гальваника.

Основной задачей данного сайта является помощь учащимся технических училищ в овладении профессией рабочего-гальваника, знающего современные технологические процессы, применяемые в передовых гальванических цехах.

Электролитическое хромирование является эффективным способом повышения износостойкости трущихся деталей, защиты их от коррозии, а также способом защитно-декоративной отделки. Значительную экономию дает хромирование при восстановлений изношенных деталей. Процесс хромирования широко применяется в народном хозяйстве. Над его совершенствованием работает ряд научно-исследовательских организаций, институтов, вузов и машиностроительных предприятий. Появляются более эффективные электролиты и режимы хромирования, разрабатываются методы повышения механических свойств хромированных деталей, в результате чего расширяется область применения хромирования. Знание основ срвременной технологии хромирования способствует выполнению указаний нормативно-технической документации и творческому участию широких кругов практических работников в дальнейшем развитии хромирования.

На сайте развиты вопросы влияния хромирования на прочность деталей, расширено использование эффективных электролитов и технологических процессов, введен новый раздел по методам повышения экономичности хромирования. Основные разделы переработаны с учетом nporpecсивных достижений технологии хромирования. Приведенные технологические указания и конструкции подвесных приспособлений являются примерными, ориентирующими читателя в вопросах выбора условий хромирования и в принципах конструирования подвесных приспособлений.

Непрерывное развитие всех отраслей машиностроения и приборостроения обусловило значительное расширение области применения электролитических и химических покрытий.

Путем химического осаждения металлов, в сочетании с гальваническим созданы металлические покрытия на самых разнообразных диэлектриках: пластмассах, керамике, ферритах, ситалле и других материалах. Изготовление деталей из этих материалов с металлизированной поверхностью обеспечило внедрение новых конструктивно-технических решений, улучшение качества изделий и удешевление производства аппаратуры, машин, предметов широкого потребления.

Детали из пластмасс с металлическими покрытиями широко используются в автомобилестроении, радиотехнической промышленности и других отраслях народного хозяйства. Особенно большое значение процессы металлизации полимерных материалов приобрели в производстве печатных плат, являющихся основой современных электронных приборов и радиотехнических изделий.

В брошюре даны необходимые сведения о процессах химико-электролитической металлизации диэлектриков, приведены основные закономерности химического осаждения металлов. Указаны особенности электролитических покрытий при металлизации пластмасс. Уделено значительное внимание технологии производства печатных плат, а также даны методы анализа растворов, применяемых в процессах металлизации, и способы их приготовления и корректирования.

В доступной и увлекательной форме сайт знакомит с физической природой в особенностями ионизирующей радиации и радиоактивности, с влиянием различных доз радиации на живые организмы, способами защиты и предупреждения лучевой опасности, возможностями использования радиоактивных изотопов для распознавания и лечения заболеваний человека.