Травление металла — технология, немного напоминающая удаление у человека татуировки. Сфера применения огромна — от обработки металлоизделий до создания предметов искусства. Эрудированный человек вспомнит, что Рембрандт, Блейк и Дюрер создавали офорты, используя травление металлических пластин. Сюжет рисунка автор и зритель могут воспринимать по-разному, а вот с технической точки зрения художественное травление является таким же строгим алгоритмом, как и работа с ржавой металлической пластиной.
Расцвет технологии пришёлся на XVI и XVII столетия. Безусловно, в те годы речь шла только о химической обработке. Электролитические методы, а тем более ионно-плазменное травление, появились значительно позже. До наших дней сохранились не только изящные гравюры на металле, но и бытовые предметы той эпохи. Средневековые ремесленники украшали различные изделия:
- наносили гравировку на оружие — арбалеты, кинжалы;
- превращали рыцарские латы в произведение искусства;
- выполняли индивидуальный дизайн замков и ключей.
В начале XVIII века на Кавказе вышла на новый уровень гравировка ружейных стволов. Её выполняли художники-оружейники, а для сборки украшенные детали отправляли к другим мастерам. Такое разделение позволило добиться высокого уровня на каждом этапе работы с настоящей дамасской сталью. Впрочем, как и в большинстве изобретений, европейцы лишь усовершенствовали старые методы: ещё до нашей эры технологии травления применялись в различных уголках мира, хотя обработке подвергались чаще всего не металлы, а органические предметы, например, раковины. Но принцип был тот же — использовался материал, противостоящий травлению (смола или битум), а травильными веществами служил растительный едкий сок.
В то время как художники изготавливали восхитительные гравировки, практичные мастера выполняли заказы самого различного характера. В музеях Европы выставлены изделия с гравировкой, чернением и золочением:
- шлемы рыцарей;
- изящные шкатулки;
- подсвечники.
Задачи и технологии
Процесс погружения в ванночку с кислотой, солью или щёлочью может занимать от одной минуты до двух часов. Используется и многоступенчатая поэтапная обработка.
Цели травления (промышленного или домашнего) могут быть самые различные:
- устранить ржавчину или окалину;
- уточнить параметры поверхности;
- выявить межкристаллическую коррозию;
- нанести дорожки на микросхемы и платы;
- усилить адгезию — на очищенную поверхность прочно наносится любое покрытие, включая гальваническое;
- выполнить химическую полировку поверхности;
- создать изображение — рельефный рисунок или надпись;
- подготовить стальные изделия к процессу горячего цинкования;
- удалить оксидную плёнку или оксиды, возникшие в результате термической обработки металла;
- уменьшить толщину пластины;
- избавиться от верхнего покрытия (тонкого слоя другого вещества на поверхности металла).
На практике эта процедура чаще всего требуется при подготовке металлических деталей к обработке антикоррозийными веществами или покрытию лакокрасочными средствами.
Важно: при работе с нержавеющей сталью потребуются два технологических процесса одновременно — травление и пассивация. Травление устранит частицы ржавчины и окалины, а пассивация заключается в создании оксидной плёнки, которая предотвратит возвращение этих проблем при последующей эксплуатации.
Методы травления
При всём разнообразии технологий методы травления разделены на три категории:
- Химический — при воздействии кислоты (H₂SO₄, HNOз, HCl) и щёлочи. Именно этот способ применяется для удаления окалины или ржавчины.
- Электролитический — в этом случае пластина (на которой мы хотим создать рисунок) погружается в электролит.
- Ионно-плазменный — поверхность металла подвергается воздействию инертных газов, исключая их химическое взаимодействие с обрабатываемым металлом. Используется и другое название этого метода — сухое травление. Такой способ позволяет выполнять насечки и пазы с точностью порядка 10 нм. Безусловно, этот метод не для домашнего использования, основное его применение — микроэлектроника.
| Обрабатываемые металлы | Травители и реактивы для обработки |
|---|---|
| Углеродистая сталь |
|
| Нержавеющая сталь |
Обработка 20%-ным раствором HCl и 20–40%-ным HNO₃. |
| Нержавеющая сталь (толстый слой окалины) | 75–85%-ный р-р NaOH плюс 20–25%-ный NaNO₃. 15–20%-ный р-р HNO₃ для удаления оксидов. |
| Медь | Обработка перекисью водорода, H2CrO4 и солями (CuCl2, FeCl3, NH4) |
| Титан | NaOH, раствор HF либо H₂SO₄ плюс HNO₃ |
| Алюминий | 10–20%-ная щёлочь. Дополнительно — NaCl и NaF для равномерного процесса. |
Домашнее травление
В домашних условиях используется химический метод, реже — электрохимическая технология. Чаще всего кустарное производство — это обработка ножей, охотничьих и декоративных. Здесь могут пригодиться орнаменты тульских оружейников: переплетённые лентами розы, эмблемы, знамёна. Очень интересны и узоры, традиционные для мастеров Златоуста. Специалисты высокого класса наносят рисунки не только на холодное оружие, но и на церковную утварь, не говоря уже о разнообразных предметах быта:
- подносы;
- подстаканники;
- столовые приборы.
Безусловно, обычному мастеру вряд ли удастся повторить профессиональные узоры: для этого требуется не только обширный опыт и специальный инструмент, но в большинстве случаев индивидуальные эскизы художников. А вот стандартные рисунки выполняют многие рукодельники. Что потребуется мастеру:
- Обезжиривающий реагент для подготовки поверхности.
- Кислота.
- Неметаллическая ёмкость, материал которой инертен к используемым химикатам.
- Средства для непосредственной прорисовки эскиза (скотч, трафарет, лак, грунтовка).
- При электрохимической обработке дополнительно нужно приготовить:
- поваренную соль;
- маломощный аккумулятор на 5-12 Вольт;
- соединительные провода
Внимание: при использовании трафарета (особенно, если речь идёт о надписи) не забывайте: изображение будет зеркальным.
Для нанесения изображения необходимо защитить участки металла с помощью материалов, которые не вступают в химическую реакцию с реагентами, используемыми для травления. Большинство мастеров применяет для защиты поверхности маскирующий лак, но домашние умельцы используют крайне широкий арсенал — от скотча до маникюрного лака.
Затем на поверхность наносится травильный грунт. Следующий этап — создать рисунок, используя стилусы, иглы, специальный инструментарий. При помощи травления можно выполнять и очень тонкую работу:
- украшать высококачественное стекло;
- наносить узоры на оружие;
- обрабатывать ювелирные изделия.
В этих случаях травильная жидкость подбирается мастером индивидуально — для обработки фарфора или серебра, латуни или камня требуются абсолютно различные вещества. Основной алгоритм:
- изделие покрывается лаком или грунтовкой;
- пауза до полного высыхания нанесённого слоя;
- нанесение контура (можно использовать гелевую ручку или очень тонкий маркер);
- острым концом латунного или медного прутка прочерчивают на грунтовке контуры изображения;
- при необходимости придают различную глубину участкам рисунка, тогда травление выполняют в несколько этапов.
Совет начинающему мастеру — сначала потренироваться на ненужной детали. Если взять пруток слишком твёрдый или неподходящего диаметра, поверхность будет безвозвратно повреждена. Не забывайте: кислоту добавляют в воду, а не наоборот!
Техника безопасности
Травление нельзя назвать процессом экологически чистым и абсолютно безопасным для здоровья мастера. Даже при соблюдении технологии и стандартных мер безопасности органы дыхания подвергаются достаточно высокой опасности. Каждый из используемых реагентов негативно воздействует на человека:
- Хромовая кислота — не просто сильный очиститель, она обладает высоким уровнем токсичности и к тому же канцерогенна.
- У азотной кислоты резкий и удушливый запах.
- Фтороводород относится ко второму классу опасности.
- Соляная кислота — не только разъедает кожу, органические материалы и металл, но и способна в концентрированном виде взаимодействовать с обычным воздухом, создавая едкие пары.
- Серная кислота огнеопасна, при попадании её паров в органы дыхания развивается не просто раздражение, а хронический пневмонит, не говоря уже об ожогах.
В домашней мастерской трудно создать условия, полностью отвечающие требованиям безопасности. Но и кустарному мастеру, и специалистам на производстве необходимо проверять исправность инструмента: трещины, сколы, неправильно насаженный молоток — это не только бракованная работа, но и реальная угроза для здоровья мастера.
Основные риски процесса:
- высокая загазованность парами опасных реагентов;
- раскалённая поверхность металла;
- вероятность поражения электрическим током;
- брызги агрессивных химикатов;
- возможность возгорания, а в ряде случаев и взрыва.
Процесс регламентируется Инструкцией Министерства труда от 2 июля 2002 года. Чётко определено возрастное ограничение: травление на производстве не могут выполнять лица, не достигшие 18-летнего возраста.
Дополнительные требования к защите мастера:
- ограждение для подвижных деталей;
- использование защитной блокировки;
- наличие заземления;
- защита токоведущей аппаратуры;
- средства пожаротушения.
Внимание: регламент строго указывает на запрет работы при неисправности вентиляции в производственном помещении. Категорически воспрещается работать без средств индивидуальной защиты:
- плотная спецодежда;
- резиновые перчатки;
- фартук;
- респиратор;
- не помешает и защитный щиток для лица.
Если кислота попала на экипировку, опасно надеяться на крепость спецодежды, её нужно немедленно снять. Существует и другое правило, невероятно простое, но его не всегда выполняют — ёмкости с химикатами должны стоять на полочках, расположенных намного ниже уровня лица. Необходимо позаботиться и об аптечке. Нужны под рукой и простые, но проверенные средства. Но главное — не перепутайте:
- При попадании на кожу любой кислоты необходимо обработать повреждённый участок мыльной холодной водой либо раствором соды (на стакан воды чайная ложна).
- Если вы пострадали от воздействия плавиковой кислоты, то кожу нужно промывать проточной водой в течение 2-3 часов (не минут!!!).
- При воздействии фосфора также потребуется срочно промыть проточной водой или хотя бы опустить руку в ёмкость с водой, но учтите — фосфор вспыхивает на воздухе.
- Нельзя дотрагиваться до повреждённого участка руками.
- При ожоге щёлочью кожу нужно сперва промыть (проточной водой), а затем для обработки можно использовать несколько вариантов:
- столовый уксус, разбавленный в пропорции 1:1 обычной холодной водой;
- лимонная кислота — пол чайной ложки на стакан воды;
- борная кислота — также 0,5 чайной ложки порошка на стакан воды.
Оказав себе или товарищу первую помощь, не раздумывайте, надо ли обратиться к врачу. Надо — и не завтра, а сразу же. Последствия кислотного и щелочного ожога слишком серьёзны, чтобы можно было самостоятельно обезопасить человека за две минуты.
