Способ травления стальных изделий

 

СПОСОБ ТРАВЛЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ, включающий обработку в растворе при наложении юэпебаннй, о т ли ч а ю щ и и с я тем, что, с цепью интенсификации процесса, снижеавя потерь металла и уменьшения наводораживтавя, колебания накладывают путем возаейстмя высоковопьтных электроимпупьсных разря дов с частотой 0,2-10 Гц и эне йгвей в импульсе 0,О1-1,ОО кЛж. О DO О э

СОНИ СОВЕТСНИХ

СИИ»

ЩСПУЕЛин яи„„зобо др С 23 F. 1/00

Г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

Н АВТОЮСНСВПГ СВИДЕТНЪСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

re дилемм изоБ еп ний и отбытий (21) 3228431/22-02

-(22) 04.01,81 (46) 15.06,83. Бюа, М 22 (72) Н. А. Жуков, Т. М. Овчинникова, А, С. Русских, Е. Н. Баталова, Н, А,- Зы» кова к А. Д. - Коршунов (71) Кировский политехнический институт . (53) 621.794.44(088,8) . (86) 1. Гииберг А. М.:Техноаогия гальванотехиики, Л., Суддромгиз,. 1962, с, 26-З4.

2, Гинберг А. М. и Федотова Н. М.

Уаьтразвук s гальванотехнике. М., Метанвургия, 1968, с. 67-77, (54)(57) СПОСОБ ТРАВЛЕНИЯ СТАЛЬ

НИХ ИЗДЕЛИЙ, включаюший обработку s растворе при наложении колебаний, о т личающийся тем,что,сцелью интенсификации процесса, снижения потерь металла и уменьшения наводораживанияя колебания накладывают путем воздействии высоковольтных здектроимпудьсных разря дов с частотой 0,2-10 Гц и энергией в, импульсе 0,01-1,00 кДЖ, 1023000

Изобретение относится к химической обработке метаппов, в частности к травпению, и может быть испопьзовано при подготовке поверхности изделий дпя нанесения гальванического покрытия.

В современной гапьванотехнике наиболее распространенным способом травпения является погружение изделий в нагретый . травипьный раствор, чаше всего минерапь-, ной киспоты (например, серной сопяной I0 ,и др,) и выдерживание в нем в. течение определенного времени (lj, Недостатками существующего способа явпяются продопжительность травпения в связи с тем, что обновпение раствора у поверхности металла и отвод продуктов реакции затруднены,большой расход химических реагентов и потери метаппа за счет его перетравпивания; образование на поверхности металла травипьного шпа- 20 ма и необходимость поспедуюшей механической обработки дня его удаления; коррозионное растрескивание поверхности издепия; наводороживание метаппа, которое приводит к снижению механической прочности (водородное охрупчивание }; большие затраты на обогрев ванны и тяжелые условия труда, связанные с выдепением вредных паров из горячего травипъного раствора. ЗО

Процесс киспотного травления в неко. торой степени можно интенсифицировать путем подачи травипьногораствора на издепие .;в виде струи — струйное травление ипи путем циркупяции травипьного раствора, . Наибопее бпизким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту явпяется способ травпения с воздействием упьтраэвука. Очистка поверхности металла по етому способу производится пибо путем непродопжитепьного обычного травпения в растворе киспот с поспедующей упьтразвуковой обработкой в воде, либо путем травпения в киспотах с надо жением упьтразвуковых копебаний, 45

В качестве травипьного раствора при меняют 10%-ный раствор серной киспоты с добавпением 3-4% хлористого нат рия. Оптимапьная частота упьтраэвуковых колебаний составпяет 16-25 кГц, а удель- ная мощность 2,5-5,0 Вт/см P2$.

Поставленная цепь достигается тем, что оогпасно способу травления стапьных изделий> вкпючаюшему обработку в растворе при наложении колебаний, колебания накпадывают путем воздействия высоковольных электроимпульсных разрядов (ВЭИР) с частотой 0,2-10 Гц и энергией в импупьсе 0,01-1,00 краж."

ВЭИР сопровождается рядом явпений (ударной вопной, гидравпическим ударом, кавитацией, акустическим и эпектромы нитным воздействием), которые в совокупности, как оказапось, положительно впияют на процессы, происходящие при травлении металпа. Удаление с поверхности металла окисной пленки (окапйны) под действием, например, серной киспоты, происходит в основном за счет проникновения последней через поры и, трещины в окалине к метаппу, химическому взаимодействию с ним с образованием водорода, пузырьки которого по мере своего роста механически отделяют разрыхленный слой окиспов от поверхности чистого металла, При прохождении ударной волны, вызванной ВЭИР, пузырьки водорода сначала резко сжимаются, а за ее фронтом взрывоподобно расширяются, т.е. их механическое воздействие на окапину резко усиливается. Это приводит к тому, что время, необходимое дпя удапения окисной пленки сокращается в 2-6 раз, на 3060%.уменьшаются расход киспоты и потери металла, так как не происходит его перетравпения. Под действием кавитации.и гидравпического удара продукты травпения — травипьный шпам удаляются с поверхности издепия. Поверхность оказывается без видимых раковин и признаков коррозионного растрескивания, травипьный шпам на ней полностью отсутствует.

Последнее обстоятельство позвопяет исхпючить поспедуюшую механическую обработку, которая явпяется необходимой при травпении в упьтраэвуковом попе.

Действие факторов, сопровождающих

ВЭИР, сказывается и на процессе наводораживания; наводороживание металла уменьшается по сравнению с травпением в обычных усповиях s 2-3 раза; при ,зтом механическая прочность образцов остается на уровне исходных, в то время как поспе обычного травления она снижается на 20-30%.

Несмотря на то, что,упьтразвуковой способ в некоторой степени ускоряет процесс травцония, он не пишен перечисленных недостатков.

55 цепь изобретения - сокращение времени травпения, снижение расхода химических реагентов и потерь метаппа и уменьшение наводороживания иэдепия.

Полученные результаты достигав тся в усповиях, когда травипьный раствор имеет комнатную температуру, что важно дця сокращения расхода теппа на нагрев ванны и упучшения условий труда.

00 4

3 10230

Травление стальных изделий под действием высоковольтнйх электроимпульсных разрядов (ВЭИР) осуществляют следующим образом.

Схема установки для травления (фиг.1) состоит иэ разрядной камеры 1, на верхнюю грань которой. устанавливают травил ную камеру 2. Для лучшей передачи удар-. ных волн и гидравлических импульсов дно травильной камеры 3 выцолнено из 10 полиуретана. С целью предотвращения выбросов раствора во время разрядов тра.вильную камеру закрывают крышкой 4, которая прижимается траверсой пресса.

Стальное изделие 5, в данном случае, 1s пруток из стали 30 ХГСА диаметром

4 мм, помещают в травильную камеру, : заливают травильным растворам, крышку камеры закрывают и включают источник напряжения.- Частоту импульсов регулиру- 20 ют с помощью коммутирующего устройстsa а их мощность путем изменения напряжения.от 15 до 30 кВ и емкости конденсаторной батареи от 0,5 до 80 мФ.

При проведении контрольных опытов (без 25 воздействия ВЭИР) электрический контур 6 в работу не включают. При травS ленин образцов под действием ультразвука под травильную камеру вместо разрядной устанавливают источник ультразвуко-. 30 вых колебаний типа ПМС-6.

Скорость процесса травления оценивают как весовым, так и объемньм методами, т.е. по убьщи веса образца и объему выделившегося газа в процессе травления, Данные по изменению веса образцов при травлении в различных условиях приведены на фиг. 2. На всех кривых можно выделить два характерных участка. Считают, ч го первый участок соответствует 40 удалению с поверхности изделия окисной пленки, а вгорой - коррозии (растравливанию) самого металла. По углу наклона этих кривых можно судить о скорости протекания указанных процессов. На рис.2 видно, что ВЗИР существенно ускоряет процесс снятия окалины как по сравнению с травлением в обычных условиях,.так и по сравнению с травлением под действи- ем ультразвука, В то же время процесс 0 растравпивания самого ме талла протекает с меньшей скоростью, Следствием этого является снижение расхода травильного раствора и уменьшение потерь металла. -

Аналогичные результаты получены и по результатам кинетики выделения водоро- . да в процессе травления.

Образцы, травлейие которых проводит ся под действием ВЭИР, огличаются ровпой, гладкой поверхностью, Ha HeO отсутствуюг остатки окалины, травильный шлам и признаки коррозионного растравления, Опыты проводятся с образцами без .тер мической обработки и не прошедшими травления - "сырые нетравпенные; без термической обработки, íî прошедшими трав ление — "сырые после травления"; после термической обработки (до (p = 120кгс/

/мм ) не прошедшими травление — тер мообработанные на травление"; troche термической обработки и прошедшими травление — тэрмообработанные после травления.

Пример. Провсцыт травление образцов из стали ЗОХГСА: изготовленных в виде прутка диаметры 4 мм. Травле-. нию подвергают как сырую, так и термо..обработанную (доб = 120 кгс/мм )

2 сталь. В качестве травильного раствора используют серную кислоту концентрацией 300 г/л. Образцы помешают в ячейку, заливают травильным раствором и выдерживают в нем определенное время.

Травление контрольных образцов .прово „„ „600Ñ, „ »„, . р 2ООоС, Ячейку с опытными образцами подвергают действию ВЭИР с частотой импульсов

1 Гц и энергией 73 Лж.

Об окончании процесса травления судят по кривым газовыделения и визуально по частоте. поверхности образцов.

Банные по времени травления и расходу реагентов сведены в табл. 1, О наводороживании и водородном охрупчнвании стали в процессе травления судят по результатам определения содер- жания водорода в образце методом ваку- умной экстракции и механической прочности на скручивание (ГОСТ 1-545-63).

В-табл. 2 приведены данные о влиянии травления на наводороживание и механическую прочность стали (продожительность травления 20 мин).

Из табл. 1 н 2 видно, что воздействие

ВЭИР позволяет сократить время травления более, чем в 4 раза, на 32-37% уменьшить расход материалов и предотвратить снижение механической прочности за счет наводороживания. Наилучшие резуль таты при эгом получены. при частоте разряда от 0,2 до 10 Гц, и энергии импульса от 0,01 до 1,00 кДж. Уменьшение частоты и энергии импульсов ниже указанных пределов не дает допжного эффекта, а увеличение этих показателей, соот ветственно, выше 10 Гц и 1,00 кЛж,оказывается неоправданным как с технологи

9 100 2 8 100 1 6 100

Травильный шцам прису Г ствует на всей поверхности, видны следы коррозионного растр ескнвания

2 22 09

Под действием БЭИР

32 0,6

Травильный щлам и видимые дефекты травпения от. сутствуют

Таблица 2

Сырые нетрав,, ленные

0,54

7,2 0,3

1ОО О

О. Сырые после травцения в обыч ных условиях

1,22

8,1+ О, 2

70,8

Сырые после травления иод действием ВЭИР

1,02

7,0 0,4

97,2

Термообработанные не травленные

32,8+ 2,0

1 023000 . 6 ческой, так и с экономической точек зре- бами существенно интенсифицировать про ния (табл. 3). цесс, обеспечить экономию химических

Влияние параметров ВЭИР на показате- реагентов, устранить наводорокивание и ли процесса траваения стали ЗОХГСА по- тем самым не допустить снижение мехамазаны в табл 3. нической прочности изделия. Проведение процесса при комнатной температуре. поз-

Таким образом, применение ВЭИР в вопяет экономить тепловую энергию и процессе травления стааьиых изделий поэ- улучшить условия труда в подготовительволяет по сравнению с известными спосо» ных отделениях гальванических цехов, 30 .Таблица 1

Ф

77tl

113 4

0,9

0,7

OeOl

0,10

0,6

:15

- 0,8

0,01

0,8

0,6

10, 0,9

0,7

1,00 0,4

Т%фэмеобрйбе%аи щи, щкже травлении в обычных

) юниимх .

: Т ЮРФ ные, десне раэ -, денни иод дейст:

- виеы ВЭИР

0э2 0 01 8 02 010 6 8

Пйе кникеиие або. 2Т абдина 3

Ю)Ю mWIsieue, Составитжь В. Онейниченко

Редактор Л. Авраменко Техред Л, Пека ь Корректор О. Тигор

Закаэ 4159/17 Тираж 956 Подннсное

ВНИИПИ Госудщрственного комитета СССР по ледам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушскаи наб„д. 4/5

Фидиал ППП Патент, г. Ужгород, уд. Проектнаа, 4