Wiele procesów produkcyjnych pozostawia pozostałości na powierzchniach metalowych, które muszą zostać oczyszczone przed dalszym przetwarzaniem lub przed oddaniem części metalowych do użytku. Te zanieczyszczenia powierzchniowe mogą występować w postaci tlenków metali, plam, rdzy i innych zanieczyszczeń.
Procesy takie jak szlifowanie, obróbka strumieniowo-ścierna lub szczotkowanie drutem są często wykorzystywane do osiągnięcia tych celów. Procesy te mogą być jednak mniej dokładne i mogą usuwać nadmierne lub niewystarczające ilości metalu.
W tym artykule zbadamy alternatywny, bardziej niezawodny proces wykańczania powierzchni znany jako trawienie, który jest powszechnie stosowany do usuwania zgorzeliny i rdzy z powierzchni metalowych. Proszę zacząć.
Czym jest wytrawianie metali?
Wytrawianie metali to proces czyszczenia zanieczyszczonych powierzchni metalowych za pomocą określonych chemikaliów przed dalszym przetwarzaniem lub powlekaniem. Jest ono najczęściej wykonywane po procesach obróbki na gorąco, ponieważ mają one tendencję do pozostawiania odbarwionej warstwy tlenku na powierzchni. Aby usunąć tę zgorzelinę, obrabiany przedmiot zanurza się w kąpieli kwasowej. Dlatego przed walcowaniem na zimno stal walcowana na gorąco zwykle przechodzi przez linię wytrawiania w celu usunięcia zgorzeliny powierzchniowej.
Różne metale i zastosowania wykorzystują różne kwasy, ale najczęściej są to kwas solny i kwas siarkowy. Ponieważ stosowane chemikalia są powszechnie znane jako alkohol marynowany, proces ten stał się znany jako trawienie. Jest on czasami określany jako mycie kwasem, jeśli odkamienianie nie jest konieczne.
Części metalowe są narażone na działanie cieczy trawiącej poprzez kąpiel zanurzeniową, natrysk lub nakładanie pędzlem. W przypadku rur, które muszą być trawione wewnętrznie, ciecz trawiąca jest przez nie pompowana.
Trawienie jest najczęściej wykonywane na metalach żelaznych, metalach szlachetnych, miedzi i stopach aluminium. Wytrawiony metal ma różne zalety, takie jak atrakcyjna powierzchnia, zwiększona trwałość, zwiększona odporność na korozję i usuwanie stref wpływu ciepła.
Proces wytrawiania – Jak wytrawia się stal?
Proces wytrawiania jest dość prosty i można go podzielić na sześć prostych etapów:
Wytrawianie zwojów stali walcowanej na gorąco
Czyszczenie wstępne
Etap czyszczenia wstępnego odnosi się do czyszczenia materiału przy użyciu roztworów odtłuszczających lub żrących. Na tym etapie należy usunąć zanieczyszczenia powierzchniowe, takie jak luźny olej, brud i wszelkie inne zanieczyszczenia.
Przygotowanie roztworu trawiącego
Do procesu trawienia używamy zazwyczaj rozcieńczonego kwasu solnego lub siarkowego. Stężenie i temperatura różnią się dla różnych metali i wymaganego poziomu wytrawiania. Idealne stężenia można znaleźć, odwołując się do wymagań projektu lub wytycznych producenta.
Roztwór należy przygotowywać z najwyższą ostrożnością. Kwas należy zawsze dodawać do wody, a nie odwrotnie, aby zapobiec rozpryskiwaniu stężonego kwasu.
Wytrawianie
Na tym etapie zanurzamy stal węglową w kąpieli kwasu solnego lub siarkowego, jeśli zawartość węgla jest mniejsza niż 6%. Jeśli zawartość węgla jest wyższa, stal należy najpierw wytrawić kwasem fluorowodorowym, azotowym lub fosforowym.
Materiał jest całkowicie zanurzany w roztworze na określony czas. Czas ten zależy od poziomu zanieczyszczenia i rodzaju metalu. Może on wynosić od kilku minut do kilku godzin. Roztwór należy od czasu do czasu mieszać.
Niewielka ilość materiału (1 do 3% masy stali) jest usuwana z powierzchni w wyniku reakcji chemicznych, uwalniając materiał z tlenków żelaza. Stal jest usuwana z roztworu po osiągnięciu wystarczającego poziomu oczyszczenia.
Pozostały roztwór trawiący, teraz zanieczyszczony płatkami rdzy i pyłem tlenku żelaza, nazywany jest szlamem trawiącym. Możliwe jest odzyskanie części kwasu i tlenku żelaza poprzez regenerację, ale resztę należy odpowiednio zutylizować, ponieważ jest ona klasyfikowana jako odpad niebezpieczny.
Płukanie
Powierzchnię stalową należy oczyścić z całego kwasu, spłukując ją czystą wodą. Przed przystąpieniem do dalszej obróbki należy usunąć wszelkie ślady roztworu trawiącego.
Neutralizacja i zastosowanie inhibitora rdzy
W niektórych przypadkach część jest neutralizowana za pomocą roztworu alkalicznego w celu dokładnego oczyszczenia powierzchni i usunięcia wszelkich śladów środka trawiącego. Do tego celu nadaje się komercyjny neutralizator lub soda oczyszczona. Roztwory alkaliczne są również uzupełniane inhibitory rdzy w celu zwiększenia odporności części na korozję.
Suszenie
Po płukaniu i neutralizacji część jest suszona przed uznaniem procesu za zakończony. Po zakończeniu tego etapu część jest gotowa do dodatkowej obróbki lub powlekania, w zależności od potrzeb.
Kwasy stosowane do wytrawiania
Najpopularniejszymi kwasami stosowanymi do wytrawiania stali są kwas solny i kwas siarkowy. Chemikalia te działają również w przypadku różnych metali innych niż stal.
Kwas solny jest obecnie bardziej powszechny, ale wcześniej był to kwas siarkowy. Kwas siarkowy jest bardziej przystępny cenowo niż kwas solny, ale nie nadaje się do szybkich linii do produkcji stali ze względu na wymagania dotyczące dłuższego czasu kontaktu. Automatyczne huty mogą produkować stal walcowaną na gorąco z prędkością do 243 m/min, co wymaga krótkich czasów trawienia.
Kwas solny jest również bardziej skuteczny w usuwaniu zgorzeliny i ma niższe koszty ogrzewania, ponieważ proces może odbywać się w temperaturze pokojowej. Ma również mniejszą penetrację wodoru poprzez dyfuzję i mniejsze osadzanie się soli żelaza na wytrawionej części. Jednak kwas solny może być trudny do odzyskania, a także zaczyna dymić w nieco podwyższonych temperaturach. Jest również bardziej korozyjny i trudniejszy do usunięcia niż kwas siarkowy.
Kwas siarkowy, oprócz tego, że jest bardziej przystępny cenowo, ma tę zaletę, że można manipulować szybkością wytrawiania poprzez regulację temperatury procesu. Podwyższona temperatura pozwala na bardziej efektywne wytrawianie przy niższych stężeniach kwasu. Siarczan żelaza powstały podczas trawienia kwasem siarkowym jest łatwiejszy do odzyskania, a kwas może być częściej wymieniany.
Jednak kwas siarkowy bardziej agresywnie atakuje metal nieszlachetny. Promuje również głębszą dyfuzję wodoru. Pozostałości po trawieniu są również bardziej przyczepne, a proces prawie zawsze wymaga podgrzania.
Stale węglowe o zawartości węgla większej niż 6% (żeliwo) są wstępnie trawione przy użyciu kwasu fosforowego, kwasu azotowego i kwasu fluorowodorowego przed obróbką roztworem kwasu solnego lub siarkowego. Kwasy azotowy i fluorowodorowy nadają się również do wytrawiania odpornych na korozję i kwasoodpornych stali chromowo-niklowych.
Kwas fosforowy jest najlepszą opcją do usuwania cienkiej warstwy tlenku żelaza lub zgorzeliny żelaza. Proces ten jest również stosunkowo drogi. Jednak użycie kwasu fosforowego prowadzi do powstania cienkiej warstwy fosforanu żelaza, który natychmiast pasywuje metal.
Stopy miedzi są zazwyczaj trawione przy użyciu rozcieńczonego kwasu siarkowego, podczas gdy mosiądz najlepiej trawić mieszaniną stężonego kwasu azotowego i siarkowego, wraz z sadzą i chlorkiem sodu.
Korzyści z wytrawiania
Wytrawianie materiałów ma następujące zalety:
- Materiały są oczyszczane ze wszystkich zanieczyszczeń powierzchniowych, takich jak rdza i zgorzelina. Efektem końcowym jest gładkie i czyste wykończenie powierzchni.
- Proces usuwa zabarwienie cieplne z poprzednich operacji. Produkt końcowy ma jednolity kolor, który uzyskuje się w bardzo niewielu procesach wykończeniowych.
- Poprawia odporność materiału na korozję, podobnie jak w przypadku stali nierdzewnej.
- Mniejsze ścieranie powierzchni metalu w porównaniu do metody mechanicznej. Szanse na osadzenie się cząstek są również wyeliminowane.
- Poprawia wygląd powierzchni. Biżuteria jest często trawiona w celu usunięcia nieatrakcyjnej warstwy tlenku miedzi z powierzchni.
- Wytrawianie jest prostym, niedrogim i stosunkowo łatwym procesem.
- Możemy odzyskać cenne produkty ze szlamu wytrawiającego, wysyłając odpadową zgorzelinę walcowniczą do spiekalni, gdzie można ją przekształcić w stałą masę stalową.
Ograniczenia wytrawiania
- Trudno jest uzyskać spójne wyniki, ponieważ kwas z czasem słabnie. Ilość usuniętego materiału zmienia się w czasie wraz z degradacją kąpieli kwasowej.
- Szlam z trawienia jest odpadem niebezpiecznym. Ścisłe Przepisy EPA dotyczące tego odpadu w pewnym stopniu ograniczają jego wykorzystanie.
- Postępowanie z niebezpiecznymi chemikaliami do wytrawiania jest istotnym czynnikiem bezpieczeństwa w procesie wytrawiania.
- W niektórych przypadkach dyfuzja wodoru może prowadzić do kruchości wodorowej, powodując, że stal staje się krucha i słaba oraz negatywnie wpływa na właściwości fizyczne materiału.