Leptání kovů: účel, technologie, druhy

Po válcování běžných uhlíkových ocelí za tepla se na povrchu kovu vytvoří vrstva okují. Vodní kámen snižuje přesnost následného opracování obrobků a svým abrazivním účinkem přispívá k urychlenému opotřebení kovoobráběcích nástrojů. K odstranění vodního kamene se také používají různé mechanické metody, ale leptání je považováno za nejběžnější způsob.

Podstata čištění kovového povrchu leptáním

Chemické leptání je reakce mezi povrchovými oxidy železa a kyselinou. Chemická reakce zahrnuje postupné rozpouštění vodního kamene, který způsobí, že se změní na solný roztok a oddělí se od kovového povrchu. Jako ve všech chemických reakcích dochází mezi látkami k výměně elektronů. V tomto případě má reakce mezi kovem a kyselinou za následek tvorbu soli (ve vodném roztoku) a vodíku (v plynné formě).

Faktory, které určují účinnost chemického leptání, jsou:

• typ leptacího roztoku;
• procesní teplota;
• složení měřítka.

Chemické složení roztoku hraje důležitou roli: čím více legujících prvků ocel obsahuje, tím vyšší by měla být leptací schopnost roztoku po stejnou dobu úpravy.

Při chemickém leptání se používají následující typy kyselin:

1. Sůl.
2. Sírová.
3. Dusík.
4. Ortofosforečná.
5. Hydrofluorovodíková.

Posledně jmenovaný se používá velmi zřídka kvůli jeho toxicitě (ačkoli všechna taková řešení jsou ekologicky nebezpečná) a vysokým požadavkům na materiál leptacího zařízení. Jiné kyseliny jsou také schopné přeměnit kov (pevný materiál) na ionty a převést je do vodného roztoku.

Na papíře vypadá řada chemických aktivit kyselin při stejné koncentraci v roztoku takto: dusičná → sírová → chlorovodíková → ortofosforečná. Z tohoto důvodu může proces trvat různě dlouho. Všechny kapaliny použité k leptání je nutné zlikvidovat, což vyžaduje vícestupňové zpracování. Doba trvání je velmi závislá na teplotě: jak se zvyšuje, zvyšuje se energie probíhajících chemických reakcí a zrychluje se odstraňování vodního kamene.

Sekvence zpracování zahrnuje:

• odmašťování;
• mytí;
• neutralizace zbytků činidel;
• mytí;
• lept;
• pasivace;
• konečné mytí a sušení.

Vliv typu kyseliny na účinnost procesu

Kyselina sírová je považována za nejběžnější díky své nízké ceně a přijatelným výsledkům. Použití kyseliny sírové je však spojeno se dvěma nevýhodami: nutností provádět proces při zvýšených teplotách 60-800 °C a prodloužením technologického cyklu kvůli nevyhnutelné tvorbě křehkých hydridů železa. V prvním případě se zvyšují náklady na energii a ve druhém se musí hotový kov po vysušení dodatečně udržovat při pokojové teplotě po dobu nejméně XNUMX hodin, během kterých dochází k samovolnému rozkladu hydridů. To je doprovázeno určitým zmenšením rozměrů průřezu obrobků. Vhodnější je použití kyseliny chlorovodíkové, protože čistí povrch uhlíkových ocelí od okují i ​​při pokojových teplotách. Kyselina chlorovodíková je však dražší než kyselina sírová.

Kyselina dusičná se v čisté formě používá jen zřídka kvůli své vysoké reaktivitě. Častější je leptání v tzv. aqua regia, směsi kyseliny dusičné a sírové. Tato kompozice se však v průmyslové výrobě prakticky nepoužívá, protože je extrémně náročná na dodržování bezpečnostních předpisů a konstrukci odpovídajících zařízení.

Nejmenší potenciál má kyselina ortofosforečná, ale má nízkou toxicitu a dobře čistí povrch. Proto se používá v technologii přípravy polotovarů pro přesné (hlavně studené objemové) lisování, pro válcování nerezových a speciálních ocelí určených pro svařování svařovacími stroji apod.

Alternativní technologie leptání

Nevýhody kyselého leptání vedly k vývoji dalších technologických metod odstraňování povrchových okují. Nejběžnější metodou je metoda elektrochemická (galvanická), kdy se čištěný kov zapojí jako anoda nebo katoda a jako elektrolyt se použije koncentrovaný roztok síranu železitého nebo chloridu železitého (viz obr. 4). Anoda a katoda jsou propojeny přes napájecí zdroj, kterým může být jakákoli nabíječka. Méně úspěšnou možností z hlediska životního prostředí je elektrolýza v louhu nebo technické sodě. Ten zpomaluje čištění kovového povrchu, ale je bezpečný z hygienického a hygienického hlediska.

Postup odstraňování vodního kamene v roztavených solích je považován za účinný (viz obr. 5). Díky vysoké teplotě lázně (600-7000 °C) se současně uvolňují hluboké vnitřní pnutí. Tato technologie se často používá nikoli pro originální válcovaný výrobek, ale pro zpracování polotovarů zpevněných plastickou deformací za studena, pro které je vyrobena potřebná etiketa.

Leptání nejen usnadňuje podmínky pro následné mechanické opracování válcovaných výrobků, ale také poněkud zlepšuje mikrogeometrii povrchu. Doma (viz obr. 6) jsou široce používány roztoky na bázi solí kyseliny sírové a chlorovodíkové (například síran měďnatý), ale za bezpečnější jsou považovány speciální gely, s jejichž pomocí lze kompozici aplikovat na relativně malý povrch a tvoří složité vzory. Postup by měl být prováděn pomocí gumových rukavic odolných vůči kyselinám a místnost by měla být důkladně větrána. Pro umělecké účely se popsané úpravě podrobují i ​​některé barevné kovy, jako je měď nebo stříbro.