Leptání ve vodných kyselých roztocích | Příprava povrchu kovových výrobků před nanesením ochranných povlaků

Mezi kovy, co do množství okují, které je nutné odstranit zejména před metodami povlakování za tepla, zaujímá první místo železo a nízkolegované oceli. Hlavními leptadly pro odstranění vodního kamene z nich jsou kyselina sírová a chlorovodíková. Každá z těchto kyselin má své výhody a nevýhody, technické i ekonomické. Ve sborníku IV. mezinárodní konference Asociace žárového zinkování je uvedeno, že z 22 anglických společností pouze jedna provádí moření v kyselině sírové, všechny ostatní – v kyselině chlorovodíkové a ve sborníku V konference stejné organizace, která se konala v roce 1958 v Belgii a Holandsku, byla za leptadlo považována pouze kyselina chlorovodíková. Lze se tedy domnívat, že alespoň ve velkých podnicích existuje tendence k převažujícímu používání kyseliny chlorovodíkové k odstraňování vodního kamene. Naznačena je i možnost leptání kyselinou chlorovodíkovou v uzavřeném cyklu, kdy spotřeba kyseliny není určována ani tak reakcemi rozpouštění oxidů, ale mechanickým strháváním a zbytkem v odpadním roztoku při regeneraci.

Když oxidované železo interaguje se zředěnými roztoky kyselin, oxidy a kovové železo se rozpouštějí. S roztoky kyseliny chlorovodíkové probíhají následující reakce:
FeO + 2NCl → FeCl₂ + H₂O,
Fe₂O₃ + 6NCl → 2FeCl₃ + 3H₂0,
Fe₃O₄ + 8NCl → 2FeCl₃ + FeCl₂ + 4H₂O,
Fe + 2HCl → FeCl₂ + 2 h,
2 FeCl₃ + 2H -> 2FeCl₂ + 2 HCl,
2 FeCl₃ + Fe → 3FeCl₂.

Podobně probíhají reakce s kyselinou sírovou.

Z těchto reakcí probíhá nejvyšší rychlostí reakce rozpouštění kovového železa za uvolňování vodíku a reakce rozpouštění oxidu železnatého.

Procesy leptání oxidovaného železa přímým vystavením kyselým roztokům bez použití elektrického proudu z vnějšího zdroje se obvykle nazývají chemické leptání, na rozdíl od elektrochemického leptání, které se provádí pomocí elektrického proudu z vnější sítě. Mezitím existuje důvod se domnívat, že takzvané metody chemického leptání jsou v podstatě elektrochemické. Z tohoto hlediska je důvod předpokládat, že v kyselině sírové jsou elektrochemické procesy vyjádřeny jasněji než v kyselině chlorovodíkové. To lze posoudit podle relativní rychlosti rozpouštění železa a jeho oxidů v kyselině chlorovodíkové (tabulka 5) a kyselině sírové o různých koncentracích.

Tabulka 5. Rozpustnost Fe, FeO a Fe₂O₃ v kyselině chlorovodíkové

Z údajů v tabulce. 5 je vidět, že rozpustnost kovového železa v kyselině chlorovodíkové o jakékoli koncentraci je větší než rozpustnost jeho oxidů, rozpustnost oxidu železnatého je větší než rozpustnost oxidu a se zvyšující se koncentrací kyseliny chlorovodíkové se rozpouštění rychlost jeho oxidů se zvyšuje ve větší míře než rychlost rozpouštění kovového železa.

V kyselině sírové jsou pozorovány další vztahy mezi rychlostí leptání kovového železa a jeho oxidů. Takže při 10% H₂SO₄ při 40°C ze 100 g rozpouštěcí látky 97,7 g Fe, 0,9 g Fe₂O₃ a 1,4 FeO, tj. v 10 % H₂SO₄ kovové železo se rozpouští přibližně 70krát více než FeO a v 10% HCl – pouze 10krát. Tento poměr ukazuje na odlišný elektrochemický mechanismus pro rozpouštění vodního kamene v kyselině chlorovodíkové a sírové. Lze předpokládat, že kovové železo, rozpouštějící se vyšší rychlostí v kyselině sírové, uvolňuje takové množství vodíku, které přispívá k uvolnění okují a mechanickému oddělení od báze. Fe₃O₄ je polovodič a je v kontaktu s kovovým železem ve zředěném H₂SO₄ vzniká e. d.s. asi 0,8-1,0 V při proudové hustotě 2 mA/cm2. Vodík uvolněný na magnetitové katodě snižuje Fe₃O₄ na FeO a Fe, které jsou mnohem snadněji rozpustné v kyselinách.

Fe₂O₃ – špatný vodič elektrického proudu a nelze jej považovat, jako magnetit, za katodu ve zkratovaném prvku. Navíc tento oxid vytváří tenký film, který ztěžuje kyselině přístup k železu, a proto inhibuje činnost galvanického článku.

Elektrochemický mechanismus pro rozpouštění železa pokrytého vodním kamenem je následující. Oxidaci železa provází změna objemu, v důsledku čehož se v okuje tvoří trhliny, kterými se leptadlo dostane k nejsnáze rozpustnému kovovému železu. To potvrzují následující údaje:
Železo a jeho oxidy Fe FeO Fe₂O₃ Fe₃O₄
Hustota, g/cm3. . . 7,8 5,9 5,1 5,2
Můžeme tedy dojít k závěru, že proces rozpouštění železa s okují je založen na činnosti zkratovaného multielektrodového prvku, ve kterém se kovové železo skládá z anodických a katodických částí a jeho oxidy jsou katody. Schéma tříelektrodového prvku může být znázorněno takto:

Fe (anodová místa)
(katodové oblasti) měřítko (katoda)

K odlupování okují dochází v důsledku redukce oxidů železa na oxid železnatý, který je snadno rozpustný v kyselině, narušení adheze oxidů k ​​základnímu kovu po rozpuštění oxidu železnatého a také v důsledku mechanického působení plynný vodík uvolňovaný na povrchu oceli. V důsledku kontaktu elektrolytu s kovem umístěným pod vrstvou okují se uvolňuje plynný vodík. V důsledku toho je vyloučení vodíkových iontů na stupnici nemožné. Začíná se uvolňovat až poté, co elektrolyt pronikne do obecného kovu, především v důsledku práce mikročlánků. Koncentrace a teplota kyseliny mají významný vliv na rychlost leptání, ale odlišně působí na kyselinu sírovou a kyselinu chlorovodíkovou. V kyselině sírové má zvýšení teploty silnější účinek; v kyselině chlorovodíkové má teplota menší vliv a vzhledem k těkavosti kyseliny ji nelze zvýšit nad 35-40 °C. Například rychlost leptání ve 3% roztoku kyseliny sírové při 80 °C je 10krát vyšší než v 8% roztoku při 20 °C.₂SO₄ do 25 % dosahuje rychlost leptání maxima, poté klesá. Při stejné koncentraci je rychlost leptání v kyselině chlorovodíkové vyšší než v kyselině sírové.

Kromě toho je nutné vzít v úvahu retardační účinek solí železa v leptacím roztoku. Tedy s rostoucím obsahem FeSO₄ od 50 do 200 g/l trvání leptání v 5% H₂SO₄ se pohybuje od 190 do 440 min.

• Leptání v kyselině fosforečné
• Moření nerezové oceli

Ochranné nátěry na kovy

• Příprava povrchu
• Elektrolytické a chemické leštění kovů
• Elektrochemická separace a rozpouštění kovů a slitin
• Makro- a mikrodisipativní schopnost elektrolytů. Vyrovnání povrchu
• Pozinkování
• Pokovování kadmiem
• Konzervování
• Vedení je horké a elektrolytické
• Hliníkování
• Pokovení mědí
• Niklování
• Chromování
• Galvanické pokovování drahými kovy
• Galvanické pokovování lehkých kovů a slitin
• Chemická oxidace kovů a slitin
• Fosfátování
• Čištění odpadních vod
• Metalurgie

Proces bezkyselinového moření pásové oceli válcované za studena je následující:

Před válcováním za studena je nutné pás moření bez kyseliny, aby se odstranily oxidové usazeniny na povrchu surové ocelové cívky, které jsou pro válcování za studena škodlivé, protože oxidové usazeniny během procesu válcování za studena poškozují povrch cívky a způsobují povrchové vady pásu.

V současnosti, pásová ocel Obvykle se shromažďuje za použití kontinuální kyseliny chlorovodíkové. Příkladem je kontinuální moření: ocelový pás se kontinuálně moře v několika bezkyselinových mořicích lázních. Aby byl proces na výrobní lince kontinuální, svaří se konec předchozí za tepla válcované ocelové cívky a hlava následující ocelové cívky. Po moření se ocelový pás stříhá a navíjí podle požadované hmotnosti a průměru cívky.

Kromě odstraňování okujů z povrchu pásové oceli plní zařízení pro kontinuální moření bez kyselin také následující funkce:

(1) Ořízněte boční stranu pásu rotačními řezacími noži.

(2) Upravte kvalitu ocelových svitků, rozdělte velké za tepla válcované ocelové svitky na malé svitky podle výrobních potřeb nebo sloučte několik malých svitků do jednoho velkého svitku pro zvýšení produktivity válcovny za studena.

(3) Zkontrolujte a odstraňte povrchové vady pásu, které jsou škodlivé pro následné procesy.

(4) Naneste vrstvu oleje na povrch ocelového pásu mořeného bez kyselin, abyste zabránili korozi a mazání.

Zařízení pro kontinuální leptání je rozděleno do tří částí v závislosti na povaze práce:

Vstupní sekce: řezání, odvíjení, odlamování okují na povrchu pásu, korekce, ořezávání hlav, ořezávání konců, pečlivé svařování;

Leptací část: leptání, mytí a sušení horkou a studenou vodou;

Výstupní sekce: řezání, mazání a navíjení.

Bezkyselinový leptací proces:

V sekci leptání bez kyselin lze použít leptání kyselinou sírovou a leptání kyselinou chlorovodíkovou, ale leptání kyselinou chlorovodíkovou má více výhod, proto k vysvětlení použijeme mechanismus leptání kyselinou chlorovodíkovou.

Roztok kyseliny chlorovodíkové dokáže rychle rozpustit různé usazeniny oxidu železa a leptací reakce může probíhat od vnější vrstvy k vnitřní vrstvě. Leptání kyselinou chlorovodíkovou je převážně chemická koroze a leptání kyselinou chlorovodíkovou způsobuje velmi slabou korozi kovového podkladu.

Ve srovnání s leptáním kyselinou sírovou má leptání bez kyselin následující výhody:

(1) Kyselina chlorovodíková dokáže zcela rozpustit 3 vrstvy oxidu železa bez zanechání leptaných zbytků. Při leptání kyselinou sírovou je nutné nádrž s kyselinou často čistit a neutralizovat kal; kyselina sírová nedokáže snadno odstranit Fe2O3 vtlačený do povrchu desky, což vede k odpovídajícím povrchovým vadám.

(2) Kyselina chlorovodíková nemá prakticky žádný korozivní účinek na základní kov. Po omytí kyselinou chlorovodíkovou bude tedy povrch desky hladký a stříbřitý, bez stop leptání nebo moření; spotřeba železa při leptání kyselinou chlorovodíkovou je o 20 % nižší než při leptání kyselinou sírovou;

Při procesu bezkyselinového moření se při rozpouštění kovového železa v kyselém roztoku uvolňuje plynný vodík, který difunduje k povrchu ocelového plechu a způsobuje vodíkové křehnutí, zatímco moření kyselinou chlorovodíkovou k takové vadě dochází jen zřídka.

(3) Oxid železa se snadno rozpouští a odstraňuje, takže na povrchu nevznikají kyselé skvrny. To je také jeden z důvodů, proč je povrch destičky leptaný kyselinou chlorovodíkovou obzvláště hladký. Síran železnatý se často používá, protože tvoří nerozpustný hydrát, který způsobuje tvorbu kyselých skvrn na povrchu desky plošných spojů.

(4) Rychlost moření kyseliny chlorovodíkové je velmi vysoká, zejména při vysokých teplotách. Doba moření kyseliny chlorovodíkové se velmi liší od doby moření kyseliny sírové.