Химическая обработка металлических поверхностей: травление и очистка от загрязнений.
Pickling (metal)
Обработка металла: удаление ржавчины, окалины и загрязнений с помощью травления. Химическая очистка стали, меди, алюминия для подготовки к покраске и гальванике.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Химическая обработка поверхности металла для удаления поверхностных загрязнений
Metal surface treatment using chemical removal of surface impurities
Травление – это обработка поверхности металла, используемая для удаления загрязнений, таких как пятна, неорганические примеси, ржавчина или окалина с черных металлов, меди, драгоценных металлов и алюминиевых сплавов. Для удаления поверхностных загрязнений используется раствор, обычно содержащий кислоту, называемый травильной жидкостью. Травление широко применяется для удаления окалины или очистки стали в различных процессах производства стали.
Pickling is a metal surface treatment used to remove impurities, such as stains, inorganic contaminants, and rust or scale from ferrous metals, copper, precious metals and aluminum alloys. A solution called pickle liquor, which usually contains acid, is used to remove the surface impurities. It is commonly used to descale or clean steel in various steelmaking processes.
Процесс
Металлические поверхности могут содержать примеси, которые могут повлиять на использование продукта или дальнейшую обработку, такую как нанесение металлических покрытий или покраска. Для удаления этих примесей обычно используются различные химические растворы. Широко применяются сильные кислоты, такие как соляная и серная, но в зависимости от области применения могут использоваться и другие кислоты. Для очистки металлических поверхностей также могут применяться щелочные растворы. Растворы обычно содержат добавки, такие как смачивающие агенты и ингибиторы коррозии. Если не требуется удаление окалины, травление иногда называют кислотной очисткой. Многие процессы горячей обработки и другие процессы, протекающие при высоких температурах, оставляют на поверхности обесцвеченный оксидный слой или окалину. Для удаления окалины заготовку погружают в ванну с травильной жидкостью. Перед операцией холодной прокатки горячекатаная сталь обычно проходит через линию травления для удаления окалины с поверхности. Основной кислотой, используемой в сталелитейном производстве, является соляная кислота, хотя ранее более распространенной была серная кислота. Соляная кислота дороже серной, но она травит значительно быстрее, минимизируя потери основного металла. Высокая скорость травления необходима для интеграции в автоматизированные сталелитейные заводы, где производство осуществляется со скоростью до 800 футов в минуту (≈243 метра в минуту). Углеродистые стали с содержанием легирующих элементов менее или равном 6% часто травятся соляной или серной кислотой. Стали с содержанием легирующих элементов более 6% необходимо травить в два этапа с использованием других кислот, таких как фосфорная, азотная и плавиковая. Нержавеющие хромоникелевые стали традиционно травятся в ванне, содержащей плавиковую и азотную кислоты. Большинство медных сплавов травятся в разбавленной серной кислоте, а латунь – в концентрированной серной и азотной кислоте, смешанной с хлоридом натрия и сажей, но может быть заменена лимонной кислотой. Листовая сталь, подвергнутая кислотному травлению, окисляется (ржавеет) при воздействии атмосферных условий умеренной влажности. Поэтому для создания барьера против влаги в воздухе на поверхность наносят тонкую масляную пленку или аналогичное водонепроницаемое покрытие. Эту масляную пленку необходимо удалить перед многими операциями по изготовлению, нанесению покрытий или покраске.
Metal surfaces can contain impurities that may affect usage of the product or further processing like plating with metal or painting. Various chemical solutions are usually used to clean these impurities. Strong acids, such as hydrochloric acid and sulfuric acid are common, but different applications use various other acids. Also alkaline solutions can be used for cleaning metal surfaces. Solutions usually also contain additives such as wetting agents and corrosion inhibitors. Pickling is sometimes called acid cleaning if descaling is not needed. Many hot working processes and other processes that occur at high temperatures leave a discoloring oxide layer or scale on the surface. In order to remove the scale the workpiece is dipped into a vat of pickle liquor. Prior to cold rolling operation, hot rolled steel is normally passed through a pickling line so as to eradicate the scale from the surface. The primary acid used in steelmaking is hydrochloric acid, although sulfuric acid was previously more common. Hydrochloric acid is more expensive than sulfuric acid, but it pickles much faster while minimizing base metal loss. The speed is a requirement for integration in automatic steel mills that run production at speeds as high as 800 ft/min (≈243 metres/min). Carbon steels, with an alloy content less than or equal to 6%, are often pickled in hydrochloric or sulfuric acid. Steels with an alloy content greater than 6% must be pickled in two steps and other acids are used, such as phosphoric, nitric and hydrofluoric acid. Rust and acid resistant chromium nickel steels are pickled traditionally in a bath of hydrofluoric and nitric acid. Most copper alloys are pickled in dilute sulfuric acid, but brass is pickled in concentrated sulfuric and nitric acid mixed with sodium chloride and soot. but may be replaced with citric acid. Sheet steel that undergoes acid pickling will oxidize (rust) when exposed to atmospheric conditions of moderately high humidity. For this reason, a thin film of oil or similar waterproof coating is applied to create a barrier to moisture in the air. This oil film must later be removed for many fabrication, plating or painting processes.
Недостатки
Кислотная очистка имеет ограничения, связанные с её коррозионной активностью, что затрудняет обращение, и она не применима ко всем сталям. Водородное охрупчивание становится проблемой для некоторых сплавов и высокоуглеродистых сталей. Водород, выделяющийся из кислоты, реагирует с поверхностью металла, делая его хрупким и вызывая образование трещин. Из-за высокой реакционной способности по отношению к обрабатываемым сталям, концентрация кислоты и температура раствора должны строго контролироваться для обеспечения требуемой скорости травления.
Acid cleaning has limitations in that it is difficult to handle because of its corrosiveness, and it is not applicable to all steels. Hydrogen embrittlement becomes a problem for some alloys and high carbon steels. The hydrogen from the acid reacts with the surface and makes it brittle, causing cracks. Because of its high reactivity with treatable steels, acid concentrations and solution temperatures must be kept under control to ensure desired pickling rates.
Отходы
Шлам от травления – это отход, образующийся в процессе травления, и включает в себя кислые промывные воды, хлориды железа, металлические соли и отработанную кислоту. Отработанный раствор для травления считается опасным отходом согласно EPA. Процесс нейтрализации известью повышает pH отработанной кислоты. Отходы подлежат определению состава, чтобы убедиться в отсутствии признаков или включению в перечень опасных отходов. С 1960-х годов шлам от солянокислотного травления часто обрабатывается в системе регенерации соляной кислоты, которая позволяет восстановить часть соляной кислоты и оксида железа. Остальное необходимо нейтрализовать и утилизировать на полигонах или обращаться как с опасными отходами на основании анализа профиля отходов.
Pickling sludge is the waste product from pickling, and includes acidic rinse waters, iron chlorides, and metallic salts and waste acid. Spent pickle liquor is considered a hazardous waste by the EPA. The lime neutralization process raises the pH of the spent acid. The waste material is subject to a waste determination to ensure no characteristic or listed waste is present. Since the 1960s, hydrochloric pickling sludge is often treated in a hydrochloric acid regeneration system, which recovers some of the hydrochloric acid and ferric oxide. The rest must still be neutralized and disposed of in land fills or managed as a hazardous waste based on the waste profile analysis.
Альтернативы
Новые альтернативы – гладкая чистая поверхность (SCS) и экологически обработанная поверхность (EPS). В процессе SCS поверхностное окисление удаляется с помощью специально разработанного абразива, и в результате поверхность становится устойчивой к последующему окислению без необходимости нанесения масляной пленки или другого защитного покрытия. EPS является более прямой заменой кислотному травлению. Кислотное травление основано на химических реакциях, в то время как EPS использует механические методы. Процесс EPS считается "экологически безопасным" по сравнению с кислотным травлением и придает углеродистой стали высокую степень устойчивости к ржавчине, устраняя необходимость нанесения масляного покрытия, которое служит барьером против окисления для углеродистой стали, подвергнутой кислотному травлению. Альтернативные методы также включают механическую очистку, такую как абразивоструйная обработка, шлифование, очистка проволочной щеткой, гидроочистка и лазерная очистка. Как правило, эти методы не обеспечивают такой же чистой поверхности, как кислотное травление.
Smooth clean surface (SCS) and eco pickled surface (EPS) are more recent alternatives. In the SCS process, surface oxidation is removed using an engineered abrasive and the process leaves the surface resistant to subsequent oxidation without the need for oil film or other protective coating. EPS is a more direct replacement for acid pickling. Acid pickling relies on chemical reactions while EPS uses mechanical means. The EPS process is considered "environmentally friendly" compared with acid pickling and it imparts to carbon steel a high degree of rust resistance, eliminating the need to apply the oil coating that serves as a barrier to oxidation for acid pickled carbon steel. Alternative methods include also mechanical cleaning such as abrasive blasting, grinding, wire brushing, hydrocleaning and Laser cleaning. These methods generally do not provide as clean a surface as pickling does.