Художественное травление меди лимонной кислотой и перекисью водорода

Всем привет! Сегодня расскажу про травление ножа Мора Робуст в лимонной кислоте. Зачем это делать? Клинки из углеродистых сталей во влажной среде начинают покрываться пятнами ржавчины, а от кислых продуктов темнеть. Если протирать клинок после мытья, то со временем он потемнеет, покроется естественным защитным слоем, но слой этот будет неровный, с разводами. Многим это не нравится, поэтому травят или воронят нож сразу после покупки.

И так приступим. Для начала обезжириваем клинок ацетоном. Можно использовать любой обезжириватель.

Многие травят в кока-коле. Я не вижу смысла, т.к в кока-коле та же лимонная кислота, только концентрация меньше и процесс идет дольше. Да и пакетик с лимонной кислотой стоит дешевле бутылки кока-колы. Лимонная кислота продается в любом продуктовом магазине, так где соль, специи, сода.

Расстворяем пару ложек лимонной кислоты в бокале с горячей водой.

И погружаем туда клионк

Пойдут пузырьки, клинок начнет темнеть. Процесс травления сопровождается неприятным запахом, поэтому лучше работать под вытяжкой.

Пузырьки периодически лучше стряхивать, болтая клинком в стакане, иначе на клинке могут затравиться черные точки как в моем случае.

Минут через 15 достаем нож, отмываем клинок до равномерного серого цвета. Это удобно делать губкой для мытья посуды с мылом. Затем повторяем процесс травления 2 раза.

В результате получаем равномерное темно-серое покрытие

<tabltd>

<divv>

Добавить ссылку на обсуждение статьи на форумеРадиоКот >Лаборатория >Радиолюбительские технологии >

Добавить тег

Безопасный общедоступный состав для травления меди в домашних условиях.

Автор: Murlock Опубликовано 27.03.2012 Создано при помощи КотоРед.

 

Многие из нас занимаются травлением плат, пожалуй, с подросткового возраста. Рецепты предыдущих поколений известны и используются десятками лет. Естественно, и я брал в первую очередь общепринятые составы.

Все известные методы обладают как индивидуальными, так и общими недостатками, усугубляемыми отсутствием собственной оборудованной мастерской, закрытой для доступа  любопытных домашних питомцев  и родственников. Практически не удаляемые пятна, неприятный запах, общая опасность некоторых используемых реактивов  и прочие причины влекут за собой необходимость оправдываться и доказывать очевидную вещь – пользу от занятий радиолюбительством.

Помимо прочего в самый неподходящий  момент, так сказать на взлёте деятельной активности, вдруг не оказывается  нужных компонентов,  или оказалось, что они уже пришли в негодность. Порой, быстро и в доступных точках продаж, найти привычные или, вообще, любые реактивы и вовсе не представляется возможным, что влечёт за собой потери целых дней творчества….

Но, не смотря на все недостатки классических методов травления, к своему стыду, я не пытался искать новые пути.

Однако всё в этой жизни меняется… Растём мы, растут и наши запросы, увеличиваются рабочие напряжения и токи. И вот мы уже меняем медь 32 мкм на медь 105 мкм и длительность, и расход реактивов, и качество процесса  нас не устраивают.

Кажется, что нового можно придумать? Но, как то раз, на форуме РадиоКота  при обсуждении травления  плат  соляной кислотой в смеси с перекисью водорода меня посетила мысль…

И вдруг….

Всё оказалось очень просто и лежало на поверхности, но, почему-то долго оставаясь никем не замеченным.

Для начала, рассмотрим, так сказать классику. Нетерпеливые могут, конечно, пропустить

уже известное и много где упомянутое, и начать с п.5. Но, думаю, краткое изложение по схеме: уравнение реакции, анализ течения с указанием окислительно-восстановительных  потенциалов (далее по тексту ОВП) , достоинства и недостатки, создадут более полную картину.

 

Следует заметить, что мы ориентируемся на нормальный ОВП а именно рассчитанный по справочным данным  при активности как самого реактива, так и продуктов реакции  равной 1 экв./литр.

Итак, с п.1 по п.4 рассматриваем классику:

1. Травление меди раствором хлорного железа.

Рис. 1 1 -стандартная упаковка; 2 — шестиводное хлорное железо; 3 — безводное хлорное железо (растворяется в воде со спецэффектами, но получаемый раствор аналогичен раствору из водного железа); 4- раствор в начале травления; 5 — отработанный раствор хлорного железа; 6 — меднёный гвоздь

Уравнение реакции при травлении хлорным железом (далее по тексту ХЖ)  выглядит следующим образом:

 

2FeCl₃+ Cu→2FeCl₂+CuCl₂                                                                                                                    (1)

Окислительно-восстановительные процессы, протекающие при этом, выглядят так:

 

Cu → Cu²⁺+2e     +0,337 В                                                                                         (2)

Fe^3- + e  → Fe^2-   +0,771 В

                                                                                                                                   (3)

Движущая сила (разность нормальных ОВП потенциалов) для этой реакции составляет:

0,434 В.

Это не так уж и мало, но, потенциал и скорость процесса сильно уменьшаются по мере накопления в растворе продуктов реакции, что наверняка было всеми замечено. Поработавший раствор травит медь заметно медленнее, чем свежий.

Некоторые пытаются «оживить» отработанный раствор, осаждая из него  медь гвоздями, скрепками и т.п., получая, сначала прозрачный зеленовато-голубоватый раствор,

 

CuCl₂ + Fe →FeCl₂ + Cu↓                                                                                          (4)

 

очень медленно превращающийся, при доступе воздуха, в ни к чему непригодную «чёрную жижу»,

 

4FeCl₂+2H2O+O₂ → 2FeCl₃ +Fe(OH)₃↓+ Fe(O)Cl↓ +HCl (имеет склонность улетучиться)

 

которая,  при утилизации, разукрашивает сантехнику в цвета ржавчины. Однако удаление меди из отработанного раствора, совершенно бесполезно, поскольку вместо неё в растворе прибавляется  хлорид закисного железа FeCl₂, который растворять медь не способен в принципе. Вопрос регенерации ХЖ решило бы добавление соляной кислоты, но если у вас она есть, и работать с ней  вы согласны, то вам совершенно не нужно отработанное ХЖ, об этом ниже.

 

Достоинства:

• умеренная скорость травления меди.
• использование единственного основного компонента, а именно хлорного железа.
• простота изготовления раствора «на глаз», главное, что бы концентрация была достаточной
• не критична  температура окружающей среды

Недостатки:

• Скорость травления и ОВП раствора  заметно снижаются по ходу процесса.

• Большим минусом этого метода можно назвать невысокую доступность хлорного железа для рядового радиолюбителя
• Относительная дороговизна,  порой  на рынках заламывают немалую цену за мелкую фасовку.
• Также, немалым минусом являются трудноудаляемые пятна, которые оставляет хлорное железо на всём, с чем только не соприкоснётся. Одежда портится, обычно, необратимо.
• ХЖ заметно летуче, особенно при нагревании, плохо хранится (гидролизуется) при доступе воздуха, склонно вылезать из негерметичной тары, загрязняя собой и продуктами своего гидролиза все окружающие предметы

2. Травление медным купоросом с солью.

Рис. 2  1 — варианты фасовки; 2 — соль и медный купорос; 3 — раствор бирюзового цвета до травления; 4 — отработанный раствор медного купороса

В упрощенном виде реакция выглядит так:

Cu+CuSO4+2NaCl → 2CuCl↓ +Na2SO4                                                                    (5)

CuCl+NaCl → Na[CuCl₂]                                                                                           (6)

тут ключевую роль играет хлорид натрия (соль), поскольку, медь с медным купоросом практически не реагирует.

Электрохимия при травлении смесью медного купороса с солью такова:

Cu+ Cl^—→ CuCl↓+e    +0,137 В                                                                                  (7)

Cu²⁺+Cl^—+e → CuCl↓ +0,54 В                                                                                    (8)

Движущая сила для этой реакции получилась немного меньше чем, у раствора хлорного железа — около 0,40 В. Следует заметить, что в процессе травления, на поверхности меди образуется осадок продукта реакции – нерастворимый хлорид меди(I) CuCl. Для успешного проведения травления просто необходим значительный избыток NaCl и подогрев, которые помогают справиться с этой напастью.

Несмотря на то, что отработанный раствор напоминает «чёрную жижу», он поглощает кислород из воздуха, и при подкислении, может быть регенерирован.

4CuCl + O₂ + 4HCl → 4CuCl₂ +2H₂O                                                                        (9)

а без кислоты будет как-то так

4CuCl + O₂ + 2H₂O → 4Cu(OH)Cl↓

Достоинства:

• доступность медного купороса, широко применяемого в сельском хозяйстве, как средство защиты растений.
• в отличие от ХЖ не оставляет таких пятен и разводов. Пятна получаются другого цвета – синие. Но, они легко удаляются уксусом.

Недостатки:

• медный купорос ядовит
• в последнее время цена медного купороса бьет рекорды, в отличие от размеров фасовки, которые систематически уменьшаются.
• требуется подогрев раствора для быстрого протекания реакции (6)
• невысокая скорость травления

3. Травление персульфатами  (персульфат аммония или персульфат натрия).

Рис. 31 — упаковка и персульфаты россыпью; 2 — раствор до травленя прозрачен, после травления голубой ибо является раствором медного купороса и сульфата натрия

Весьма интересная система, поскольку, казалось бы, одно вещество (персульфат чего-нибудь) — на самом деле, в процессе травления, распадается на три: перекись водорода, серную кислоту и не участвующий ни в чем сульфат натрия или аммония. Об этом факте говорит необходимость существенного подогревания раствора персульфата, которое необходимо для его гидролиза

Химические реакции тут такие суммарно:

Me₂S₂O₈ +Cu → CuSO₄ + Me₂SO₄

где Me – ионы натрия или аммония.

Электрохимия следующая:

S₂O₈^2- +2H₂O → H₂O₂+ 2H⁺ +2SO₄^2-.                                                                        (10)

Cu → Cu²⁺+2e   +0,337 В                                                                                          (11)

H₂O₂+2e+2H→ 2H₂O +1,77 В                                                                                    (12)

Движущая сила процесса, казалось бы бьёт рекорд  1,43 В! Вот только, практически, такой потенциал не достигается, поскольку персульфат, даже при нагревании его раствора не гидролизуется мгновенно и полностью.

Достоинства

• Высокий ОВП
• Высокая скорость травления
• Не оставляет грязных пятен
• Однокомпонентный состав

Недостатки

• доступность заметно ниже чем у ХЖ
• вместо пятен, склонен отбеливать и делать дырки в ткани.
• требуется подогрев
• применяются растворы высоких концентраций, поскольку больше половины массы реактива, в итоге, составляет балластный сульфат.

4. Травление перекисью водорода в соляной кислоте

Рис. 41 — 3% раствор перикиси водорода (аптеки); 2 — таблетки гидроперита (помимо медицины используются для отбеливания волос крашеными блондинками); 3 — соляная кислота — отлично портит вещи и раздражает кожу в то же время содержится в желудке ввиде от 0,4 до 0,6% раствора.

Сначала уравнения:

Cu+ H₂O₂+ 2HCl → CuCl₂+ 2H₂O

электрохимия:

Cu → Cu²⁺+2e   +0,337 В                                                                                           (11)

H₂O₂+2e+2H⁺ → 2H₂O +1,77 В                                                                                   (12)

эти уравнения такие-же, как и для персульфатов, не так ли? только есть несколько маленьких тонкостей: перекись водорода уже присутствует в своей максимальной концентрации, что позволяет достигнуть максимального ОВП в 1,43 В

В присутствие соляной кислоты или хлоридов реакция растворения меди протекает через образование промежуточного продукта CuCl,

2Cu+ H₂O₂+ 2HCl →2CuCl↓ + H₂O                                                                          (13)

который не успевает выпасть в осадок и быстро окисляется далее. Образование этого продукта заметно понижает потенциал окисления меди, что существенно облегчает течение реакции. т.е. хлориды в данной системе являются катализатором.

Достоинства

• Самая высокая скорость травления из всех рассматриваемых.
• Не оставляет грязных пятен
• Процесс быстро протекает при комнатной температуре.
• Высокая доступность: перекись можно купить в аптеке, а вместо соляной кислоты годится подсоленный аккумуляторный электролит.

Недостатки

• использование сильных кислот неизбежно приводит к дыркам в штанах и последующему разбору полётов.

и вот тут мы подходим к самому интересному:

5. Травление меди перекисью водорода в присутствие лимонной кислоты.

Рис. 51 — 20ти грамововая упаковка; 2 — россыпь лимонной кислоты; 3 — 15ти граммовые упаковки.

Анализ двух предыдущих методов (см. п.3 и п.4) привёл меня к выводу, что природа, используемой  совместно с перекисью водорода, кислоты имеет малосущественное значение, и будет оказывать влияние только на скорость травления меди. Это значит, что можно использовать любую походящую кислоту, которая не окисляется перекисью водорода, например (роюсь в кухонном шкафчике) лимонную, ну или уксусную – но отставим пока уксус из-за неприятного запаха.

Выбор лимонной кислоты вызван тем, что она: доступна, имеет достаточную силу и не пахнет. Более того, лимонная кислота образует прочнейший комплекс с медью, что исключает всякое влияние продуктов реакции на её скорость! А для ускорения процесса следует добавить не расходующийся хлорид натрия.

А сейчас — уравнения…

Суммарная реакция:

Cu+ H₃Cit +H₂O₂→ H[CuCit] +2H₂O

электрохимия:

первая реакция

Cu +Cit^3-→ [CuCit]^—+2e   -0,083 В                                                                              (14)

Cit – здесь означает остаток лимонной кислоты [(CH₂)₂C(OH)(COO)₃]

Это значение  ОВП своим минусом показывает, что медь должна растворяется в лимонной кислоте с выделением водорода, уходя в комплекс.

вторая реакция

H₂O₂+2e+2H⁺ → 2H₂O +1,67 В                                                                                 (15)

Если сравнить с уравнением (12) то ОВП (рассчитанный по формуле)  — ниже, из-за того что при использовании лимонной кислоты кислотность раствора, снижается по сравнению с соляной (Снижение окислительного потенциала перекиси водорода вследствие не очень высокой силы лимонной кислоты.)

Однако движущая сила процесса, внимание: 1,775 В, что является абсолютным рекордом!

Достоинства

• Весьма высокая скорость травления.
• Не оставляет грязных пятен
• Процесс быстро протекает при комнатной температуре.
• не требуется труднодоступных реактивов: 3% перекись продаётся в аптеке, лимонная кислота – в гастрономе, а соль можно найти на любой кухне
• травильный раствор безопасен для тела и одежды
• это самый дешевый метод травления меди!

Недостатки, куда же без них.

• Средний цитрат меди малорастворим и может выпасть в осадок в т.ч. на поверхность травления. Для предотвращения возникновения проблемы не следует экономить лимонную кислоту.

Рекомендуемый способ приготовления травильного раствора:

В 100 мл аптечной 3% перекиси водорода растворяется 30 г лимонной кислоты и 5 г поваренной соли. Этого раствора должно хватить для травления 100 см² меди, толщиной 35мкм.

Соль при подготовке раствора  можно не жалеть. Так как она играет роль катализатора, то в процессе травления практически не расходуется. Перекись 3% не стоит разбавлять дополнительно т.к. при добавлении остальных ингредиентов её концентрация снижается.

Чем больше будет добавлено перекиси водорода (гидроперита) тем быстрее пойдёт процесс, но не переусердствуйте — раствор не хранится, т.е. повторно не используется, а значит и гидроперит будет просто перерасходован. Избыток перекиси легко определить по обильному «пузырению» во время травления.

Однако добавление лимонной кислоты и перекиси вполне допустимо, но рациональнее приготовить свежий раствор.

Вы можете использовать вместо лимонной и уксусную кислоту, но неприятный запах и меньшая скорость травления могут вас не устроить.  ОВП реакции с уксусной кислотой 1,35В – что в принципе не так уж и мало, например в сравнении с ХЖ.

Напомню для тех кто только начинает:

— для приготовления всех травильных растворов необходимо использовать пластиковую либо стеклянную посуду.

— подогрев растворов следует проводить на водяной бане или специально предназначенными приспособлениями.

— все растворы полученные после травления ядовиты из-за высокого содержания меди.

— соблюдайте технику безопасности при работе с сильными кислотами.

— утилизация отработанных растворов допустима путём выливания в общую канализацию.

— после травления плату следует ополоснуть слабым раствором уксуса и  тёплой водой.

Успехов вам и ровных дорожек!

Использованная литература: «Справочник  по аналитической химии» Ю.Ю. Лурье, 1971г.

Все вопросы в Форум.

—>

Как вам эта статья?	Заработало ли это устройство у вас?
797 5 11	354 8 7

</ul></ul></ul></ul></divv></td>—> —> SELECTORNEWS — покупка, обмен и продажа трафика —> —>

Решил поделиться с вами довольно простым способом травления металла в домашних условиях на примере клинка.Итак, нам понадобится:

• собственно, сама железяка (в моем случае, откованный клинок для ножа).
• Маркер или карандаш.
• лак для ногтей (можно порыться в сумочке жены или купить в супермаркете самый дешевый).
• растворитель.
• медный купорос (100-200 грамм).
• наждачная бумага (80, 400, 1200 грид).

Для начала берем клинок, хорошенько проходимся по нему наждачной бумагой и растворителем.

После этого, набросаем на него эскиз предполагаемого рисунка маркером.

Прошу обратить внимание: Лак образует плёнку, которая защищает металл от травления.

Поверхность под лаком травиться не будет.

Кроме самого рисунка, стоит защитить торцы изделия, а в моем случае еще и РК клинка.

Даем лаку подсохнуть некоторое время, затем начинаем корректировать рисунок и исправлять косяки.Для корректировки можно использовать шило или обычную иголку. Убираем лишние ляпы и правим линии, чтобы они выглядели более плавными.

Теперь начинается химия процесса:Для травления нам нужен раствор медного купороса и соли.

Я использовал на литр воды 100гр. соли и столько же купороса.

Воду для раствора лучше брать горячую(только что скипевшую), чтобы сократить время реакции.

Здесь, стоит отметить еще один момент: следите, чтобы ваша железка не протравилась слишком глубоко, иначе, раствор начнет съедать не только незащищенную поверхность, но и вгрызаться сбоку под лак, если только вам не нужен эффект искусственного старения.

Как только мы решили, что металл достаточно глубоко протравлен, достаем поделку из раствора, хорошо промываем под напором воды, протираем растворителем, шкурим и полируем наждачкой по возрастающей, начиная с 80 грид, заканчивая 1200 грид. Если под рукой есть бор-машинка, неплохо бы шлифануть ею неровности рисунка.

В конце можно пройтись войлоком, если считаете нужным.

Спасибо за внимание. Надеюсь, кому-нибудь оказался полезным.

Используемые источники:

• https://twoknives.ru/stat/travlenie-klinkov-iz-uglerodistoj-stali-v-limonnoj-kislote/
• https://www.radiokot.ru/lab/hardwork/62/
• https://www.livemaster.ru/topic/807463-travlenie-metalla-v-domashnih-usloviyah

</tr></tabltd>