Химическая обработка. 
Технология конструкционных материалов

Химическая обработка заключается в направленном и контролируемом разрушении металлов и сплавов травлением их в растворах кислот и щелочей [6].

Рис. 8.7. Схема химической обработки

Снятие слоя припуска (рис. 8.7) осуществляется за счет химического взаимодействия материала обрабатываемой заготовки 1 с кислотным или щелочным составом 2 травильных ванн 3. Поверхность детали предварительно очищается, необрабатываемые участки детали защищают химически стойким покрытием. Детали устанавливаются на подпорках 4, или подвешиваются в корзинах. Травильный раствор циркулирует через ванну и блок регенерации 5, очищающий его от шлама, и восстанавливающий концентрацию раствора.

Преимущества химических методов:

• — отсутствие механических и тепловых явлений в зоне съема металла;
• — возможность обработки почти всех материалов в любом состоянии независимо от их механических свойств;
• — достаточно высокая производительность;
• — возможность съема металла на тех участках детали, где использовать другие методы обработки неэффективно или невозможно;
• — сравнительно высокая точность обработки (до ±0,05 мм против ±0,25 мм при механическом фрезеровании);
• — возможность получения деталей переменной толщины, конической формы, ступенчатой формы травлением различных участков в течение различного времени (эшелонированное травление с последовательным удалением защитного покрытия поверхности);
• — обработка магнитных материалов без снижения их магнитных свойств; одновременная обработка большого числа деталей;
• — простота автоматизации.

Недостатки химических методов:

• — большой расход материалов покрытий и растворителей покрытий (необходимость нанесения нескольких слоев защитных покрытий до обработки и снятия их после обработки);
• — сравнительная продолжительность травления, особенно при удалении значительных толщин металла;
• — снижение класса шероховатости поверхности;
• — невозможность получения узких глубоких пазов вследствие плохой циркуляции раствора.

Процесс химического травления можно разделить на три периода:

• 1) растворение окисной пленки (окалины), строение которой приводится на рис. 8.8. Окалина обладает значительно большей химической стойкостью, чем основной металл, процесс ее травления протекает очень медленно;
• 2) установившаяся стадия процесса растворения металла;
• 3) образование на металле слоя из продуктов реакции, что снижает скорость растворения.

Факторы, влияющие на производительность процесса и качество поверхности: материал заготовки; метод получения заготовки и термическая обработка; начальное состояние поверхности заготовки.

Рис. 8.8. Строение поверхностного слоя стали

Последовательность операций химического травления металлов:

• — контроль толщины и состояния поверхностного слоя детали;
• — очистка поверхности детали; обезжиривание;
• — травление для снятия окалины (растворы едкого натра, плавиковой, азотной кислот);
• — пароабразивная обдувка (при большой толщине слоя окалины);
• — промывка в горячей и холодной воде;
• — сушка;
• — нанесение защитных покрытий на необрабатываемые поверхности.

В качестве защитных покрытий используются:

• — механические и вакуумные экраны;
• — гальванические покрытия;
• — клейкая лента (для ступенчатого травления детали на различную глубину);
• — сплавы на основе парафина (для травления в холодных растворах);
• — светочувствительные эмульсии (в сочетании с негативами из пластмассы);
• — лакокрасочные покрытия (наиболее распространены и эффективны), например перхлорвиниловая эмаль.

Существует два способа выборочного покрытия определенных участков заготовки:

• а) сначала покрывают всю деталь, затем обрабатываемые поверхности очищают;
• б) предварительно защищают места травления, а затем наносят покрытие на все открытые поверхности (применяется в массовом производстве).

Так как процесс травления идет по всем направлениям с одинаковой скоростью, то защитное покрытие должно перекрывать требуемую границу размера выемки, А на величину, равную глубине травления R (рис. 8.9). Под покрытием металл травится по радиусу R. При недостаточной ширине паза (менее 2 мм) в пространстве под покрытием скапливается газ, препятствующий травлению. Для его удаления деталь необходимо периодически встряхивать, переворачивать, прикладывать вибрации.

Рис. 8.9. Травление металла заготовки под покрытием:

1 — покрытие; 2 — заготовка После травления шероховатость обработанных поверхностей увеличивается на 1—2 класса (причем больше всего улитых заготовок). Глубина травления обычно составляет 6—8 мм (реже до 12 мм). Чем больше глубина травления, тем меньше точность и больше шероховатость поверхности.

Химическим травлением получают местные утонения на нежестких заготовках, ребра жесткости, извилистые канавки и щели, «вафельные» поверхности, обрабатывают поверхности, труднодоступные для режущего инструмента.