Ювелирное обозрение

Алюминий, пожалуй, самый распространенный в быту металл. Практически в каждом доме есть множество мелких предметов из алюминия, сюда можно отнести разного рода брелоки, подарочные имитации ножей, металлические покрытия флэшек и т. д. – список можно продолжать практически бесконечно.

Вполне естественно желание любого мужчины сделать свои мелкие принадлежности уникальными. Для металлических предметов идея усовершенствования приходит сама собой: нанести гравировку. Чтобы загравировать изделия можно использовать лазерный гравер. Однако, для алюминия этот способ не подходит.

Температура плавления металла составляет 600 градусов Цельсия. Для гравировки металла с такой температурой плавления гравер найти сложно, но можно. Но приходится учитывать оксидную пленку, которая покрывает поверхность металла при соприкосновении с кислородом. А температура плавления уже этой пленки составляет порядка 2000 градусов Цельсия. Это значит, что наиболее распространенный способ нанесения гравировок и надписей, термический, не подходит. Именно в подобных ситуациях стоит вспомнить о другом способе: травлении. Отметим, что травление может быть как художественным (для создания рисунков и гравировок на поверхности металла), так и техническим, с целью очистить поверхность металла от оксидной пленки, сделать металл пригодным к дальнейшей обработке.

Травление алюминия можно осуществлять двумя способами:

• Электролитический способ.
• Химический способ.

Каждый из методов, а так же их воплощение в домашних условиях разберем во всех подробностях.

Описание процесса

Смысл реакции протравки алюминия в том, чтобы снять тонкий слой металла с поверхности. В промышленности таким образом избавляются от трещин, сколов, царапин и оксидной пленки на поверхности. Процедура помогает подготовить металл к дальнейшей обработке.

Если речь идет о химическом травлении, то алюминий растворяется кислотой или восстанавливается в щелочь. Время выдержки металла зависит от раствора и всегда строго нормировано. Если не соблюсти время реакции, то раствор снимет слишком большое количество металла. В рамках промышленной отрасли потери в несколько грамм на реакцию способны перерасти в общие потери в размерах десятков и сотен тонн.

Если речь идет о художественной травке, то для неё чаще используется электролитический способ, который подразумевает восстановление алюминия в растворе электролита. Для того, чтобы создать на поверхности металл надпись, его сначала покрывают защитным составом или пленкой. Обязательным условием является плотное прилегание пленки к поверхности металла Следующим шагом на пленке или составе выполняют отверстие в форме будущей гравировки. В результате электрохимической реакции раствор собирает металл исключительно с будущей надписи. Время реакции для художественной травки алюминия так же ограниченно, слишком глубокая гравировка может порезать пальцы.

Как в условиях домашнего творчества, так и в промышленности обязательно использование защитных средств. Если речь идет о химическом процессе, то обязательны следующие средства индивидуальной защиты:

• Толстые резиновые перчатки.
• Респиратор с защитной планкой для глаз.
• Фартук.

Так же стоит помнить, что ванночки под кислоту изготавливают из дерева или бетона, служба одной ванночки не превышает 2 лет вне зависимости от активности использования.
Раствор для травления алюминия

Травку химическим путем может осуществляться в следующих растворах:

• Хлорное железо. Травление алюминия в хлорном железе подразумевает активный процесс выделения металла в кислоту и его осаждение в месте травления. Это значит, что место гравировки придется постоянно чистить, чтобы освободить его для дальнейшей реакции. Поэтому в промышленных условиях хлоридное железо для травления используется очень редко. Но для домашних условий раствор вполне подходит. Травление стоит производить из условий 0,1 мм в минуту. Достаточно эстетично смотрятся гравюры глубиной 0,5 мм, залитые краской.
• Каустическая сода. Травление алюминия каустической содой подразумевает использование бытовой химии. Наиболее подходящим является сухая вариация средства против канализационных засоров «Крот». Стандартный пакет средства заливается граненные стаканом теплой воды и производится травление. Для красивой гравюры или отчистки поверхности металла хватит 3-4 минут реакции. Обратите внимание, что реакция происходит с выделением вредного газа, поэтому должно проводиться в хорошо проветриваемом помещении. Оптимальная температура раствора 70-80 градусов.
• Ортофосфорная кислота. Травление алюминия ортофосфорной кислотой подразумевает использование 10-20 % ортофосфорной кислоты. Для реакциии раствор подогревают до 40-50 градусов. В зависимости от изначального состояния металла на реакцию требуется от 40 секунд до 2- 3 минут. Использование щелочей, ортофосфорной и соляной кислоты недопустимо в электротехнике. Если в будущем планируется использовать алюминиевую деталь для использования в электродеталях или самодельных радиосборках лучше использовать другую смесь для травления.
• Азотной. Травление азотной кислотой непригодно для использования в художественной гравировке. Используется азотная кислота, как правило, после щелочи или для подготовки поверхности перед покраской. В результате травления металла в щелочи на поверхности образуется темный слой металлического шлама, который образуется в результате восстановления металла в объем щелочного раствора. Для того, чтобы придать изделию эстетичный вид используется 15-20% раствор азотной кислоты. Оптимально травление при комнатной температуре раствора. На всю реакцию достаточно 2-5 минут.

Как говорилось ранее, на поверхности алюминия образуется оксидная пленка. Большая часть химических растворов используется для так называемого осветления поверхности металла. Иначе говоря, чтобы убрать шлам от прошлых манипуляций или подготовить металл к будущей обработке.

Для домашнего травления можно использовать кислоты. Но для художественной гравировки лучше использовать электролитический способ. Так же, при использовании кислот стоит учитывать требования к проветриванию помещения.

Травление в домашних условиях

Травление в домашних условиях вполне посильная задача. Наиболее результативным будет использование электрохимической реакции для создания гравировки. В процессе выполнения потребуется:

• Источник тока, 9-12 В. Источник тока в обязательном порядке должен иметь контакты с клеммами.
• Раствор соли.
• Гвоздь.
• Пленку для защиты поверхности. Подойдет обычный скотч или бесцветный лак в качестве защитного состава.
• Инструмент для нанесения изображения на пленку. Может подойти металлический резак, но для создания красивой, симметричной гравировки с ровными линиями лучше использовать лазерный гравер. Мощность гравера должна быть достаточной для того, чтобы прорезать пленку.
• Посуда из диэлектрика. Отлично подойдет обрезанная емкость от пластиковой бутылки.
• Ацетон и ватные тампоны или ветошь.

Внимание! Для защиты организма стоит использовать резиновые перчатки.

Для того, чтобы приготовить раствор поваренной соли, нужно растворить в литре воды 4 столовые ложки соли. Особого влияния на домашнее травление температура не оказывает. Для достижения эффекта можно использовать как немного нагретый раствор, так и остывшую емкость комнатной температуры.

1. В первую очередь нужно приготовить раствор способом, описанным выше.
2. Второе действие: очистка поверхности изделия. Его нужно протереть ацетоном, промыть горячей водой и просушить.
3. На поверхность металла нужно нанести защитный состав или пленку.
4. С помощью гравера вырезать планируемую гравировку. Обратите внимание, что рисунок может быть как выпуклым, так и впалым. Секрет в том, что для выпуклого рисунка, гравером нужно обрезать защитный состав везде, кроме места предполагаемых линий. Тогда в результате электролиза алюминий снимается с поверхности вокруг предполагаемой гравировки, а сама гравюра остается нетронутой. В случае, если будет вырезан именно рисунок, то его и снимет электрохимическая реакция.
5. Клемму со знаком «минус» нужно присоединить к гвоздю. Гвоздь стоит обернуть в ветошь или картон для дополнительной защиты.
6. На руки надеть резиновые перчатки.
7. Опустить в раствор подвешенный на нитках или леске предмет.
8. Засечь на таймере 5 минут и опустить в раствор клемму и гвоздь.
9. Через пять минут достать предмет. Просушить его и отчистить от остатков лака или пленки ацетоном.
10. Гравюра готова.

Использовать достижения современной промышленности для травления металлов можно и нужно. Это может стать предметом хобби или дополнительного заработка. Но стоит всегда помнить о мерах безопасности. В конкретном приведенном примере электрохимической реакции это резиновые перчатки и ветошь на гвоздь перед тем, как опустить его в раствор.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

В рекомендациях по приготовлению и хранению различных средств в домашних условиях часто можно встретить фразу, что стоит использовать эмалированную, стеклянную или нержавеющую посуду. При этом отмечают, что алюминиевая – не пригодна. Чтобы разобраться в таком отношении, стоит обратиться к химии и коррозии металлов. Именно они подскажут: почему в алюминиевой посуде нельзя хранить щелочные растворы.

Основные факты про вещество

Элемент, занимающий ячейку №13 Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, относится к главной подгруппе третьей группы. Это промежуточное положение между металлами и неметаллами. Потому совмещает в себе свойства как первых, так и вторых.
Его характерная валентность в соединениях III, а степени окисления: 0 – для простого вещества, и +3 – для соединений.
Это прочный, но мягкий металл, серебристо-белого цвета. Низкая плотность позволяет легко придавать ему любую форму. Отсюда, широкое использование алюминия, в том числе и в бытовых целях. Достаточно вспомнить погнутые вилки и ложки в общественных столовых.

Что же расскажет химия про алюминий?

С точки зрения химии, алюминий это реакционно-активное вещество. Обычно, во всех взаимодействиях он ведет себя как восстановитель, а сам окисляется, то есть легко отдает все свои 3 валентных электрона. Потому в природе в чистом виде не существует.
Вся тайна неординарного поведения этого металла заключается в его двойственности или, как ее еще называют в амфотерности. Состоит она в проявлении кислотных или основных свойств в зависимости от среды, основной или кислой соответственно. Так, алюминий (Al), как простое вещество, реагирует с разбавленными кислотами и выделяет из них молекулы водорода (Н2). С щелочами в растворе, образует красивые комплексные соединения. С теми же щелочами, но в расплаве образует соли алюминиевой кислоты (H3AlO3) – алюминаты.

Коррозионная стойкость алюминия

Метал алюминий – любимый материал в производстве. Помимо перечисленных выше его достоинств: мягкости и прочности, сюда можно добавить высокую коррозионную прочность в обычных условиях.
Коррозией называют разрушение веществ без внешнего механического воздействия. Это понятие привычно для металлов и сплавов, хотя на самом деле применимо, к любому другому материалу тоже.
Чистые металлы или сплавы вступают в реакцию с веществами окружающей среды и окисляются, нарушая целостность изделия. Самым распространенным примером является образование и отслоение ржавчины на железной поверхности. Коррозия алюминиевых деталей выглядит в виде темных точек, царапин и провалов.

Устойчивость алюминия к коррозии обусловлена наличием оксидной пленки (Al2O3) на поверхности. Пленка тонкая и прочная, внешне практически незаметная. Полностью покрывает поверхность металла, тем самым защищая его от негативного воздействия внешних факторов.
Образуется Al2O3 легко взаимодействием с кислородом воздуха. Получается, что в атмосфере алюминий сам себя защищает от коррозионных процессов. Он проявляет стойкость даже в средах с большим содержанием сероводорода, аммиака, хлороводорода и других газов. Этим обосновано применение алюминия как материла для оборудования в химической промышленности или емкостей для хранения в сельском хозяйстве.

Если говорить о посуде, то в ней происходят процессы разрушения под действием водных растворов. Обессоленная (дистиллированная) вода, как и горячий пар, не будут иметь никакого влияния на алюминиевую поверхность. Коррозию могут вызвать минеральные соли или щелочи в воде, если оксидная пленка потеряет свою целостность (например, поцарапается ложкой) и откроет молекулярный алюминий. В таком случает, он прореагирует с водой, образуя белый гидрооксид (Al(OH)3), и выделит водород (Н2).

Что понимать под щелочными растворами?

Щелочи – это соединения, в состав которых входят металлы главной подгруппы первой группы и ион гидрооксида (ОН-). Они растворимы в воде, где находятся в виде соответствующих ионов. Эти растворы и являются щелочными. Например, натрия гидрооксид (NaOH), калия гидрооксид (КОН) и т.д.
Тем не менее, к щелочным растворам можно отнести те, чья среда имеет водородный показать (рН) выше 7. Этот параметр зависит от концентрации ионов водорода (Н+) в растворе, и показывает реакцию среды: кислую, нейтральную или щелочную.
Щелочную среду имеют: раствор пищевой соды (NaHCO3), нашатырный спирт (NH4ОН) и прочие. Высокое значение рН показывают мыльные растворы.

Что происходит с алюминиевой посудой в щелочных растворах?

Под действием щелочей оксидная пленка на поверхности алюминия растворяется. Открытый при этом металл взаимодействует с водой, образуя, как уже указывалось ранее, гидрооксид алюминия.
Например, если в емкость из алюминия налить едкий натр (NaOH), то появится голубое окрашивание раствора, обусловленное тетрагидроксоалюминатом натрия (Na[Al(OH)4]). Окрашивание может исчезнуть при добавлении избытка воды или кислоты, например, уксуса. В реакции также выделиться молекулярный водород, который можно наблюдать в виде пузырьков.

Раствор пищевой соды тоже бурно прореагирует с алюминиевой посудой, при этом будет наблюдаться обильная пена. После тару можно промыть водой, и поверхность заблестит, как новенькая.
Объяснить это можно тем, что гидрокарбонат натрия (сода) вступит в реакцию с оксидом алюминия, образуя комплексную соль и угольную кислоту (Н2СО3), которая неустойчива и распадается с выделением газа, диоксида углерода (СО2). Подобная реакция наблюдается в кулинарии при гашении соды уксусом.
Таким образом, алюминий прекрасный материал для изготовления тары. Он коррозионно-устойчивый там, где другие металлы и сплавы пасуют. Даже агрессивные среды не способны его разрушить. Но, оказывается, щелочные растворы, даже такие безобидные как смесь пищевой соды с водой, могут разрушающе действовать на изделия из чистого алюминия и его сплавов.

Адрес: 644065, г.Омск,

ул. Нефтезаводская 50, офис 21

тел.: (3812) 22-46-40, 22-66-78

Каустическая сода

Синонимы: Натр едкий, гидроксид натрия, гидрат окиси натрия, едкая щелочь, каустик.

Описание: Натр едкий технический (сода каустическая):

• Марка РД, (раствор диафрагменный) – бесцветная или окрашенная жидкость, получаемая диафрагменным методом, электролиза раствора поваренной соли, после которого электролизный щелок выпаривают до нужной концентрации, как правило 42-50%. Соответствует ГОСТ 2263-79 с изм.1,2
• Марка ТР, (твердый ртутный) — чешуированная масса белого цвета, сильно гигроскопична, хорошо растворима в соде и спирте. Стандарт GB209-2006, соответствует ГОСТ 2263-79.

Химические характеристики каустической соды

Химическая формула: NaOH

Сода каустическая (натр едкий) — это очень сильное химическое основание.

Водные растворы NaOH имеют сильную щелочную реакцию (pH 1%-раствора = 13).

При растворении в воде, либо при разбавлении водного раствора, а так же при взаимодействии с кислотами выделяется много тепла.

Натр едкий, взаимодействует с углекислым газом, присутствующим в воздухе, связывает его, в результате чего, со временем, образуется белый осадок – сода кальцинированная (Na2CO3)

Натр едкий активно реагирует с легкими металлами: алюминием, цинком, магнием, оловом и их сплавами, выделяя при этом большое количество водорода.

Натр едкий способен разрушать стекло и фарфор посредством выщелачивания силикатов (за счет взаимодействия с содержащимся в них диоксидом кремния), а также материалы органического происхождения бумагу, кожу, ткани и т.д.

Не вступает во взаимодействие с углеродистой сталью, хромо-никелевой сталью, полиэтилен, поливинилхлорид, а так же со многими резинно-техническими материалами.

Химические показатели каустической соды (таблица 1)

№ п/п	Наименование показателей	Марка ТР	Марка РД
Высший сорт	Первый сорт
1	Внешний вид	Чешуированная масса белого цвета. Допускается слабая окраска	Бесцветная или окрашенная жидкость, допускается выкристаллизованный осадок
2	Массовая доля гидроксида натрия, %, не менее	98,5	46,0	44,0
3	Массовая доля углекислого натрия, %, не более	0,8	0,6	0,8
4	Массовая доля хлористого натрия, %, не более	0,05	3,0	3,8
5	Массовая доля железа в пересчете на Fe2O3, %, не более	0,004	0,007	0,02
6	Массовая доля хлорноватокислого натрия, %, не более	0,01	0,25	0,3
7	Массовая доля ртути, %, не более	0,0005	–	–

Физические характеристики каустической соды

Молекулярная масса: 39,997 г/моль

Температура кипения 44%-го раствора 140-142°С

Температура замерзания соды каустической жидкой, марки РД, 1 сорт, с концентрацией 44% равна +7°С. Зависимость точки замерзания каустической соды представлена на Рис. 1:

Плотность 44%-го раствора — 1,468 г/см3 . Плотности водных растворов каустической соды представлены на Рис.2:

Раствор каустической соды относится к сильным электролитам. Удельная электропроводность представлена на Рис.3:

Область применения каустической соды

Натр едкий широко применяется в химической, нефтехимической, газовой, металлургической, целлюлозно-бумажной, текстильной, пищевой промышленности и для бытовых нужд:

• На предприятиях пищевой промышленности (маслозаводы, молзаводы, масложиркомбинаты, ликеро-водочные, пивоваренные заводы и т.д): для мойки промышленного оборудования, трубопроводов из нержавеющей и углеродистой стали от жира и масляных веществ, органических остатков, для обезжиривания и обработки тары, инвентаря.
• В процессах водоподготовки: применяется для нейтрализации кислот и их окислов в воде.
• В строительстве: при производстве строительных материалов (газобетонов), а так же для укрепления (грунтов) оснований фундаментов зданий и сооружений.
• В мыловарении: Для омыления жиров при производстве мыла, шампуня и других моющих средств, натр едкий входит в состав поверхностно-активных веществ многих моющих средств.
• В целлюлозно-бумажной промышленност, в производстве бумаги, картона, искусственных волокон, древесно-волоконных плит. А так же для отбеливания тканей, льна.
• В нефтяной сфере натр едкий применяют для очистки нефти, нефтепродуктов. С его использованием производится масляная продукция.
• В быту: для промывки канализации, систем отопления (чугун, углеродистая сталь), помещений и т.п., там где необходимо растворить, удалить органические отложения, загрязнения, остатки.
• Для мойки и обеззараживания/дезинфекции животноводческих комплексов/помещений.

Класс опасности каустической соды

Едкий натр представляет собой едкое коррозийноактивное вещество. При попадании на кожу вызывает химические ожоги, а при длительном воздействии может вызывать язвы и экземы. Сильно действует на слизистые оболочки. Опасно попадание едкого натра в глаза.

В случае попадания в глаза или на кожу тщательно промыть водой.

Предельно допустимая концентрация аэрозоля едкого натра в воздухе рабочей зоны производственных помещений (ПДК) – 0,5 мг/м3.

При работе с натром едким, необходимо пользоваться индивидуальными средствами защиты: защитными очками, резиновыми перчатками и защитной одеждой.

Каустическая сода пожаро- и взрывобезопасна, относится к вредным веществам 2-го класса опасности по ГОСТ 12.1.007.

Упаковка, транспортировка и хранение каустической соды

Технический едкий натр транспортируют железнодорожным, автомобильным, водным транспортом в крытых транспортных средствах в упаковке и наливом в железнодорожных и автомобильных цистернах, полиэтиленовых контейнерах, канистрах, в соответствии с правилами перевозок грузов, действующими на данном виде транспорта.

Технический едкий натр , марки РД, залитый в специализированные контейнеры, транспортируют только автомобильным транспортом. Раствор технического едкого натра хранят в закрытых емкостях из материала, стойкого к щелочам. Специализированные контейнеры заполняют продуктом на 98 % их вместимости.

Перед заполнением продуктом канистры и специализированные контейнеры должны быть промыты.

Горловины специализированных контейнеров уплотняют резиновыми прокладками, изготовленными из кислотощелочестойкой резины средней твердости по ГОСТ 7338.

При хранении натра едкого, марки РД, необходимо соблюдения температурного режима в складских помещениях

Технический едкий натр , марки ТР, упакован в полипропиленовый мешок 25 кг, с полиэтиленовым вкладышем. Упакованный продукт хранят в складских неотапливаемых помещениях в штабелях, высотой до 3 метров.

Гарантийный срок хранения — один год со дня изготовления.