К.х.н. Егорова Л.М., д.х.н. Хоботова Э.Б., Ларин^* В.И.

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

^*Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина

Оптимизация химического травления медных сплавов

Химическое растворение (размерное травление) меди и латуни широко применяется в ряде технологических процессов. Качество травления и характеристики процесса зависят от многих факторов: температуры, гидродинамических условий, состава медного сплава и др. Одним из основных условий успешного проведения процесса травления является состав травильного раствора.

Изучение изменения свойств травильных растворов в ходе самого процесса травления меди и латуней может способствовать оптимизации состава травильного раствора, совершенствованию процесса травления и продлению сроков службы травителей.

Травление латуни (сплав Л-62) изучали в растворах FeCl₃ с добавками NH₄Cl и HCl различной концентрации. Использовали экспериментальные методы исследования: гравиметрический, атомно-абсорбционный.

Количественными показателями, с помощью которых можно судить о равномерности или избирательности растворения сплавов, является коэффициент селективности растворения Z. Коэффициенты Z_Zn и Z_Cu для латуни Л-62 были рассчитаны на основании результатов атомно-абсорбционного анализа растворов по концентрациям ионов меди и цинка, перешедшим в раствор, и по данным о точном составе латуни Л-62. Были определены значения Z за различные периоды травления при его проведении из отдельных порций раствора, моль/л: 1,5 FeCl₃ + 1,0 NH₄Cl. Результаты представлены в таблице 1.

Исходя из таблицы 1, можно сделать вывод, что селективное растворение медной компоненты сплава, проявляющееся в начальный интервал травления, во времени уменьшается, растворение становится более равномерным.

Таблица 1- Значения коэффициентов селективности (Z) растворения компонентов латуни Л-62 при травлении в течение различных интервалов времени в растворе состава, моль/л: 1,5 FeCl₃ + 1,0 NH₄Cl; рН 3,4

τ, мин.	С, моль/л	Z Cu	С, моль/л	Z Zn
15	0,064	1,32	0,03	0,756
30	0,075	0,82	0,057	0,12
45	0,11	0,85	0,08	1,17
60	0,15	0,85	0,11	1,18
75	0,2	0,96	0,13	1,05
90	0,2	0,96	0,13	1,05
105	0,26	0,897	0,18	1,1
120	0,26	0,897	0,18	1,1
135	0,28	0,95	0,183	1,05

В течение первых 30 мин. Z компонентов сплава различались в 6,8 раз. После 75 мин. травления коэффициенты селективности растворения меди и цинка практически равны. Величины концентраций свидетельствуют о преобладающем растворении медной составляющей. Это можно объяснить ступенчатой ионизацией медной составляющей сплава, первоначально до Сu(I), образующей устойчивые хлоридные комплексы в растворе. Второй ступенью является окисление соединений меди(I) с участием растворенного кислорода. В отличие от меди ионы цинка образуют малоустойчивые комплексы с ионами хлора.

В таблице 2 приведены результаты атомно-абсорбционных анализов при растворении меди в растворах FeCl₃ с хлоридной добавкой различной природы. В данном случае время травления равнялось 20 мин. Для раствора состава, моль/л: 1,5 FeCl₃ + 1,0 NH₄Cl Z_Cu превышает Z_Zn в 3,43 раза. В присутствии соляной кислоты неравномерность растворения компонентов сплава усиливается: Z_Cu превышает Z_Zn в 4,98 раза. Ранее нами была показана целесообразность использования хлоридной добавки NH₄Cl по сравнению с HCl как с позиций обеспечения равномерности травлении, так и меньшей летучести раствора.

Таблица 2 - Значения коэффициентов селективности растворения (Z) компонентов латуни Л-62 при травлении в течение 20 мин в растворах различного состава [9]

Состав раствора, моль/л	Z
	Cu	Zn
1,0 М FeCl3 + 2,0 М HCl	2,24	0,45
1,5 М FeCl3+1,0 М NH4Cl	1,85	0,54

На практике травильные растворы используются для больших партий латунных изделий вплоть до их истощения. Состав отработанного травильного раствора при этом существенно отличается от исходного: уменьшаются концентрации свободных ионов хлора, Fe(III), увеличиваются концентрации ионов Fe(II), Cu(II), Zn(II). Так как растворение медной компоненты обеспечивается взаимодействием с ионами – окислителями Fe(III) и образованием хлоридных комплексов Cu(I), то по мере отработки раствора оно замедляется. Для цинка основным фактором растворения является кислотность растворов, которая практически не меняется в цикле травления. На фоне уменьшения Z_Cu наблюдается рост Z_Zn. Спустя 45 мин. с начала процесса растворение сплава становится более равномерным. В конце цикла травления суммарный коэффициент селективности растворения цинка больше такового для меди. Обращение коэффициентов селективности компонентов сплава за цикл травления делает необходимым использование хлоридсодержащей добавки. Она обеспечивает растворение медной компоненты на фоне нарастания Z_Zn. Без добавок ионов хлора травление в растворах FeCl₃ во времени из равномерного быстро переходит в избирательное по цинку.

Показано изменение селективности растворения компонентов латуни Л-62 при длительном травлении в растворах хлорида железа(III) в сторону более равномерного травления.