Зиганшин Н., студент

Харьковский национальный автомобильно – дорожный универистет

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ТРАВЛЕНИЯ МЕДНЫХ СПЛАВОВ

Современное развитие промышленности приводит к техногенной опасности в отдельных регионах, существенно повышает сброс в промышленный сток больших объемов концентрированных технологических растворов. Такие растворы сбрасывают предприятия радиоэлектронной и приборостроительной отраслей промышленности, где используется технологии травления металлов. Для размерного травления изделий из меди и ее сплавов широко используются травильные растворы на основе хлоридов железа (III) и меди (II). Суммарную реакцию травления меди раствором хлорида железа (III) можно выразить уравнением

Cu + 2FeCl₃ = CuCl₂ + 2FeCl₂.

В процессе травления меди в растворе накапливаются ее ионы, а концентрация окислителя уменьшается, в результате чего скорость травления снижается во времени, травильный раствор считается непригодным для дальнейшего использования.

Кроме того, в окружающую среду залпом поступает большое количество токсичных соединений меди (I), (II), железа (II), (III). Наносится непоправимый ущерб окружающей природной среде. В связи с этим очень важным является исследование процессов химического растворения сплавов меди в растворах различного состава.

Целью работы являлось исследование химического растворения латуни Л – 62 в растворах различного состава. Растворение сплава изучали методом вращающегося дискового электрода (ВДЭ).

Скорость растворения латуни определяли с помощью экспериментальных методов исследования гравиметрического и атомно-абсорбционного. Согласно результатам гравиметрических измерений среднюю скорость растворения сплава вычисляли по формуле:

, кг · м^–2 · с^–1, (1)

где m₀ и m – соответственно массы образца до и после растворения, кг;

S – геометрическая площадь поверхности медного образца (во всех экспериментах S = 0,45·10^–4 м²);

τ – время растворения, с.

Выбор электролитного состава растворов был обусловлен их практическим использованием в процессах размерного травления меди и латуней. По результатам гравиметрических измерений были построены графические зависимости скорости растворения (v) латуни Л-62 от концентраций исходных травильных растворов (С). ). Ход изменения скорости растворения латуни Л-62 различный в электролитах разной природы. В основном он определяется эффективностью процессов окисления-восстановления компонентов латуни или комплексообразования ионов меди и цинка с лигандами раствора. Выделение приоритетного фактора можно осуществить при сравнении кривых v – C для растворов NaCl и FeCl₃. В растворах NaCl с увеличением концентрации ионов хлора скорость растворения латуни уменьшается.

Качественно противоположные изменения скорости растворения при увеличении концентрации растворов хлорида железа(III). Присутствие дополнительного фактора - ионов железа(III), обладающих высокой окислительной способностью, приводит к существенному возрастанию скорости растворения латуни с ростом их концентрации. Таким образом, из двух факторов, способствующих увеличению скорости растворения латуни: увеличения концентрации лигандов (Cl^-) для комплексов ионов меди и цинка и увеличения концентрации ионов-окислителей (Fe³⁺), ведущим является второй фактор. Скорость растворения латуни в растворе FeCl₃ на два порядка выше по сравнению с другими электролитами. Монотонное увеличение скорости растворения латуни с ростом концентрации FeCl₃ косвенно свидетельствует о практическом отсутствии плотных слоев пассивиурющих соединений на поверхности сплава. Это было подтверждено методом рентгенофазового анализа, показавшего присутствие лишь следовых количеств соединений CuAlO₂ и, возможно, Cu₂O на поверхности сплава.

Атомно-абсорбционный анализ проводили с использованием спектрофотометра «Сатурн» при длине волны для цинка – 213,9 нм, для меди – 324,8 нм. С помощью данного метода по концентрациям ионов металлов, перешедших в раствор, оценивали как скорость травления, так и селективность растворения сплава.

Коэффициенты селективности рассчитывали по формуле:

, (2)

Рассчитанные значения коэффициентов селективности цинка и меди подтверждают, что обесцинкование сплава характерно для травления в растворах NaCl и NH₄Cl. Для электролита FeCl₃ характерна хорошая корреляция графических зависимостей скорости растворения латуни и перехода в раствор ее компонентов в зависимости от концентрации исходного раствора. Используя расчетные данные по Z, нельзя сделать однозначный вывод о селективности растворения какого-либо компонента. Для выяснения данного обстоятельства были проведены прямые измерения содержания компонентов сплава с помощью электронно-зондового микроанализа. Обнаружено достаточно выраженное обесцинкование поверхностного слоя латуни после длительного травления в растворе FeCl₃, а именно: содержание цинка уменьшилось с 37,94% до 27,74%, а меди - увеличилось с 61,63% до 66,44%.