Егорова Л.М., ст. преподаватель

Харьковский национальный автомобильно – дорожный университет

Веретено Н., студентка 1 курса ХНАДУ

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ТЕХНОЛОГИИ ТРАВЛЕНИЯ

СПЛАВОВ МЕДИ

Для размерного травления изделий из меди и ее сплавов широко используются травильные растворы на основе хлорида железа (III). В процессе травления меди в растворе накапливаются ее ионы, а концентрация окислителя уменьшается и 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. Для предотвращения негативных последствий необходимо создание технологических схем, которые обеспечивают утилизацию ценных компонентов и регенерацию отработанных травильных растворов.

В связи с этим очень важным является исследование процессов химического растворения меди и ее сплавов в растворах различного состава.

Целью работы являлось исследование химического растворения латуни Л – 62 в растворах различного состава. Растворение сплава изучали методами вращающегося дискового электрода (ВДЭ), гравиметрического и атомно-абсорбционного.

Скорость растворения латуни определяли с помощью экспериментальных методов исследования гравиметрического и атомно-абсорбционного. Величина скорости растворения латуни Л-62 различна в электролитах разной природы. В основном она определяется эффективностью процессов окисления-восстановления компонентов латуни и комплексообразования ионов меди и цинка с лигандами раствора. Скорость растворения латуни в растворе FeCl₃ на два порядка выше по сравнению с другими электролитами. Присутствие дополнительного фактора - ионов железа(III), обладающих высокой окислительной способностью, приводит к существенному возрастанию скорости растворения латуни с ростом их концентрации.

Растворение цинка из сплава Л-62 в той или иной степени происходит во всех изученных растворах, но наиболее интенсивно в растворах NaCl и NH₄Cl определенной концентрации. В данном случае поверхностный слой сплава обогащается медью в противоположность растворам Na₂SO₄ и FeCl₃, в которых избирательно растворяется медь. Для количественной характеристики вида разрушения интерметаллических фаз используют коэффициент избирательного растворения Z, который показывает, во сколько раз отношение количеств компонентов сплава в растворе электролита больше соответствующего их отношения в сплаве. При равномерном растворении этот коэффициент равен единице, а при селективном - стремится к бесконечности или к нулю.

Например, равномерность растворения компонентов сплава оценивается по значениям коэффициентов селективности (Z) меди и цинка. Z_Zn рассчитывают по формуле

,

где отношение концентраций (Zn/Сu)_{раствор} определялось методом атомно-абсорбционной спектрометрии, а (Zn/Сu)_сплав равен отношению содержания компонентов в сплаве. Аналогично рассчитывали Z_Cu.

Рассчитанные значения коэффициентов селективности цинка и меди подтверждают, что обесцинкование сплава характерно для травления в растворах NaCl и NH₄Cl. С ростом концентрации указанных электролитов селективность растворения меди возрастает, но все же остается на низком уровне.

Для электролита FeCl₃ прослеживается корреляция графических зависимостей скорости растворения латуни и перехода в раствор ее компонентов в зависимости от концентрации исходного раствора. С ростом концентрации травильных растворов FeCl₃ Z компонентов изменяются незначительно. Используя расчетные данные по Z, нельзя сделать однозначный вывод о селективности растворения какого-либо компонента. Для выяснения данного обстоятельства были проведены прямые измерения Zn и Cu в сплаве 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%. При химической обработке латуни в агрессивном травильном растворе FeCl₃ на ее поверхности наблюдается четкое доменообразование (рис. 1)

а б

Рисунок 1. Микрофотографии поверхности латуни Л-62, подвергнутой растворению в растворе FeCl₃ при ω = 74 об·с^–1. Увеличение: а – 1000; б- 3000

Изучение особенностей химического растворения медных сплавов в различных растворах очень важно для подбора оптимального состава травильного раствора, а также для разработки способов регенерации отработанных травильных растворов.