СПОСОБ ТРАВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1996 года по МПК C23F1/00 

Предлагаемый способ травления пористых материалов может использоваться для химической и электрохимической обработки материалов с целью получения металлокерамических пористых тел с заданной структурой.

Известен способ травления металлов, например с целью подготовки поверхности для нанесения металлических покрытий (см. "Операции технологических процессов получения покрытий", ГОСТ 9.305-84).

Способ включает погружение образца в травильный раствор, травление в течение заданного времени, извлечение образца из раствора и промывку его водой.

Известный способ имеет недостаток: невозможность избирательного травления отдельных участков поверхности образца, не затрагивая других.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ избирательного химического или электрохимического травления материалов по А.С. CCCР N 1481267 от 01.06.87г.

Способ содержит химическое или электрохимическое травление образца в течение заданного времени и промывку его водой. Избирательность травления заданных участков образца достигается путем размещения на этих участках гранул полимера, предварительно выдержанных в травильном растворе до набухания.

Данный способ имеет существенный недостаток: невозможность использования данного способа для избирательного травления внутренних пор пористого тела.

Предлагаемый способ травления пористых материалов направлен на устранения указанного недостатка и обеспечение травления пор избирательно: только до определенного их размера. Указанный результат достигается за счет поддержания в порах образца заданного перепада давлений между газом (азотом или воздухом) и травильным раствором.

Сущность изобретения заключается в следующем.

При химическом или электрохимическом травлении пористых тел поддерживается заданный перепад давлений в порах между газом (азотом или воздухом) и травильной жидкостью. Это позволяет избирательно увеличивать размеры только тех пор пористого тела, размеры которых меньше размера пор, эквивалентного поддерживаемому перепаду давлений.

Перепад давлений, эквивалентный заданному размеру пор, определяется с помощью известного уравнения Баруса-Бехгольца:

где σ смачиваемость пористого тела травильной жидкостью;
q угол смачивания;
r радиус, эквивалентный заданному перепаду давлений.

При полной смачиваемости (θ=0) уравнение принимает вид:

Существенным отличием предлагаемого способа является возможность травление не всех пор пористого тела, а только пор, меньших определенного заданного размера.

Это достигается благодаря поддержанию заданного перепада давлений в порах пористого тела между газом и травильной жидкостью в соответствии с уравнением Баруса-Бехгольца (см.выше), а поддержание перепада давлений пульсирующим в сторону его увеличения улучшает отвод продуктов растворения образца из пор.

Предлагаемые существенные отличия позволяют получить следующие технические результаты:
1. Поддержание заданного перепада давлений в порах образца позволяет увеличить более мелкую группу пор, соответствующих большему перепаду давлений, чем заданный при травлении, т.е. увеличить эффективный радиус пор и проницаемость (протекаемость) пористого тела по жидкости, не уменьшая его критический перепад давлений. Поэтому травление необходимо производить при перепаде давлений равном или большем, чем критический перепад давлений для данного пористого тела.

2. Периодическое увеличение заданного перепада давлений позволяет обеспечить более эффективный отвод продуктов растворения образца из его пор.

3. Травление пористого тела можно производить и при перепаде давлений меньше критического. В этом случае мы получим увеличение эффективного радиуса пор и протекаемости с одновременным уменьшением критического перепада давлений этого тела.

На фиг.1 изображена схема предлагаемого способа травления пористых тел. Схема включает в себя: трубчатый пористый образец для травления 1, закрытый снизу пробкой 2, на пористый образец с другой стороны надет шланг 3; образец опущен в емкость 4 с травильной жидкостью 5, в качестве источника давления служит баллон 6 с азотом или воздухом и редуктор 7. Для контроля давления установлен манометр 8, а для создания заданного перепада давлений и обеспечения его пульсации в схеме установлен регулируемый задатчик давления с пружиной 9, все оборудование соединено между собой шлангами в соответствии со схемой.

На фиг.2 показана схема химического травления плоского пористого образца 10, который уплотняется по периметру с помощью корпуса 11 со штуцером 12 для подачи газа, стяжных пластин 13 и 14, прокладок 15, болтов 16, шайб 17 и гаек 18.

На фиг.3 схематично изображена структура пористого тела с различными размерами пор: мелкими 19 и крупными 20.

Электрохимическое травление пор производится аналогично химическому, с той лишь разницей, что на образец подается необходимый электрохимический потенциал. Вспомогательным электродом может служить как емкость 4 (если она из подходящего для этого случая металла), так и любой другой электрод, опущенный в травильный раствор 5 (на фиг. не показан).

Работает предлагаемый способ следующим образом.

Исходное состояние:
емкость 4 заполнена травильной жидкостью 5;
задатчик давления 9 настроен на заданную величину давления;
вентиль баллона 6 и редуктор 7 закрыты.

Закрыть образец 1 с одной стороны пробкой 2, а с другой стороны с помощью шланга 3 подсоединить его к стенду, как показано на фиг.1. Погрузить образец 1 в емкость 4 с травильной жидкостью 5 и сразу же с помощью вентиля баллона 6 и редуктора 7 создать в стенде заданное давление по манометру 8.

Выдержать образец 1 в травильной жидкости заданное время, после чего вынуть его из травильного раствора, тщательно промыть дистиллированной водой и продуть азотом или воздухом до полного удаления из пор воды.

В процессе травления образца периодически (один раз в несколько минут) с помощью задатчика давления 9 повышать давление по манометру 8 на заданную методикой величину, снижая его через несколько минут до исходного значения.

В качестве травильной жидкости, в зависимости от материала образца, могут использоваться кислоты: H₂SO₄, HNO₃ и др. а также их смеси между собой и другими реагентами.

Изобретение относится к области обработки пористых материалов и может использоваться в промышленности для химической и электрохимической обработки материалов при изготовлении металлокерамических пористых тел с заданной структурой, а также при проведении экспериментальных исследований по изучению структуры пористых тел. Способ травления изделий из пористых материалов включает локальную химическую или электрохимическую обработку при взаимодействии с травильным раствором части поверхности изделия, причем к изделию через одну из его поверхностей подводят воздух или азот, а обработку ведут при поддержании в порах материала перепада давлений между газом и травильным раствором, после чего осуществляют промывку водой. Перепад давлений в процессе обработки несколько раз сначала увеличивают, а затем возвращают к исходному значению. 3 ил.

1. Способ травления материалов, преимущественно изделий из пористых материалов, включающий локальную химическую или электрохимическую обработку при взаимодействии с травильным раствором части поверхности изделия и последующую промывку водой, отличающийся тем, что к изделию через одну из его поверхностей подводят воздух или азот, а обработку ведут при поддержании в порах материала перепада давлений между газом и травильным раствором. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перепад давлений в процессе обработки несколько раз сначала увеличивают, а затем возвращают к исходному значению.