Gravure au duralumin. Agents de gravure pour l'aluminium. Nickelage autocatalytique des métaux

04.03.2020

L'essence de la méthode

La gravure sur métal implique un traitement de surface minutieux. Un revêtement protecteur est appliqué sur le produit, qui est effacé à la place du dessin. Ensuite, soit des acides, soit un bain électrolytique sont utilisés. Les endroits non protégés sont détruits. Plus le temps d'exposition est long, plus la gravure des métaux est profonde. Le dessin devient plus expressif et clair. Il y a diverses manières obtention d'une gravure (inscription) : l'image elle-même ou le fond peuvent être gravés directement. Ces processus sont souvent combinés. Une gravure multicouche est également utilisée.

Types de gravure

Selon la substance utilisée pour détruire la surface du matériau, on distingue les méthodes de gravure suivantes.

1. Méthode chimique(on l'appelle aussi liquide). Dans ce cas, ils sont utilisés solutions spécialesà base d'acide. De cette manière, des ornements et des inscriptions sont appliqués aux alliages.

2. Gravure électrochimique du métal - implique l'utilisation d'un bain électrolytique. Il est rempli d'une solution spéciale. Les sels de plomb sont également souvent utilisés pour éviter une gravure excessive. Cette méthode présente de nombreux avantages. Premièrement, le dessin est plus clair et le temps nécessaire pour terminer le processus est considérablement réduit. De plus, ce traitement des métaux est économique : le volume d'acide utilisé est bien moindre qu'avec la première méthode. Un autre avantage incontestable est l'absence de gaz nocifs (le mordant ne contient pas d'acide caustique).

3. Il existe également une méthode au plasma ionique (dite méthode sèche). DANS dans ce cas la surface est peu endommagée. Cette méthode est utilisée en microélectronique.

Décapage de l'acier

Ce traitement est principalement utilisé pour éliminer le tartre et divers oxydes. Cette procédure nécessite un respect scrupuleux de la technologie, car une gravure excessive du métal de base n'est pas souhaitable. Dans le processus, il est utilisé comme méthode chimique et des bains électrolytiques. Les acides chlorhydrique et sulfurique sont utilisés pour préparer des solutions. Toutes les pièces nécessitent un dégraissage minutieux de la surface. Même une petite empreinte digitale peut endommager la pièce. Comme revêtement protecteur utiliser du vernis à base de colophane, de térébenthine, de goudron. Cependant, il convient de rappeler que les composants sont des substances inflammables. La préparation du vernis nécessite donc une grande concentration et prudence. Une fois le traitement du métal terminé, le processus de gravure lui-même a lieu. Une fois terminée, la pièce doit être nettoyée du vernis.

Mordants utilisés pour l'acier

Très souvent, une solution d'acide nitrique est utilisée pour décaper l'acier. Du sel et du tartre sont également utilisés (avec de petits ajouts d'azote). Les nuances d'acier dur sont décapées avec un mélange d'acides nitrique et acétique. Le glyphogène est un liquide spécial à base d'eau, d'acide nitrique et d'alcool. La surface est traitée avec cette composition pendant plusieurs minutes. Ensuite, ils sont lavés (une solution d'alcool de vin dans de l'eau purifiée) et rapidement séchés. C'est une pré-gravure. Ce n'est qu'après de telles manipulations que les pièces sont placées dans la solution de gravure. La fonte se décape bien dans une solution d'acide sulfurique.

Décapage de métaux non ferreux

Le cuivre et ses alliages sont gravés à l'aide d'acides sulfurique, chlorhydrique, phosphorique ou nitrique. Le processus est accéléré par des solutions de chromates ou de nitrates. La première étape est le détartrage, puis le laiton est directement gravé. L'aluminium (et ses alliages) sont gravés dans une solution alcaline caustique. Pour la coulée des alliages, des acides nitrique et fluorhydrique sont utilisés. Les pièces soudées par points sont traitées à l'acide phosphorique. Les alliages de titane sont également gravés en deux étapes. D'abord - dans un alcali caustique, puis dans une solution d'acides sulfurique, fluorhydrique et nitrique. La gravure sur titane est utilisée pour éliminer le film d'oxyde avant la galvanoplastie. Le molybdène est traité avec une solution à base de soude et de peroxyde d'hydrogène. De plus, les métaux (tels que le nickel et le tungstène) sont gravés à l'aide d'eau, de peroxyde d'hydrogène et d'acide formique.

Il existe plusieurs façons de graver des planches. Dans le premier cas, de l'eau et du chlorure ferrique sont utilisés. Vous pouvez le faire vous-même. Pour faire cela dans acide chlorhydrique dissoudre la limaille de fer. Le mélange est conservé pendant un certain temps. Aussi gravure cartes de circuits imprimés réalisée à l'aide d'acide nitrique. L'ensemble du processus dure environ 10 minutes. À la fin du processus, la planche doit être soigneusement essuyée avec du bicarbonate de soude, car elle neutralise parfaitement la substance caustique restante. Une autre composition de gravure comprend acide sulfurique, eau, peroxyde d'hydrogène (en comprimés). Il faut beaucoup plus de temps pour graver des planches ayant la composition suivante : eau chaude, sel de table, sulfate de cuivre. Il convient de noter que la température de la solution doit être d'au moins 40 degrés. Sinon, la gravure prendra plus de temps. Vous pouvez également graver des planches en utilisant CC. La verrerie peut être utilisée pour ce processus, récipient en plastique(il ne conduit pas le courant). Remplissez le récipient de solution sel de table. C'est cela qui est l'électrolyte. Vous pouvez utiliser une feuille de cuivre (laiton) comme cathode.

Processus de gravure pour d'autres matériaux

Un type de traitement du verre appelé gravure est actuellement très répandu. Des vapeurs d'acide fluorhydrique et de fluorure d'hydrogène sont utilisées. Tout d’abord, la surface est polie à l’acide, puis un motif est appliqué. Après ces manipulations, le produit est placé dans un bain avec une solution décapante. Ensuite, le verre est soigneusement lavé et débarrassé du revêtement protecteur. Pour ce dernier, vous pouvez utiliser un mélange à base de cire d'abeille, colophane, paraffine. Le verre gravé à l'acide fluorhydrique est utilisé pour lui donner un voile. Il existe également la possibilité de graver des couleurs. Les sels d'argent donnent aux surfaces des couleurs jaunes, rouges, nuances de bleu, sels de cuivre - vert, noir, rouge. Pour obtenir un motif transparent et brillant, de l'acide sulfurique est ajouté à l'acide fluorhydrique. Si une gravure profonde est nécessaire, le processus est répété plusieurs fois.

Précautions de sécurité pour le décapage

La gravure sur métal est une activité plutôt dangereuse qui demande beaucoup de concentration. Cela est dû au travail avec des matériaux agressifs - les acides et leurs mélanges. Tout d’abord, pour ce processus, il est nécessaire de choisir judicieusement une pièce bien ventilée. Idéal lorsqu'il est utilisé pour la gravure hotte. S'il n'y en a pas, vous devez alors prendre soin d'un respirateur pour éviter d'inhaler des vapeurs nocives. Lorsque vous travaillez avec des acides, vous devez porter des gants en caoutchouc et un tablier. Doit toujours être à portée de main bicarbonate de soude, qui - si nécessaire - peut neutraliser l'effet de l'acide. Toutes les solutions de gravure doivent être stockées dans des récipients spéciaux (verre ou plastique). N’oubliez pas les autocollants qui indiqueront la composition du mélange et la date de préparation. Il existe une autre règle : les pots d'acides ne doivent pas être placés sur des étagères hautes. Leur chute de hauteur est lourde de conséquences. La gravure artistique sur métal n'est pas complète sans l'utilisation d'acide nitrique, qui est assez caustique. De plus, dans certains mélanges, cela peut être explosif. L'acide nitrique est le plus souvent utilisé pour l'argent sterling. Les solutions de gravure sont préparées en mélangeant des acides avec de l'eau. Il convient également de rappeler que dans tous les cas, l'acide est ajouté à l'eau, et non l'inverse.

Graver diverses pièces à la maison en cuivre est déjà bien connu des modélistes. Mais je n'ai toujours pas aimé le fait que les pièces obtenues par cette méthode doivent le plus souvent être peintes - après tout, par exemple, le cuivre n'est pratiquement pas utilisé dans l'aviation.
Ce serait bien plus intéressant, me disais-je, si les détails provenaient de métal blanc, en plus - ce métal est dans littéralement"couché sous tes pieds."
J'ai essayé à plusieurs reprises de graver l'aluminium des canettes de bière, mais cela n'a pas bien fonctionné. Cependant, j'ai finalement obtenu un résultat qui me permet de penser que tout n'est pas si désespéré.. ;)

Le matériau utilisé était une canette de Red Bull Cola coupée. J'ai lu que certains modélistes préfèrent Red Bull parce que le film sur les canettes est plus fin.

La solution de gravure était la « Taupe » familière, souvent utilisée pour enlever la peinture des modèles.

La couche protectrice était du toner imprimante laser, appliqué au fer à repasser à partir d'une feuille de support en film autocollant. Cette méthode est bien connue et je ne la décrirai pas en détail.

La canette en aluminium est recouverte d'une couche protectrice des deux côtés. J'ai supprimé ce calque de un côté papier de verre.

Pourquoi un ? Oui, car avant cela, je supprimais des deux côtés. Mais ce n’est pas pour rien que « Mole » est utilisé pour enlever la peinture. couche protectrice Avec revers ce que j'ai fait avec de la nitro blanche et j'ai obtenu une gravure double face imprévisible au lieu d'une gravure simple face

Par conséquent, j’ai décidé d’utiliser la couche protectrice transparente située à l’intérieur de la boîte de l’autre côté pour la protection.

Le dessin a été transféré sur la surface nettoyée avec un fer à repasser et la plaque a été envoyée pour gravure.

Au début, j'ai gravé l'aluminium avec du chlorure ferrique, mais j'ai réussi bons résultats Je ne pouvais pas. Dans l'article « Fraisage chimique des métaux » basé sur les matériaux du livre « L'ABC de la modélisation navale », j'ai lu : « Il est préférable de graver l'aluminium et ses alliages dans une solution à 10-15 % de soude caustique. que le broyage chimique se produit très lentement. Lorsque la solution est chauffée à 60-80° en 20 minutes, une couche de métal d'une épaisseur de seulement 1 mm se dissout après gravure, la pièce est soigneusement lavée à l'eau et polie.
Soude caustique dans forme pure Il est peu probable qu'ils vous le vendent, mais « Mole » se compose de soude caustique et de quelques additifs. J'ai utilisé du "Mole" sec dans un sac.

J'ai fait une solution saturée (je l'ai remplie d'eau dans une bouteille pour que la poudre ne se dissolve pas complètement, mais reste au fond).

ATTENTION! LE SODIUM CAUSÉ EST UNE SUBSTANCE TRÈS DANGEREUSE ! LES PRÉCAUTIONS SONT ÉCRITES SUR L'EMBALLAGE ET JE VEUX Avertir qu'il peut faire fondre le fond de la bouteille en plastique si dissous !
Il est donc préférable d’utiliser de la verrerie.

Après cela, remplissez le pot de mayonnaise au dixième et ajoutez de l’eau pour obtenir une « solution à 10-15 % de soude caustique ». J'ai mis le pot dans un seau à glace, où j'ai versé eau bouillie pour maintenir la température de la solution de gravure à 60-80°C.

La gravure se produit avec la libération de bulles de gaz. En les utilisant, vous pouvez facilement contrôler le processus. J'ai évité une formation de gaz très violente, car dans ce cas le toner peut se décoller et la gravure se déroule, me semble-t-il, de manière très inégale.
Si la réaction se déroule très rapidement, vous pouvez alors soit diluer davantage la solution, soit baisser la température.

Je n'ai pas surveillé la température (je travaillais sur un modèle), ajoutant périodiquement eau chaude du robinet, et au bout de quelques heures environ, mon dossier a commencé à apparaître. Le dessin n’était pas complètement gravé, mais je ne l’ai pas attendu.

C'est pourquoi j'ai eu les considérations suivantes. Premièrement, du fait de la gravure latérale, les limites du motif se détériorent. Deuxièmement, le toner n'adhère pas bien et la gravure le traverse, ce qui se voit par les rares bulles qui se forment directement sur les zones peintes.

En sortant l'assiette, je l'ai lavée à l'eau bouillante.

Après cela, j'ai lavé le toner

Science populaire, imprimantes 3D, lasers, chimie

Pensez à l'aluminium. Il s'agit en fait d'un métal assez courant sur lequel les gens souhaitent graver. Par exemple : des porte-clés, des clés USB, des étuis pour certains téléphones portables - tous ces produits sont recouverts d'un revêtement en aluminium.

Ce que nous savons de l'aluminium, c'est un métal qui a un point de fusion d'environ 600 degrés Celsius, une conductivité thermique élevée et qui contient le plus souvent de l'oxyde d'aluminium sur son revêtement, qui a un point de fusion de plus de 1 000 degrés Celsius. Tout cela rend le processus de gravure pas simple, si nous parlons de sur le traitement thermique, mais il existe une autre option. Étant un métal, c'est un conducteur et si c'est le cas, le processus d'électrolyse n'a pas été annulé. Voici la solution même dont nous allons vous parler !
En d'autres termes, ce processus s'appelle - gravure sur aluminium. Il n’y a rien de compliqué là-dedans.

Nous aurons donc besoin de :
- source de courant 9-12 volts.
- ordinaire sel de table NaCl.
- un récipient diélectrique (le plastique convient).
- un clou ou tout objet en fer.
- eau
- échantillon d'aluminium
- et bien sûr, laser!

La solution pourrait donc être :
1. Préparez le dessin sur lequel vous souhaitez appliquer surface en aluminium.

Par exemple, voici une image raster.

2. Dégraissez la surface en aluminium afin qu'il n'y ait pas de bulles d'air et recouvrez-la de ruban adhésif, de vernis ou de peinture (de votre choix).

3. Nous plaçons le produit en aluminium sur notre imprimante 3D et effectuons le processus de découpe laser (pour détruire couche superficielle et ainsi faire des espaces ouverts).

5. Origine courant électrique diviser en 2 fils « plus » et « moins ».
6. Nous attachons un objet en fer au moins et le plongeons dans la solution aqueuse.
7. Nous attachons notre objet au plus et le baissons également dans la solution.
8. Mettez sous tension la source de courant.

9. Le processus d'électrolyse (gravure) dans la solution a commencé. En fonction de la force actuelle et de la concentration de la solution, vous pouvez estimer approximativement le temps nécessaire à la gravure. Généralement 3 à 5 minutes.

10. Retirez le produit de la solution.

En effet, il convient de rappeler que le produit à graver doit être soigneusement isolé avant d'être placé dans la solution, à l'exception des zones où, en fait, la gravure doit être appliquée.
Ce processus peut être réalisé aussi bien à la maison que dans un petit atelier. Avec cette technologie, n’importe qui peut devenir graveur sur métal (aluminium).

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La gravure est facile !

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La gravure de l'aluminium est réalisée dans un environnement alcalin ou acide. Un agent de gravure composé de H 3 PO 4 concentré (76 %), de glace acide acétique(15%), acide nitrique concentré (3%) et eau (5%) en volume. Selon les recherches, le processus se compose de deux étapes - la formation d'Al 3+ et la formation d'AlPO 4, contrôlées par les vitesses des réactions correspondantes :

Al 2 O 3 lent Al -3е HNO3 Al 3+ rapide rapide Film lent Soluble AlPO 4 . (40)

L'eau dans l'acide phosphorique empêche la dissolution d'Al 2 O 3, mais elle favorise la dissolution du produit secondaire AlPO 4. L'intensité du courant est proportionnelle à la vitesse de gravure. Si un courant est appliqué à l’aluminium, une anisotropie de gravure est observée.

L'énergie d'activation pour la gravure d'Al dans H3PO4/HNO3 est de 13,2 kcal/mol, ce qui suggère que le processus est limité par la vitesse de dissolution d'Al2O3 dans H3PO4. Le gaz dégagé est un mélange de H 2, NO et NO 2. L'adsorption des gaz sur la surface de l'aluminium est problème constant lors de l'utilisation d'agents de gravure visqueux. Les bulles peuvent ralentir la gravure : des îlots de métal non gravé se forment sous elles, ce qui peut court-circuiter les conducteurs à proximité.

Riz. 17.

L'adsorption préférentielle des produits gazeux sur la paroi latérale limite la gravure latérale.

Une application inattendue de l'adsorption par bulles a été son utilisation pour lisser les bords de profils lors de la gravure de films de fer-nickel dans HNO 3 (Fig. 17). Dès que le processus de gravure commence, des bulles d'oxyde d'azote s'accumulent le long du bord latéral. L'intermédiaire NO 2 adsorbé agit comme un agent oxydant puissant lors de la gravure des métaux, et la gravure latérale est accélérée. L'adsorption des gaz sur la paroi latérale (Fig. 17) a également été utilisée pour réduire la gravure latérale de Al lors de sa gravure dans H 3 PO 4. La réduction de la pression dans la chambre de gravure de 10 5 à 10 3 Pa a conduit à une diminution de la gravure de 0,8 à 0,4 µm. Grâce à l'adsorption de petites bulles d'hydrogène sur la paroi latérale, une barrière de diffusion efficace s'est formée sur celle-ci. Pour réduire la gravure latérale de Al de 1,0 à 0,25 µm, plusieurs agents de gravure (Tableau 9) contenant des additifs de saccharose (polyalcool) et des tensioactifs ont été proposés.

Tableau 9. Agents de gravure pour l'aluminium.

1) AK - caoutchouc cyclo avec azides, résistances de type KTFR ; DCN - novolaque avec quinone diazides, résiste au type AZ-1350.

Une mauvaise gravure de l’Al est causée par plusieurs facteurs :

1) résistance sous-développée ;
2) épaisseur inégale ;
3) stress dans les films sur les étapes ;
4) accélération galvanique de la gravure due à la présence de précipités d'Al-Cu ;
5) épaisseur d'oxyde inégale ;
6) instabilité de la température (>1 o C).

Ces facteurs conduisent à une gravure excessive et à des courts-circuits.

Le chrome est le deuxième métal le plus couramment gravé après l'aluminium. Il est largement utilisé dans la fabrication de masques photo. Le sulfate de cérium/HNO 3 est utilisé comme agent d'attaque.

Du fait de l'effet d'induction (formation de la couche supérieure de Cr 2 O 3), la gravure du film est non linéaire, et donc l'instant de fin de gravure ne peut être déterminé par son épaisseur initiale.

On nous pose souvent la même question : est-il possible de graver avec une diode laser sur du métal, comme l'aluminium.

Est-il même possible de graver du métal à la maison ?

Aujourd'hui, nous répondrons à cette question.

Pensez à l'aluminium. En fait, c'est un métal assez courant dans la vie quotidienne, adapté à la gravure. De nombreux produits, par exemple les porte-clés, les clés USB et certains étuis mobiles, ont un revêtement en aluminium.

Que savons-nous de l’aluminium ?

Il s'agit d'un métal dont le point de fusion est d'environ 600 degrés Celsius, qui possède une conductivité thermique élevée et qui présente généralement à sa surface un film d'oxyde d'aluminium dont le point de fusion est supérieur à 1 000 degrés Celsius. Cela rend la gravure par traitement thermique beaucoup plus difficile, mais il existe une autre option. Aluminium – bon guide, et si tel est le cas, personne n'a annulé le processus d'électrolyse. C’est précisément la solution dont nous allons vous parler.

Ce processus est appelé gravure sur aluminium.

Il n’y a rien de compliqué là-dedans. Nous n'avons besoin que d'une alimentation de 9 à 12 volts.

Et aussi du sel de table ordinaire NaCl, un récipient diélectrique (le plastique convient), un clou ou tout objet en fer de forme et de taille appropriées, de l'eau.

Et bien sûr, le laser !

Alors qu'est-ce qu'on fait ?

Nous préparons un motif raster que nous aimerions appliquer sur la surface en aluminium de la plaque.

Par exemple, celui-ci :

1. 2. Couvrir la surface en aluminium de la plaque film protecteur(ruban adhésif, vernis, peinture au choix).3. Nous plaçons la plaque d'aluminium sur le bureau d'une imprimante 3D équipée d'une diode laser (de préférence d'une puissance supérieure à 1-2W, pour qu'il suffise de couper le film), et activons le mode découpe laser(pour graver le film collé et créer espaces ouvertsà la place de la future gravure).4. Suivant dans récipient en plastique préparer une solution aqueuse concentrée de NaCl.5. De la source de courant électrique on fait ressortir 2 fils « plus » et « moins ».

6. Nous attachons un objet en fer (clou) au moins et le plongeons dans une solution aqueuse de NaCl.

7. Nous attachons notre plaque d'aluminium au plus et la plongeons également dans la solution saline.

8. Alimentez la source de courant.9. Le processus d'électrolyse (gravure) dans la solution commence. En fonction de la force actuelle et de la concentration de la solution, vous pouvez estimer le temps approximatif requis pour la gravure. Habituellement 3 à 5 minutes.10. Nous retirons le produit de la solution. Il ne faut pas oublier que le produit gravé doit être soigneusement isolé avant de le placer dans la solution, à l'exception des zones où il doit en fait être appliqué.

Ce processus peut être réalisé aussi bien à la maison que dans un petit atelier. Grâce à cette technologie, n'importe qui peut devenir un maître de la gravure sur métal (aluminium).

À notre avis, cette technologie a une grande valeur pratique.

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Graver sur aluminium, c'est facile !