Электрохимическое травление пружинной стали

[СергейСаныч]

Добрый день!

Имеется задача: сквозное травление пружинной стали толщиной 0,1-0,2мм для изготовления плоских пружин.

Заготовка покрывается фоторезистом, экспонируется через трафарет (как при изготовлении печатных плат) и после проявления травится.

Пробовал разные варианты - химическое травление в растворе хлорного железа, серной кислоты, электрохимическое в р-ре NaCl и другие.

Травление в FeCl3 длительно (часы) и дает нестабильные результаты. Причина, скорее всего, в том, что сталь с высоким содержанием углерода и при травлении на заготовке образуется рыхлый слой нерастворимых  соединений (карбиды железа), который препятствует доступу травильного раствора.

Травление в кислоте такой проблемы не создает, т.к. осадок разрушается выделяющимся водородом, однако водород (теоретически) повышает хрупкость стали, что нежелательно.

Электрохимическое травление в растворе хлористого натрия (заготовка - анод, катод - пластина фольгированного стеклотекстолита) дает лучшие результаты и позволяет контролировать процесс, регулируя плотность тока. Однако, тут возникает еще одна проблема: защелачивание раствора на катоде. Щелочной раствор с катода перетекает к аноду и вызывает повреждение фоторезиста (он нестоек в растворах с высоким pH). Пробовал отделить катод "полупроницаемой мембраной", поместив его в картонную трубку. Это помогло, но частичное защелачивание, все-таки наблюдается, и как следствие, отслаивается фоторезист.

Пробовал бороться с защелачиванием, подкислив раствор всё той же H2SO4, но это привело к несколько неожиданному результату - медный катод стал растворяться, причем вне процесса электролиза.

Прошу уважаемое Сообщество подсказать, как бороться с этими проблемами (защелачивание, образование карбидного осадка).

С уважением, Сергей

[капелька яда]

В 28.11.2024 в 19:12, СергейСаныч сказал:

Пробовал отделить катод "полупроницаемой мембраной", поместив его в картонную трубку. Это помогло, но частичное защелачивание, все-таки наблюдается, и как следствие, отслаивается фоторезист.

проточный катод ?

подливаете мал по малу рассольчик (или буфер NaCl + HCl) соль + немного соляной.

и в ус не дуете.

нам респект и вам уважуха.

Изменено 28 Ноября, 2024 в 16:46 пользователем капелька яда

[chemister2010]

Травите азотной кислотой, там водород не выделяется.

[СергейСаныч]

Хотелось бы как-то попроще, без систем циркуляции. Всё делается практически в "кухонных" условиях. Возможно, требуется подбор электролита или условий травления (плотность тока, температура). Поскольку химию изучал лет эдак 45 назад в непрофильном вузе, то "о, сколько нам открытий чудных". Например, оказалось, что в 10% растворе H2SO4 (без добавления хлорида) стальной анод не растворяется, а происходит выделение газа, возможно, кислорода. Если ток отключить, то происходит вполне ожидаемая реакция железа с кислотой с выделением водорода

В 28.11.2024 в 21:41, капелька яда сказал:

проточный катод ?

подливаете мал по малу рассольчик 

и в ус не дуете.

нам респект и вам уважуха.

 

[podlyinarod]

В 28.11.2024 в 19:12, СергейСаныч сказал:

Пробовал бороться с защелачиванием, подкислив раствор всё той же H2SO4, но это привело к несколько неожиданному результату - медный катод стал растворяться, причем вне процесса электролиза.

Катод возьмите стальной, можно из нержавейки. Кислоту лучше взять слабую, буферную, типа лимонной, уксусной - удобнее будет...

Изменено 28 Ноября, 2024 в 17:51 пользователем podlyinarod

[Shizuma Eiku]

0.1-0.2 мм мелкое отверстие, особенно, если глубина значительная. Лучшее что можно сделать - использовать катод с минимальной поверхностью иглообразной формы, поднесенный очень близко к поверхности анода. Сама защита анода должна быть очень хорошо сцеплена с ним и вообще быть твердой и толстой. Дырочка в ней должна быть еще меньше вытравливаемого отверстия.

[Shizuma Eiku]

В качестве электролита можно попробовать насыщенный раствор трилона Б, он будет и растворять гидроксид железа и выполнять роль буфера - связывать избыток щелочи или кислоты. Однако, если фоторезист слезает даже от незначительной щелочности, то он не вариант, надо искать другое покрытие. Может, он слезает не из-за наличия основания, а из-за хлора - в этом случае нужно просто использовать не концентрированный, а 5-10% раствор хлорида натрия.

[СергейСаныч]

В 28.11.2024 в 22:50, podlyinarod сказал:

Катод возьмите стальной, можно из нержавейки. Кислоту лучше взять слабую, буферную, типа лимонной, уксусной - удобнее будет...

Спасибо, надо попробовать

[podlyinarod]

В 28.11.2024 в 21:07, СергейСаныч сказал:

надо попробовать

Лучше нержу, ибо сталь будет чуть травиться без тока в кислом растворе, но в общем вам миллиметра стального катода хватит надолго.

[СергейСаныч]

В 28.11.2024 в 22:54, Shizuma Eiku сказал:

0.1-0.2 мм мелкое отверстие, особенно, если глубина значительная. Лучшее что можно сделать - использовать катод с минимальной поверхностью иглообразной формы, поднесенный очень близко к поверхности анода. Сама защита анода должна быть очень хорошо сцеплена с ним и вообще быть твердой и толстой. Дырочка в ней должна быть еще меньше вытравливаемого отверстия.

У меня не отверстия 0,1-0,2, а толщина металла заготовки. Элементы рисунка имеют минимальный размер в районе 0,7 мм