2.2. Кінетика процесу.

При взаємодії поверхні з будь-яким травником спостерігається певна послідовність реакцій. В основному процес травлення можна розділити на п’ять стадій. Реагент повинен:

а) досягти поверхні;

б) увійти з нею в контакт (тобто адсорбуватися);

в) прореагувати хімічно.

Продукти реакції повинні:

г) десорбуватися;

д) віддалитися від поверхні.

Розглянемо детальніше кінетику реактивних процесів, які відбуваються після занурення матеріалу (металевої пластини) в розчин травника (без проходження електричного струму).

1. Перенесення молекул (або іонів) травильника з об'єму розчину до поверхні матеріалу (Рис. 1.).

Рис. 1. Схема дифузії травника до поверхні пластини:

І – розчин; II – матеріал.

У початковий момент після занурення пластини матеріалу в розчин поблизу її поверхні за рахунок інтенсивної реакції утворюється шар δ, збіднений молекулами травника, що приводить до виникнення градієнта концентрації травника grad_xN і формуванню дифузійного потоку J_x цих молекул до поверхні матеріалу. Такий потік існує до встановлення рівноваги, час настання якої залежить від коефіцієнта дифузії компонентів травника в розчині, його в’язкості, температури і деяких інших чинників. Після закінчення цього часу концентрації молекул травника в об’ємі і біля поверхні металу вирівнюються: N_s = N₀. На цьому 1-а стадія процесу може вважатися завершеною.

2. Адсорбція молекул травника на поверхні матеріалу.

У стадії адсорбції молекули травника вступають в контакт з поверхнею матеріалу. Цей контакт може бути або хімічною адсорбцією (хемосорбцією), або фізичною адсорбцією.

У першому випадку між молекулами травника і поверхнею матеріалу існують або сили обмінної взаємодії, або кулонівського притягання, залежно від типу поверхні і адсорбованих компонентів; у другому випадку молекули травника утримуються на поверхні слабкими силами Ван-дер-ваальса. Відповідно енергія активації адсорбції при хемосорбції виявляється істотно вищою, ніж при фізичній адсорбції. Вимірювання цієї енергії часто служить достатнім критерієм для ідентифікації характеру адсорбції молекули травника на поверхні матеріалу.

Рис. 2. Схема дифузійного відведення продуктів травлення від поверхні пластини:

І – розчин; II – матеріал.

3. Кінетична стадія процесу. Це власне хімічна взаємодія адсорбованих молекул травника з матеріалом: відбувається розрив хімічних зв’язків між атомами, розташованими в об’ємі, і поверхневими атомами матеріалу і видалення останніх в розчин. Механізми, відповідальні за протікання цієї стадії, досить різноманітні, часто достатньо складні і вимагають спеціального розгляду.

4. Десорбція продуктів реакції з поверхні матеріалу. В ході кінетичної стадії на поверхні матеріалу накопичуються продукти реакції, які можуть бути хімічно або фізично пов’язані з поверхнею. Перш ніж перевести їх в розчин, необхідно розірвати ці зв’язки, в чому і полягає суть стадії десорбції (за природою своїй зворотній стадії адсорбції).

5. Видалення продуктів реакції від поверхні матеріалу в об’єм розчину (Рис. 2). За рахунок хімічної взаємодії матеріалу з травником поблизу поверхні матеріалу (на відстані δ) накопичуються продукти взаємодії, концентрація яких в об’ємі розчину n₀' істотно менша ніж на межі розділу матеріал – розчин N_s'. Градієнт концентрації продуктів травлення в розчині grad_хN' є причиною виникнення дифузійного потоку молекул цих продуктів J_x', направленого від поверхні матеріалу в об’єм розчину. Таким чином, ця стадія є аналогічною (але зворотньою по знаку) стадії 1, з тією лише різницею, що тут здійснюється дифузійне перенесення не молекул травника, а молекул (іонів), що виникли в результаті його взаємодії з матеріалом.

Видно, що весь процес травлення складається з двох дифузійних, двох сорбційних і однією кінетичною стадій, кожна з яких може бути ланкою, що обмежує сумарну швидкість процесу травлення.

2.3. Застосування.

1. Зняття окислів і продуктів корозії.

2. Полірування.

3. Декоративне узорне травлення.

4. Вибіркове стравлювання.

5. Фрезерування.

6. Точіння і заточування.

7. Клеймування.

8. Зняття дефформованого шару.

2.4. Операції технологічного процесу.

Технологічний процес хімічної обробки включає слідуючі операції:

1. Підготовка поверхні (обезжирення).

2. Нанесення захистного покриття (лакофарбові покриття; клеєві стрічки; гумові трафарети; металеві покриття; гідрошаблони).

Лабораторна робота 1 до НЕ 1.2

Вправа1. Видалення окалини та іржі з поверхні металу

і виявлення структури поверхні

Ціль вправи 1 – вивчення процесів хімічного травлення металів та методів очистки поверхні металів від іржі та окалини.

Вправа2. Хімічне полірування

Ціль вправи 2 – вивчення процесів хімічного полірування металів

Рекомендована література для Лабораторної роботи 1 до НЕ 1.2 : [М1].

Рекомендована література до НЕ 1.2: [7–С.43-50, 8–С.3-8, 9–С.19-21, 10–С.69-71, 174, 181, 200-202].

Питання для поточного самоконтролю та контролю знань по НЕ 1.2:

1. Назвіть типи хімічного розчинення.

2. Опишіть кінетику процесу хімічного розчинення.

3. Наведіть приклади застосування хімічного розчинення.

4. Назвіть операції технологічного процесу хімічної розмірної обробки.

Тестові завдання до НЕ 1.2.

Тест 1. Якою реакцією по характеру взаємодії з речовиною являється хімічне травлення:

1. Реакцією розчинення.

2. Реакцією сполучення.

3.Реакцією перетворення

4.Реакцією виділення

5.Реакцією насичення

Тест 2. На скільки типів розподіляється реакція розчинення:

1. на 2

2. на 3

3. на 4

4. на 5

5. на 6

Тест 3. Як називаються типи реакції розчинення:

1. Молекулярне, іонне, реактивне.

2. Молекулярне, іонне, фрактальне.

3. Іонне, реактивне, пасивуюче.

4. Молекулярне, іонне, реактивне, пасивуюче.

5. Молекулярне, іонне, реактивне, фрактальне.

Тест 4. Скільки стадій процесу травлення?

1. 1.

2. 2.

3. 3.

4. 4.

5. 5.

Тест 5. Який порядок проходженя процесу травлення?

1. досягти поверхні; адсорбуватися; прореагувати хімічно; десорбуватися; віддалитися від поверхні.

2. досягти поверхні; десорбуватися; прореагувати хімічно; адсорбуватися; віддалитися від поверхні.

3. досягти поверхні; адсорбуватися; прореагувати хімічно; віддалитися від поверхні; десорбуватися.

4. досягти поверхні; адсорбуватися; прореагувати хімічно; десорбуватися; анігілювати; віддалитися від поверхні.

5. адсорбуватися; досягти поверхні; прореагувати хімічно; десорбуватися; віддалитися від поверхні.

Тест 6. Наведіть приклади застосування хімічного травлення.

1. Зняття окислів і продуктів корозії,

2. Полірування.

3. Декоративне узорне травлення.

4. Вибіркове стравлювання.

5. Фрезерування.

6. Точіння і заточування.

7. Клеймування.

8. Зняття дефформованого шару.

Тест 7. Назвіть послідовність виконання операцій хімічної розмірної обробки.

1. обезжирення, нанесення захистного покриття, травлення.

2. обезжирення, створення шорсткості, нанесення захистного покриття, травлення.

3. обезжирення, створення шорсткості, травлення.

4. Створення шорсткості, нанесення захистного покриття, травлення.

5. Нанесення захистного покриття, травлення, зняття захистного покриття.