Склад для травлення вуглецевих сталей

Корисна модель відноситься до хімічної обробки металічної поверхні, в тому числі до травлення вуглецевих сталей і може бути використана в сталепрокатній і машинобудівній галузях промисловості. Відомий склад для травлення заліза і вуглецевих сталей, що містить хлоридну і нітратну кислоти, тіосечовину в якості інгібітора, і алюмінія (III) сульфат (Анощенко И.И. О растворении железа в смеси соляной и азотной кислот. - Труды третьего международного конгресса коррозии металлов. М.: - Мир, 1968. - т.2, - С.203-208) [1], при наступному співвідношенні інгредієнтів (г/дм 3): Хлоридна кислота (d=1,19г/см 3) 35 Нітратна кислота (d=1,34г/см 3) 40 Тіосечовина 0,5 Алюмінію (III) сульфат 2,0. Процес травлення проводять при температурі 293К впродовж 2 годин. При обробці поверхні виробу даним розчином спостерігається незначна швидкість видалення ржі і окалини з поверхні виробу та значне розчинення металу (швидкість розчинення в середньому складає 10мг/см 2·год). Після обробки на поверхні металу залишаються ділянки з окалиною. Поверхня неоднорідна, темна. Крім цього процес обробки супроводжується виділенням оксидів азоту і молекулярного водню, що призводить до забруднення навколишнього середовища і насиченню металу виробу воднем, що помітно погіршує його експлуатаційні характеристики (механічна міцність). Найбільш близьким аналогом до корисної моделі, що пропонується, за технічною сутністю і досягнутому результату є склад, що містить хлоридну і нітратн у кислоти, бензолсульфокислоту і хлористий сечовинокарбометилентрифенілфосфоній в якості інгібіторів розчинення (А.с. 806785 СССР, МКИ С23F1/02. Раствор для травления железа и углеродистых сталей. Вдовенко И.Д., Вакуленко Л.И., Шевчук М.И., Кушнир В.Н. (СССР). - №2741129; Заявлено 26.03.79; Опубл. 23.02.81; Бюл. №7. - 3с.) [2] при наступному співвідношенні інгредієнтів (г/дм 3): Хлоридна кислота (d=1,19г/см 3) 200 Нітратна кислота (d=1,34г/см 3) 100 Бензолсульфокислота 10 Хлористий сечовинокарбометилентрифенілфосфоній 2,0. Процес проводять при температурі 293К впродовж 7 хвилин. При цьому спостерігається швидке і якісне видалення ржі і окалини з поверхні виробу при низькій швидкості розчинення основного металу (швидкість розчинення в середньому складає 0,5мг/см 2·год). Після обробки поверхня повністю очищена, однорідна, світла. При проведенні процесу, в порівнянні з попереднім складом, набагато зменшується інтенсивність виділення газоподібних продуктів. Однак утворення оксидів азоту і молекулярного водню відбувається. Нами встановлено, що час зберігання розчину відомого складу [2] після приготування не перевищує 1 місяця. Таким чином до недоліків даного складу [2] слід віднести його невисоку стабільність при зберіганні, що викликано деструкцією молекул інгібітора; виділення газоподібних продуктів при проведенні процесу травлення. Крім того хлористий сечовинокарбометилентрифенілфосфоній не є продуктом промислового синтезу і на даний момент не може бути отриманий в великих кількостях за низькою ціною. Ці фактори значно звужують сферу застосування даного розчину в промислових умовах. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення складу для травлення вуглецевих сталей шляхом введення інгредієнтів іншої хімічної природи, що дозволяє збільшити стабільність розчину і час його придатності, а також розширити області його застосування за рахунок широкого використання в великомасштабному виробництві. Поставлена задача досягається тим, що розчин, який містить хлоридну і нітратну кислоти, згідно корисної моделі, в якості інгібітора розчинення металу містить сульфосаліцилову кислоту і по хідне сечовини, загальної формули (І): H2NCONHR, де R=H; СОСН3; або загальної формули (II): (СН3)2С4N2НOR, де R=H; СОСН3 при наступному співвідношенні компонентів, (г/дм 3): Хлоридна кислота (d=1,19г/см 3) 180-250 Нітратна кислота (d=1,34г/см 3) 60-180 Сульфосаліцилова кислота 8-10 Похідне сечовини загальної формули (І) або (II) 1,5-2,0. Нами показано, що при введенні в розчин травлення похідних сечовини, хімічної структури що заявляється, система набуває підвищену стійкість до дії зовнішніх факторів, що в свою чергу, призводить до збільшення часу зберігання і використання даного складу. Підвищена стабільність складу, доступність і мала собівартість компонентів дозволяє розширити область застосування розчину травлення, що заявляється, в промислових масштабах. Склад готують наступним чином: в воду вносять компоненти такій послідовності: хлоридна кислота, нітратна кислота, сульфосаліцилова кислота і похідні сечовини загальної формули (І) або загальної формули (II). В якості похідних сечовини загальної формули (І) беруть сечовину (H2N-CO-NH2) або ацетилсечовину (H2NСО-NН-СО-СН3); в якості похідної сечовини загальної формули (II) беруть 4,6-диметил-1,2-дигідропіримідон-2 (в подальшому піримідон-2) CH3 N H3C N H O або 1-ацетіл-4,6-диметил-1,2-дігідропіримідон-2 (в подальшому ацетилпіримідон-2) CH3 COCH3 N H3C O N Похідні сечовини можна вводити в розчин як безпосередньо перед проведенням технологічного процесу, так і одночасно з сульфосаліциловою кислотою. Розчин готують при температурі 293К. Стабільність травильного розчину визначається по зберіганню ним в часі фізико-хімічних (оптична густина, що визначається на фотоелектричному калориметрі ФЭК-3; питома електропровідність, яка визначається кондуктометричним методом) і експлуатаційних (ефективність процесу травлення) характеристик. Швидкість розчинення основного металу визначали за формулою: W=(m 1-m 2)t/S·t, дe m 1 - маса контрольного зразка сталі до обробки в розчині травлення (мг); m 2 - маса контрольного зразка сталі після обробки в розчині травлення (мг); t - час проведення процесу (години); S - площа контрольного зразка (в нашому випадку 100см 2). Приклади конкретного виконання: Приклад 1 Беруть 200г хлоридної кислоти (d=1,19г/см 3); 120г нітратної кислоти (d=1,34г/см 3); 9г сульфосаліцилової кислоти (НО3SС6Н3(ОН)СO2Н); 2,0г ацетилсечовини (H2N-CO-NH-CO-CH3) і 730г води. Компоненти ретельно перемішують і залишають на 30 хвилин. Отриманий розчин травлення наступного складу (г/л): Хлоридна кислота (d=1,19г/см 3) 200 Нітратна кислота (d=1,34г/см 3) 120 Сульфосаліцилова кислота 9 Ацетилсечовина 2,0 Вода 730. Обробці піддавали зразок сталі СТ10 розміром 5:10:0,1см. Використовували зразки із плямами ржі. Зразок занурювали в розчин на 5 хвилин, з розрахунку, що на 1см 2 поверхні, що оброблялась припадало 10мл розчину травлення. Швидкість розчинення металу складає 0,6мг/см 2·год. Стабільність розчину травлення 3 місяці. Після обробки поверхня повністю очищена, однорідна, світла (таблиця, приклад 4). Приклад 2 Беруть 200г хлоридної кислоти (d=1,19г/см 3); 120г нітратної кислоти (d=1,34г/см 3); 9г сульфосаліцилової кислоти (НО3SС6Н3(ОН)СO2Н); 1,75г N-ацетилпіримідона-2: CH3 N COCH3 O N H3C і 730г води. Компоненти ретельно перемішують і залишають на 30 хвилин. Отриманий розчин травлення наступного складу (г/л): Хлоридна кислота (d=1,19г/см 3) 200 Нітратна кислота (d=1,34г/см 3) 120 Сульфосаліцилова кислота 9 Ацетилпіримідон-2 1,75 Вода 730. Обробці піддавали зразок сталі СТ10 розміром 5:10:0,1см. Використовували зразки покриті густим шаром окалини, що утворилася при проведенні термообробки зразків при температурі 1073К. Зразок занурювали в розчин даного складу на 5 хвилин, з розрахунку, що на 1см 2 поверхні, що оброблялась припадало 10мл розчину травлення. Швидкість розчинення металу складає 1,3мг/см 2·год. Стабільність розчину травлення 3 місяця. Після обробки поверхня повністю очищена, однорідна, світла (таблиця, приклад 7). Таблиця № п/п Компоненти 1 2 Хлоридна кислота (d=1,19г/см 3); Нітратна кислота (d=1,34г/см 3); Сульфосаліцилова кислота; Сечовина 1 Час Склад Стабільність, розчину, г/л обробки, місяці хв. Згідно корисної моделі 3 4 5 5 3 180 60 8 1,5 Швидкість розчинення метала, мг/см 2ч 6 0,95 Примітки 7 Після обробки поверхня повністю очищена, однорідна, світла 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Хлоридна кислота (d=1,191 г/см 3);1 Нітратна кислота (d=1,34г/см 3); Сульфосаліцилова кислота; Сечовина. Хлоридна кислота (d=1,19г/см 3); Нітратна кислота (d=1,34г/см 3); Сульфосаліциловая кислота; Сечовина. Хлоридна кислота (d=1,19г/см 3); Нітратна кислота (d=1,34г/см 3); Сульфосаліцилова кислота; Ацетилсечовина. Хлоридна кислота (d=1,19г/см 3); Нітратна кислота (d=1,34г/см 3); Сульфосаліцилова кислота; Піримідон-2 Хлоридна кислота (d=1,19г/см); Нітратна кислота (d=1,34г/см 3); Сульфосаліцилова кислота; Піримідон-2 Хлоридна кислота (d=1,19г/см 3); Нітратна кислота (d=1,34г/см 3); Сульфосаліцилова кислота; N-ацетилпіримідон-2 Хлоридна кислота (d=1,19г/см 3); Нітратна кислота (d=1,34г/см 3); Сульфосаліцилова кислота; N-ацетилпіримідон-2 Хлоридна кислота (d=1,19г/см 3); Нітратна кислота (d=1,34г/см 3); Сульфосаліцилова кислота; Сечовина. Хлоридна кислота (d=1,19г/см 3); Нітратна кислота (d=1,34г/см 3); Сульфосаліцилова кислота; Піримідон-2 5 3 1,3 5 2,5 1,25 5 3,0 0,6 5 2,5 1,4 5 2,5 1,0 5 3 1,3 5 3 0,9 200 120 9 1,75 250 180 10,0 2,0 200 120 9 2,0 200 120 9 1,5 200 120 9 2,0 200 120 9 1,75 200 120 9 2,0 Замежні значення 10 3,5 Після обробки поверхня темна, залишаються плями ржі 2,5 Після обробки поверхня світла, очищена, неоднорідна (сильно розтравлена) 40 6 1,25 1,5 Після обробки поверхня повністю очищена, однорідна, світла Після обробки поверхня повністю очищена, однорідна, світла Після обробки поверхня повністю очищена, однорідна, світла Після обробки поверхня повністю очищена, однорідна, світла Після обробки поверхня повністю очищена, однорідна, світла 0,95 150 5 Після обробки поверхня повністю очищена, однорідна, світла Після обробки поверхня повністю очищена, однорідна, світла 280 200 12 2,5 По складу [2] 11 Хлоридна кислота (d=1,19г/см 3); Нітратна кислота (d=1,34г/см 3); Бензолсульфокислота; Хлористий мочевинокарбометилентрифенілфосфоній 200 100 10 2,0 7 1 0,55 Після обробки поверхня повністю очищена, однорідна, світла Аналогічно прикладам конкретного виконання були виготовлені склади розчинів для травлення вуглецевих сталей, що містили інгредієнти як в діапазонах концентрацій, що заявляються, так і при більших та менших значеннях. Дані обробки контрольних зразків отриманими розчинами наведені в таблиці (приклади 1-10). Як випливає із представлених даних розчин, що заявляється, характеризується високою стабільністю (розчин зберігає експлуатаційні характеристики впродовж 2,5-3,0 місяців). При застосуванні даного складу досягається висока якість обробки поверхні зразків при незначній швидкості розчинення основного металу (таблиця, приклади 1-8). При використанні розчину для травлення, що містить компоненти в кількостях, нижче запропонованих, не досягається необхідної якості обробки поверхні зразка, навіть при збільшенні часу обробки. Поверхня темна, залишаються плями ржі (таблиця, приклад 9). При використанні розчину для травлення, що містить компоненти в кількостях, вище запропонованих, понижується стабільність розчину (термін зберігання не перевищує 1,5 місяці), відбувається збільшення швидкості розчинення основного металу, поверхня зразків неоднорідна і сильно розтравлена (таблиця, приклад 10). Переваги запропонованого розчину для травлення вуглецевих сталей в порівнянні з відомим складом (таблиця, приклад. 11) полягають в наступному: - запропонований склад характеризується підвищеною стабільністю, що виражається в збільшенні терміну його зберігання 2,5-3 рази; - використання розчину, що заявляється, забезпечує якісну очистку поверхні при проведенні технологічних операцій в промислових масштабах за рахунок використання широко розповсюджених компонентів і високих експлуатаційних характеристик; - достоїнством запропонованого складу є значне зменшення газовиділення при проведенні процесу травлення, що призводить до покращення умов праці, запобігає насиченню металу виробу воднем.