Травильные кислотные очистители

Вместо хромовых растворов для травления лёгкого травления можно добиться с помощью раствора азотной и плавиковой кислот. Этот процесс был исследован Булофом и Гардемом, которые с его помощью получали вязкий электролитической осадок никеля погружением в цинк.

Рекомендуемый этими учёными раствор по объёму состоит из:

Плавиковой кислоты (40%) – 10%

Азотной кислоты (плотность 1.42) – 10%

Воды – 80%

и может быть использован при комнатной температуре (20ºС) в пластиковых контейнерах. Обезжиренное перед травлением изделие следует погрузить в раствор на 2-5 минут. Подобный процесс, состоящий из двух этапов, когда алюминиевый сплав сначала погружается в раствор азотной и хромовой кислот, а затем в ванну с раствором азотной кислоты и гидродифторида аммония применяется в авиационной промышленности.

Очистная способность смешанных кислотных очистителей на основе гидроперекиси кислоты и/или перекиси водорода, используемых при температуре от 50 до 80ºС, увеличивалась при добавлении к ним поверхностно-активного вещества – оксида алкилдиметиламина. Эффективность любого фторида, содержащего очиститель, сильно зависит от содержания фторида в растворе. Пирен описал метод контроля уровня фторида, приспособленный для работы с системой автоматического освежения раствора.

Вследствие того, что экологи выступают против использования в промышленности очистителей, содержащих ионы хрома или фторидов, учёными был разработан ряд очистителей на основе кислот не содержащих хрома и фторидов. Они включают в себя водные кислотные очистители, чаще всего на основе фосфорной и серной кислот, с различными добавками. Танака предложил следующий раствор: 50 г/л фосфорной кислоты с добавлением 170 миллионных долей ионов железа (Fe3-) и 3 г/л окислителя в сочетании со средством для создания маски на основе ионов алюминия. Подходящими "маскирующими средствами" могут быть серная кислота, борная кислота, конденсированная фосфорная кислота, органофосфорные кислоты и фосфористая кислота.

Шимакура утверждает, что если к неорганическому кислотному раствору добавить ионы брома, ионы окислённого металла, ПАВ и, если это необходимо, окислитель, то получится водный кислотный очиститель с длительным сроком действия, который можно использовать при температурах ниже 60ºС. Похожий чистящий раствор, используемый при низких температурах и состоящий из неорганических кислот, ионов окислённого металла, ПАВ и многоатомных спиртов, предложил Икеда. Ни один из кислотных растворов, кроме тех, которые содержат плавиковую кислоту, не может эффективно воздействовать на сплавы с высоким содержанием кремния. В то время как кремний и кварц, полученные из Mg2Si и т.п., можно обрабатывать большинством приведённых выше растворов, поверхность сплавов, содержащих 10 и более процентов кремния, остаётся серой и требует специальной обработки. Для этого Буллоф и Гардам предлагают перед покрытием цинком сначала обрабатывать высококремнистые сплавы в течение 10 минут в обычном растворе HNO3/HF, после чего их следует ополоснуть и погрузить на 4 минуты в раствор, содержащий 98% азотной кислоты и 2% плавиковой кислоты. Для этой цели был преложен ещё один подобный раствор, содержащий азотную кислоту, 3-15% плавиковой кислоты, 0.5-2.5% ионов шестивалентного хрома, менее 25% воды и в необязательном порядке до 10% серной кислоты60. Сплавы, содержащие марганец, не требуют произведения последней операции, но всё же должны подвергаться нормальному травлению в течение 10 минут.

Время обработки зависит не только от состава сплава, но и от состояния поверхности. Если поверхности не требуется огрубление, будет достаточно 30-секундного погружения. Для получения микроскопического травления путем воздействия на кристаллографические плоскости, что помогает создать лучшую базу для дальнейшего нанесения покрытий, требуется немного больше времени. Последний метод из описанных выше позволил добиться сцепления никелевых покрытий практически равного пределу прочности на разрыв с коммерческим алюминием, равно как и со сплавами, содержащими магний, кремний, марганец и медь. Полный цикл обработки выглядел так: обезжиривающее травление, промывка, (погружение в кислоту), промывка, погружение в цинковокислый натрий, нанесение слоя меди или латуни, промывка, нанесение слоя никеля. Максимальное сцепление достигалось независимо от того, была ли поверхность гладкой или шероховатой, показывая  что производство грубой поверхности не дает никаких преимуществ при осуществлении электроосаждения с погружением в цинк.

Как мы увидим позже, растворы на основе азотной и плавиковой кислот также применяются для удаления травильного шлама с поверхностей алюминиевых сплавов после щелочной обработки.

Кислотные очистители всё чаще и чаще используются для очистки алюминия перед конверсионным покрытием и покраской на сплошных линиях (непрерывных линиях подготовки поверхности). Они основаны на смесях таких кислот, как серная и HF и используются иногда как низкотемпературные очистители. Амхем изучил множество сочетаний компонентов очистителей и подчеркивает приоритет такого очистителя, как серная кислота/HF. Также он подчеркивает, что весьма выгодным может быть добавление ПАВов на основе полиалкиленгликоля.

Растворы на основе фосфорной кислоты также используются для подготовки поверхностей к покрытию органическими веществами и образуют тонкую плёнку фосфата алюминия, которая придаёт устойчивость к коррозии и является хорошей основой для покраски. Низкотемпературный очиститель такого типа содержит 6-15 г/л серной кислоты, 3-22 г/л фосфорной кислоты и 0.1-7.5 г/л соответствующего ПАВа.

Для улучшения качества очистки в одном подобном процессе применяется смесь фосфорной кислоты и спиртов, которые действуют и как растворители жира, и как ПАВы и эмульгаторы. Типовая формула такого вещества выглядит так:

Ортофосфорная кислота (85%) – 10%

Бутиловый спирт – 40%

Изопропиловый спирт – 30%

Вода – 20%

Возможно применение и других запатентованных очистителей, похожих на приведённые выше. Рекомендуемые смеси включают в себя как фосфорную кислоту, так и монобутиловый эфир этиленгликоля и растворимую соль алкилированной нафталинтетрасульфокислоты в качестве ПАВа; щёлочь фторида металла и метафосфорную кислоту или гидроортофосфат аммония; и смеси растворимого гидросульфата и сульфата с добавлением гидрофосфат аммония и органический сульфонат. Раствор для обработки сплавов меди состоит из фосфорной кислоты, до 0.1% бензотриазола и ПАВ, хотя в литературе и был описан общий тип очистителя на основе фосфорной и азотной кислот с неионным ПАВом. Для хорошего сцепления органических покрытий предлагается чистящий раствор, содержащий гликолевый эфир, триэтиленгликоль дихлорид и от 1 до 30% нитрующей смеси.  Компания Боинг запатентовала способ обработки, основанный на анодировании фосфорной кислотой и предназначенный для очистки поверхности алюминия и замены естественной плёнки окисла алюминия на плёнку окисла, толщина и топография которой поддаются регулированию. Полученная в результате поверхность является хорошей основой для получения адгезионного сцепления.