Технологический процесс, применяемый для травления алюминиевой фольги для последующего использования в электролитических конденсаторах, является узко специализированной техникой, позволяющий максимальное практическое увеличение площади поверхности, так как емкость конечного продукта прямо пропорциональна площади поверхности. Данное значение может быть увеличено в 7-10 раз или даже значительно больше при использовании элементов с низким напряжением, поэтому  необходимо обращать внимание на такие факторы, как уменьшение размера, веса и стоимости.

Традиционным травильным средством является разбавленная горячая соляная кислота, которая может достаточно эффективно использоваться для алюминия с  содержанием примесей  99.8%. Однако процесс травления более нового алюминия, имеющего чистоту 99.99%, имел малую скорость протекания и тяжело поддавался контролю. Тем не менее, в Германии на протяжении многих лет использовалось химическое травление с помощью 2-х или более ванн, которые применялись в порядке понижения агрессивности воздействия. Типичным составом подобной ванны является: HCl 400 мл, HNO3 100 мл, FeCl3 100г, вода 1 литр, которые использовались при 30ºС на протяжении 2 минут.

Практическим универсальным методом, используемым в настоящее время, является использование электролита из водного хлорида натрия и травильного средства под действием постоянного тока, в  непрерывном процессе  с использованием 1-25% хлорида натрия 20-110ºС. Фольга конденсатора имеет толщину 80-100 микрон, при этом в процессе травления может удаляться порядка 30% от веса фольги, при большей толщине фольги может применяться 4.300 кулон/дм2 или плотность тока 24 А/ дм2 на протяжении 3 минут. Целью травления является получение очень грубой поверхности с наложенной более мелкой кубической поверхностью. Это так же важно для получения однородного травления всей поверхности без пассивных областей, которые весьма характерны для высокочистой фольги. Подходящая для травления структура может быть получена путем нагревания фольги на протяжении нескольких часов при температуре 450-600ºС, считается, что данная процедура помогает сориентировать плоскости (100) и (110) параллельно к прокатанной поверхности. Для коммерческого алюминия малый размер зерен и тщательное распределение составляющих элементов может увеличить емкость на 15-20%, а присутствие мелкого осадка может привести к дальнейшему увеличению этого значения. Рабочие Сумитомо  предоставили описание преимуществ использования 5 промилей вольфрама в высокочистой фольге, а Шова Алюминиум  предложили использование фольги, содержащей 50-500 промилей магния. Для данного сплава предлагается использовать двухступенчатый процесс, на первом этапе применяется электролит 3-10% HCl и 10-40% (вес)H2SO4 при температуре 70-90ºС с плотностью тока 10-40 А/дм2. После этого следует обработка в следующей ванне, которая содержит 3-10% HCl при 70-95ºС и 0-10 А/дм2.

Несмотря на то, что наиболее равномерное травление может быть получено путем воздействия постоянным током, однако использование контролируемых колебаний так же может помочь увеличить площадь поверхности, при этом наиболее эффективно использование пульсирующего высокоплотного тока, открытого Томасом в результате применения последовательных конденсирующих разрядов. Область может быть значительно увеличена путем увеличения плотности тока в процессе обработки.. Позднее Матцушита Електрик использовала прерываемые циклы переменного тока  и подачу электрического тока со смещением, а другие японские рабочие настаивали на преимуществах использования двух полуволн, имеющих различную форму, амплитуду и период использования, которые применяются  с паузами.

При некоторых типах анодного травления весьма важным является применение хлорида, т.е изменение состава с помощью добавок к основному типу. Они включают в себя 25% хлорид натрия с 5% сульфата натрия при температуре 95ºС, или с бисульфатом натрия, или тиосульфатом натрия; 1% хлорида натрия с 1.6% хромового ангидрида при температуре 50ºС; хлорид натрия с сульфатом аммония; и хлорид натрия с винной кислотой или тартратами или борной кислотой. Японскими рабочими было предложено использование электролитов с соляной кислотой и азотной кислотой, содержащими хромовую кислоту, лимонную кислоту и ацетат аммония  или фосфорную кислоту и серную кислоту. Праг Електрик, которые являются владельцами множества патентов в данной области предложили использование 1.4 - 2.3 моля на литр анодирующей кислоты, 1.1-1.7 моля на литр HCL и 10-2000 мг/л ионов переходных металлов.

Преимущества большинства из этих добавок были изучены российскими рабочими, которые пришили к выводу, что добавление кислот, которые не растворяют анодное покрытие, типа борной кислоты, не приводят к увеличению удельной емкости. С другой стороны добавление кислот типа серной, щавелевой и винной или их солей улучшает характеристики травления. Так же они установили, что добавление солей кобальта или никеля к травильному электролиту помигает значительно ускорить процесс травления и увеличить удельную емкость. Многие рабочие описывают "туннельное травление", которое является наиболее желательным при высокой емкости. Как правило, диаметр равен 1-2 микрона, а длина - 10-100 микрон, при этом формирование происходит достаточно быстро, при параллельном медленном и более поддающемся контролю расширении туннеля. Японский патент включает в себя двухступенчатую обработку, с помощью которой можно производить туннельное травление данного типа, сначала туннелей, которые производились путем обработки прямым током в электролите HCl-HNO3-H3PO4, а затем обработкой с помощью переменного токов том же электролите, что приводит к травлению боковых стенок этих туннелей. Туннельное травление приобрело еще большее значение, а Олвит и др. приводят детальное описание данного процесса. Они выяснили, что анодное растворение алюминия в горячем растворе электролита помогает получить высокоплотные травильные туннели, которые распространяются на 100 направлений. Туннели выделяются из кубических травильных ямок, когда происходит пассивация всех кроме одной поверхностей стенки ямки. После этого растворение происходит на одной активной поверхности со скоростью, которая изначально может составлять 20 А/см2. Туннели имею квадратное поперечное сечение со стороной порядка 1 микрона и соотношением геометрических размеров порядка 1:100. Рост туннеля можно считать одной из уникальных форм ямочной коррозии, где растворение и пассивация происходят одновременно,  при установившемся балансе между двумя процессами. Эффект в электролите из соляной кислоты/хлорида алюминия изучался российскими рабочими, а Сумитомо доказал важность фактора используемой плотности тока.

Наиболее часто используемым средством для  травления алюминия является водный раствор едкого натра с или без добавок. Он используется для общей очистки в тех случаях, когда необходимо произвести удаление оксида, смазки или субповерхностного детрита с большей продолжительностью травления для получения глянцевого или матового покрытия. Это используется при производстве именных табличек или декоративных архитектурных элементов, для глубокой гравировки или химического травления. Данный метод травления является достаточно дешевым, однако он в то же время может стать слишком сложным для исполнения.

Растворы для декоративного травления могут содержать от 4-10% и более едкого натра, рабочая температура будет составлять 40-90ºС, при этом может так же возникнуть необходимость в использовании увлажняющего средства для рассеяния смазки и для получения легкого пенного покрытия, а так же в использовании других добавок. Нормальная рабочая температура для очистки и декоративной обработки составляет 60ºС. На рисунке дана скорость удаления металла при различной концентрации и температуре при 5-минутном травлении 99.5% листового алюминия. Эти кривые применимы для свежеприготовленного раствору, при этом меньшие значения относятся к периоду после погружения алюминия в раствор. Сприндж и Швал опубликовали данные касающиеся скорости травления листового алюминия, имеющего чистоту 99.5% и экструзии 6063 в растворах едкого натра с концентрацией 10, 15, 20% при температуре от 40 до 70ºС. Чатерджи и Томас так же провели подробно исследование травления едким натром экструзии 6063 и листов 5005, 3013.

Скорость травления 99.5% алюминия в едком натре.

Алюминий растворяется в едком натре с выделением водорода и формированием составного алюмината, который существует только в щелочном растворе. Происходящая в этом случае реакция может быть записана двумя способами:

Количество свободного едкого натра уменьшается по мере протекания реакции, вместе с этим уменьшается и скорость травления, электрическая проводимость уменьшается, а вязкость растет. Если к ванне вообще не добавляется едкий натр, то реакция протекает очень медленно, однако, в конечном счете, чистый или коричневатый раствор приобретает молочно-белую окраску,  начиная с этого момента скорость травления снова начинает возрастать, и растет до значения, немного меньшего, чем начальная скорость травления. Наблюдаемую на этой стадии реакция можно записать следующим образом:

Формируемый гидрат окиси алюминия или Гибсайт имеет форму суспензии, при этом в ходе реакции так же происходит выделение едкого натра, столь необходимого для продолжения травления.

Ионная структура алюмината в растворах, имеющих высокий уровень рН является достаточно сложных вопросом, к счастью оператора эта проблема фактически не касается. Муленар, Эванс и МакКивер провели исследование инфракрасного спектра и спектра комбинационного рассеяния для растворов алюмината натрия в воде и оксиде дейтерия (тяжелая вода), так же они изучали спектр ядерного резонанса для  Na и Al. Для  концентрации алюминия ниже 1.5М они вывели 4 вибрационные зоны, две из которых были инфракрасно активными при 950 и 725 см-1, а так же 3 зоны комбинационного рассеяния, активные при 725, 625 и 325 см-1. Для алюминия так же существовала тонкая резонансная линия. Все эти факты достаточно легко соотнести с существованием тетраэдрального Al(OH)4-, который является основным носителем алюминия в растворе.

При превышении концентрации алюминия 1.5М, новая вибрационная зона появляется при 900 см-1 для инфракрасной зоны и зоны комбинационного рассеяния при 705 и 540 см-1, в то время как зона ядерного резонанса для алюминия будет значительно расширена без смены положения. Все эти наблюдения можно объяснить с точки зрения конденсации Al(OH)4-, с увеличением концентрации и формированием Al2O(OH)62-, причем в растворах 6М алюмината натрия эти две формы сосуществуют параллельно. Было установлено, что раствор едкого натра при его непрерывном использовании будет поглощать алюминий до тех пор, пока объем свободного едкого натра не  сократиться до приблизительно одной четверти от оригинального объема, после чего будет продолжаться травление свободным едким натром, колеблющимся приблизительно на том же уровне с амплитудой, которая зависит от температуры, интенсивности использования и периода паузы. Гидрат в этом случае медленно осядет или кристаллизуется на дне и по бокам резервуара с формированием очень твердого гидрата, который очень трудно поддается удалению, при этом он, к сожалению, стремится осесть на поверхности нагревательных катушек. Здесь мы наблюдаем третью реакцию, т.е. реакцию дегидрирования гидроксида алюминия с формированием окиси алюминия:

Природа данной трансформации показана на рис. 4-10, где различное количество алюминия растворяются в 5% (вес) растворе едкого натра, а измерения проводятся на свободном едком натре сразу после каждого его добавления, а так же по прошествии трех недель. Вплоть до 15 г/л алюминия остается полностью в растворе без изменений количества свободного едкого натра, однако как только начинается осаждение окиси алюминия, которое происходит незадолго до появления свободно различимого осадка, свободный едкий натр восстанавливается до 4%, т.е. до 80% его начального значения. При продолжительном использовании это значения для подобного раствора может колебаться в диапазоне от 1 до 1.5%, иногда возрастая до 2.5%, в случае простоя, длящегося несколько часов. Подобное же соотношение соответствует и для более высокой концентрации едкого натра, причем эти значения фактически не зависят от температуры.

Влияние растворенного алюминия на свободный едкий натр.

Другим важным влиянием алюминия является то, что при увеличении содержания алюминия скорость травления падает, причем достаточно явно, это отражено на рисунке. На практике это означает, что при необходимости поддержания постоянной скорости травления, необходимо увеличивать содержание свободного едкого натра по мере увеличения количества алюминия в ванне.

Итоговая реакция в таком случае будет происходить между алюминием и водой с выделением водорода и алюминия. В теории травление может таким образом продолжаться бесконечно, при этом потери едкого натра будут происходить только в результате уноса. Данный метод работы с травильным резервуаром действительно применим на практике, однако надо помнить о необходимости периодического  удаления твердого осадка гидрата. Согласно существующему на настоящий момент опыту при работе в подобном режиме срок службы резервуара может составлять до 2-х лет.  Фильтрация растворов едкого натра оказалась не столь успешной, из-за того, что очень мелкий осадок имеет тенденцию очень быстро забивать фильтр, однако в остальном никаких проблем, связанных с применением данной методики, выявлено не было.

Скорость травления в гидроксиде натрия 50 г/л, нитрате натрия 40 г/л при 60ºС в зависимости от концентрации алюминия.

Химический контроль раствора, применяемый перед выпадением осадка или в стабильном состоянии после выпадения осадка включает в себя определение общего количества натра и свободного едкого натра. Содержание последнего может быть вычислено с достаточной точностью для практического применения путем титрования  с соляной кислотой, которое производится до тех пор, пока фенолфтолеиновый индикатор не теряет свою окраску. В качестве альтернативы можно так же предложить потенциометрическое титрование. Для восполнения потерь в результате уноса достаточно лишь поддерживать общее содержание едкого натра на фиксированном уровне, так как контролировать колебания свободного едкого натра в растворе не представляется возможным. Для точного определения, при котором в расчет так же принимаются карбонат и растворенный алюминий, применяется более сложный метод расчета, который приводится в таблице.

Одной из наиболее часто встречающихся проблем, касающихся травления с помощью едкого натра, является тенденция вызвать питтинг или  «сжигание» части или всей детали, которое сопровождается увеличением скорости травления до 300%. Это обычно происходит в сильно загруженных растворах, которые используются настолько интенсивно, что не имеют возможности восстановления. В этом случае  гидрат кристаллизуется   на детали, что приводит к увеличению интенсивности локального травления, увеличению температуры и воздействию на границы зерен, которое обладает свойствами кислотного травления. Иногда достаточно тяжело избежать питтинга в растворах этого типа при попытке удаления анодной пленки. Если это происходит, то необходимо понизить температуру.

Таким образом, можно видеть, что, несмотря на кажущуюся простоту процесса травления, на практике может наблюдаться много конкурирующих реакций, которые необходимо осознавать для получения хорошего результата.  Основными факторами, ответственными за травление, являются содержание в растворе свободного едкого натра, наличие и количество добавок в ванне, температура раствора, а так же содержание алюминия в растворе. Влияние состава раствора уже обсуждалось ранее, однако температура раствора оказывает сильное влияние на скорость травления. Обычно данный фактор легко поддается контролю, однако на практике из-за экзотермической природы данной реакции часто возникает необходимость в охлаждении травильных ванн, особенно когда они находятся в непрерывном использовании. Большинство травильных ванн используются при температуре от 55 до 65ºС, так как при более высоких температурах может наблюдаться загрязнение в результате травления при переносе, особенно это касается листовых материалов.

Основным способом предотвращения или замедления осаждения окиси алюминия является использование комплексонов или хелатообразующих средств. Чаще всего для этой цели использовались тартраты или цитраты, однако с появлением глюконата натрия и гептоната натрия появилась возможность применять более эффективные средства для удержания алюминия в щелочном растворе.. С помощью относительно малого количества глюконата натрия можно полностью предотвратить формирование минерального гидрата. В данном случае количество свободного едкого натра, а так же интенсивность травления идут на спад, поэтому для продолжения работы необходимо постоянное добавление свежего едкого натра. Конечно, существует определенный предел добавок, так как раствор приобретает очень высокую концентрацию и становится чрезмерно активным, поэтому по достижении общего содержания едкого натра 250 г/л его приходится  выводить из процесса.

С целью задержки (но не полного предотвращения) осаждения окиси алюминия возможно добавление малых количеств глюконата, при этом получается мягкий плохо прилегающий осадок, который гораздо легче поддается удалению, чем минеральный гидрат. Если с удалением осадка не тянуть слишком долго, а выполнять его вовремя, то он осядет на дне резервуара и сформирует цементоподобный осадок, обладающий почти такими же связующими свойствами, что и при использовании простого раствора едкого натра. В последнее время широкое распространение так же приобрел сорбит, который представляет собой альтернативу глюконатам или гептонатам, так как действует достаточно эффективно при большом содержании алюминия.

Добавление комплексонов так же препятствует формированию видимой зерновой структуры на сплавах, содержащих тяжелые металлы, подобно тому, как это происходит при добавлении триэтаноламина и других подобных средств.

С появлением необходимости в поддержании постоянной скорости травления, которой можно добиться путем поддержания относительно постоянного содержания алюминия, изменился подход к так называемому «долговечному травлению». Этот метод основывается на том факте, что вязкость травильной ванны значительно повышается вместе с увеличением содержания алюминия в травильном средстве. С увеличение вязкости так же увеличивается и объем уноса алюминия, вплоть до точки равновесия 120 – 150 г/л, когда количество уносимого алюминия становится равным количеству алюминия, удаляемого с детали в процессе травления.  В теории на этом этапе можно продолжать неограниченное использование ванны, при условии поддержания должного уровня едкого натра в растворе. На практике подобного результата невозможно достичь, если не делать соответствующих добавок к травильному средству для решения проблемы накопления других примесей, особенно цинка. Присутствие только лишь нескольких промилей цинка в травильном растворе может привести к повреждению экструзий 6063, которое известно как «гальванизация» или «блеск». Данное явление является наиболее распространенным эффектом, возникающим в результате зернового травления. Его можно предотвратить с помощью таких добавок как сульфиды или хроматы. При добавлении персульфатов, хлоратов или пероксидов, или дитионатов были получены сходные результаты.

Использование подобных долгосрочных травильных растворов описывалось Смитом и Каролом, при этом они отмечали наличие, как преимуществ, так и  различных опасностей, связанных с использованием долгосрочных систем. К примеру, высокая вязкость раствора может привести к затруднению процесса промывки, так же в растворе рекомендуется использование соответствующих поверхностно-активных веществ. Это так же может привести к высокой скорости переноса свободного едкого натра, что в свою очередь может привести к увеличению стоимости химикатов и появлению проблем, связанных с удалением отходов. Высокое содержание алюминия так же означает, что раствору нельзя позволять остывать, даже когда он не используется (минимальная рекомендуемая температура составляет 50ºС), иначе он может выпасть в осадок или застыть. Тем не менее, подобные системы используются все чаще и чаще, особенно в установках для анодирования архитектурных элементов.

Долгосрочное травление на самом деле является системой непрерывной разгрузки, поэтому всякий раз при обработке детали происходит разгрузка количества алюминия, эквивалентного среднему количеству материала удаляемого с каждой загрузки, обрабатываемой в травильном растворе. Как правило, сброс происходит путем передачи в промывочное средство после травления, при этом продукты слива обрабатываются с целью удаления алюминия в системе обработки отходов воды для промывки. Чем больше количество алюминия, удаляемого с загрузки, тем больше будет объем твердого материала, который необходимо удалить и утилизировать в специальном месте.

Количество алюминия, удаляемого при каждом травлении, в основном определяется необходимостью получения равномерной обработки конечного продукта. В общем и целом, для получения одинакового уровня сглаживания экструзии из алюминия требуют более длительного травления, чем листовой алюминий. Это происходит вследствие того, что листовой алюминий имеет более грубую поверхность из-за наличия на поверхности линий разъема штампа. Уменьшение количества алюминия, удаляемого в травильном растворе, приводит к уменьшению потребности в обработке отходов, а так же стоимости удаления генерируемых им твердых частиц. Таким образом, можно утверждать, что любой травильный раствор или технология, которая обеспечивает получение удовлетворительного внешнего вида при малом объеме удаляемого металла имеет определенные преимущества, как с экологической, так и с экономической точек зрения. Несмотря на то, что при увеличении содержания алюминия происходит уменьшение скорости травления в растворе едкого натра, эффект сглаживания в этом случае напротив имеет тенденцию к улучшению  В травильных растворах с очень высоким содержанием алюминия (150 – 170 г/л), хорошее матовое покрытие может быть получено при удалении от 50 до 70 г/м2. При этом качество обработки соответствует качеству, получаемому при использовании травильного раствора, имеющего содержание алюминия от 120 до 130 г/л, где для получения такого же уровня матовости необходимо удалить от 100 до 120 г/см2. Подобное высокое содержание алюминия не является практичным при использовании обычного травильного средства, так как из-за вязкости травильного средства слишком большое количество раствора оказывается подверженным уносу, чтобы обеспечить желаемый уровень накопления алюминия. Компания Алметрон занимается продажей травильных сисетем, в которых используется статичная, послетравильная промывка в целях восполнения потерь при испарении в результате долгосрочного травления. Чистым результатом в данном случае будет накопление алюминия до уровней, которых невозможно получить при промывке с помощью обычной проточной воды после обработки травильным раствором. Для поддержания этого повышенного содержания в растворе может быть необходимым добавление гораздо большего количества комплексонов или других соответствующих добавок.

В таблице приводится потенциальное уменьшение потребления едкого натра и генерации твердого вещества на метр квадратный обрабатываемой алюминиевой поверхности для различных травильных систем.

Потребление NaOH и генерация сухого остатка для различных травильных систем

Расчеты, приведенные в таблице ,говорят о том, что использование долговечных травильных систем со статичной промывкой  является вполне оправданным, и, учитывая, что требуемое количество удаляемого металла составляет от 100 до 80 г/м2, здесь существует потенциальная возможность сэкономить. Согласно вышеприведенным данным при использовании подобной системы можно ожидать 25% уменьшения используемого едкого натра, а так же 20% уменьшения формируемого сухого остатка. Финансовые выгоды в данном случае будут зависеть от местных цен на едкий натрий на утилизацию твердых отходов, по сравнению с ценами на дополнительные добавки, необходимые для поддержания более высокого содержания алюминия в травильном средстве.

Глюконаты и другие подобные добавки  относятся к другой популярной группе травильных средств на основе едкого натра, которые ускоряются при помощи нитрата или нитрита натрия. В этом случае водород, который высвобождается в ходе первичной реакции алюминия с едким натром превращает ионы нитрита в аммоний:

Общая реакция, происходящая между алюминием и едким натром в присутствие нитрата выглядит следующим образом:

Химия и контроль этих растворов является несколько более сложным, однако  что в них привлекает, так это низкое потребление едкого натра, меньшая степень получаемого в результате флуоресцентного оттенка, меньшее разбрызгивание и тенденция к получению более матового травления. Реакция с нитратом является основой некоторых патентованных травильных средств, к ним могут быть так же добавлены такие хелатные добавки как глюконат натрия  и борогептонат натрия .

Блеск или гальванический эффект, проявившийся на подвергнутом травлению давленном профиле 6063. (х 150).

Фторид натрия так же может добавляться к едкому натру для получения более белого и более однородного травления. При использовании состава 5% едкого натра и 3 % фторида натрия можно получить хороший диапазон различных типов поверхности, от легкого травления до матового, похожего на стекло. Результат травления зависит от времени погружения и состава сплава.

Изменения экологического законодательства и общего отношения к необходимости восстановления ресурсов привело к необходимости создания методов для регенерации рабочих растворов, используемых в большинстве химических и электрохимических технологических процессов. Щелочное травление не является исключением, поэтому были созданы технологии, работающие по принципу процесса Байер, который был создан в Японии в конце 60-ых в начале 70-х, когда Фууджисаши  НЛМ разработали систему непрерывной переработки травильного средства.

Эти системы восстановления, хорошо описаны в соответствующих литературных источниках, они позволили создать технологический процесс непрерывного восстановления травильного средства с помощью специальной установки, в которой производилась фильтрация алюминия, осаждаемого в виде гидратной окиси алюминия, после чего рекуперированный NaOH возвращался в травильный резервуар.

Подобные системы дают хорошие результаты с простыми травильными растворами на основе едкого натра, при этом содержание алюминия в растворе поддерживается на постоянном, достаточно низком уровне. В данном процессе нельзя использовать травильные средства, содержащие связывающие соединения или другие формы ингибиторов для образования накипи. Загрязнение цинком, которое часто ассоциируется с долгосрочными системами, удаляется в процессе осаждения с помощью гидроксида алюминия. Полученная в результате травления обработка обладает меньшей степенью матовости, чем типичный европейский тип обработки. Необходимая для данного процесса установка является достаточно дорогой, имеет очень большой размер, большую производительность и является необходимой только в случае ее потенциальной окупаемости. Однако, учитывая  повсеместное ужесточение законодательства, касающегося утилизации промышленных отходов, а так же трудности, связанные с их транспортировкой, можно сказать, что в будущем использование подобных систем станет гораздо более популярным.

Системы восстановления травильного средства не удаляют полностью алюминий из очистных вод, однако благодаря относительно малой концентрации алюминия в травильном средстве, а так же его низкой вязкости, унос в этих очистных водах будет достаточно низким.

В качестве примера: в травильном растворе, содержащем 100 г/л свободного NaOH и 30 г/л Al3+, который используется с системой восстановления, для 100 г/м2 удаленного металла потребление NaOH будет составлять только 58 г/м2 по сравнению с 231 г/м2 для обычного долговечного раствора. Так же генерируемые твердые вещества будут составлять 139  г/м2 25% осадка на фильтре, по сравнению с 1156 г/м2 для долговечных травильных средств.

В добавок, системы восстановления производят 299 г/м2 побочного продукта восстановления кристаллической гидратной окиси алюминия, имеющей содержание твердого вещества 85%. Хотя этот побочный продукт может соответствовать требованиям по качеству для продажи, однако это не всегда так, и его ценность может быть разной в разных странах.

Все эти факты позволяют предположить, что системы восстановления натра являются будущим промышленности. Но для соответствия столь важному «Европейскому стандарту матовой обработки» необходимо сделать некоторые улучшения качества получаемой обработки.

Другое нововведение, направленное на уменьшение стоимости химикатов и утилизации отходов  было разработано в середине 90-х годов компанией Италтехно, которая представила метод высококачественной обработки экструзий, включающий в себя механическую обработку и короткое погружение в раствор едкого натра. Считалось, что с помощью данного метода, возможно получить Европейский стандарт матовой обработки при 75% экономии потребления едкого натра и сокращении количества подлежащих утилизации отходов. Стрази и Финесси предоставили данные, основанные на производстве 4000м2 материалов, которое говорят о возможном уменьшении общей стоимости на 56%. Здесь, однако необходимо учитывать значительную поправку на стоимость алюминия, который подлежит удалению с поверхности экструзий для получения необходимого качества обработки, которое осуществляется в результате 2-х технологических процессов. Без данной поправки экономия составила бы лишь 6%.

Маркуи предоставил отчет, который говорил, что данный процесс в первую очередь является дробеструйной очисткой с использованием стальных шариков. Предполагается, что срок окупаемости необходимого оборудования должен составить 2 года, однако данная цифра так же основывается на стоимости металла, удаляемого с поверхности при осуществлении соответствующей обработки. За исключением случаев, когда мы имеем дело с тонкостенным алюминием, изготовленным специально для данного типа обработки, оценить реальную экономию на затратах бывает весьма непросто.

Влияние добавок в растворе едкого натра на скорость травления и поведение алюминия является весьма непростой темой, в отношении которой до сих пор не имеется полноценных и подробных результатов исследований.  Относительно малое количество определенных составов, особенно это касается тяжелых металлов, может оказать значительное влияние на скорость травления, тяжелые металлы могут быть получены из содержащихся в алюминии примесей. В таблице описано влияние, которое оказывают некоторые составы на скорость травления 99.99% и 99.5 % алюминия в относительно свежих растворах, и после осаждения окиси алюминия. При этом степень влияния будет значительно больше для высокочистого алюминия по сравнению с алюминием малой чистоты, это особенно заметно в случае использования растворимых кобальтовых составов, где скорость травления возрастает примерно в 6 раз. Капэ провел исследование влияния значительного количества различных добавок  к раствору едкого натра с концентрацией 50 г/л при 60ºС и перечислил все относящиеся к данному процессу ускорители и замедлители. В своих более поздних работах он описал влияние других сложных соединений, имеющих различную скорость травления, формирование сажи и окалины,  таки образом продемонстрировал, как добавки могут и ускорять и замедлять протекание реакции травления по мере увеличения содержания алюминия

Влияние различных добавок на скорость травления в 2% растворе едкого натра при температуре 28ºС на протяжении 10 минут

Широко известно ингибирующее влияние, оказываемое хроматами и силикатами, однако не все знают, что при использовании малой концентрации  действие в щелочном растворе может быть усилено. Молибдаты и ванадаты так же оказывают двойное действие в зависимости от имеющегося количества.

К другим органическим ингибиторам, эффективным в плане ослабления воздействия алюминия в растворах гидроксида натрия, относятся (представлены по возрастанию эффективности) аравийский полимер, агар-агар, декстрин и клей.

Другие предложенные травильные растворы так же имели добавки кислоты иминодиацетильной группы;  тартрат калия-натрия с растворенным цинком; 1-4% крахмала и глюконатов карбоксиметила; гидроксид лития; продукты реакции оксида пропилена с алифатическими аминами или алифатическими полиспиртами; и глюконаты с этиленгликолем или этаноламином.

Влияние различных добавок к 50 г/л травильному раствору едкого натра при 60ºС в течение 5 минут с использованием сплава 3003.

*Растворы, которые в процессе травления имеют тенденцию к вспениванию

+ Материал не растворяется полностью

++ Масляный слой в растворе во время травления

Еще одним немаловажным применением щелочных и кислотных травильных средств является химическое профилирование или химическое фрезерование, которые в основном используются в самолетостроении. Данная технология была разработана в США, так же эти технологические процессы применялись в Британии. На практике это выглядит следующим образом: алюминиевая пластина подвергается очистке и раскислению, после чего к ней применяется соответствующая маска-шаблон. Шаблон травления помещается на нужную позицию, затем он выдавливается через маску, которая в свою очередь снимается с областей, которые подвергаются травлению. Обычная последовательность операций, используемых при химическом фрезеровании приведена на рисунке .

Нанесение маски и химическое фрезерование

Маски для щелочных ванн, которые часто используются при температуре порядка 90ºС (195ºF), необходимо подбирать с особой осторожностью. Для этой цели могут использоваться неопрен, акрилонитрил, стироловые эластомеры, хлоринированный или бутиловый полимер, поливинилхлорид, поливинилиденхлорид, полистирол и полиэтилен (политен), а так же ленты из свинца или полиэфира. Для некоторых из этих материалов могут использоваться методы глянцевания и нанесения покрытия методом полива, а на неопрен покрытие можно наносить методом напыления. Тепловая обработка имеет большое значение только лишь для бутилового полимера.

В процессе химического фрезерования так же могут использоваться и более сложные маски, например, составы, описанные Херманом, которые содержат:

Так же существует опыт использования светочувствительных масок, которые было предложено подвергнуть гальванической обработке с никелем и медью.

Первым простейшим раствором для химического фрезерования является простой раствор с едким натром, который обычно используется с концентрацией 100-150 г/л (16-24 унции/галлон) гидроксида натрия, а при температуре (70-90ºС)  количество удаляемого металла обычно составляет от 12 до 37 микрон в минуту (0.5 – 1.5 мил), в том случае, если температурный режим тщательно поддерживается. В США так же использовались несколько более разбавленные растворы, содержащие  75-105 г/л (12-16.8 унций/галлон) гидроксида натрия, причем с почти теми же параметрами температуры; так же в качестве добавок для улучшения качества получаемой обработки могут выступать увлажняющие средства, секвестранты или неорганические соли. Часто в растворы добавляется около 6 г/л алюминиевых отходов.

Ванна сливается, как правило, при достижении концентрации алюминия порядка 30 г/л (около 5 унций/ галлон). При осуществлении химического фрезерования высокопрочного металла, находящиеся в них медь и цинк могут вызвать появления неровностей на поверхности путем повторного осаждения. Это можно контролировать с помощью добавления цианида натрия или осаждения этих металлов из растворов в форме сульфидов. Последний эффект достигается путем добавления к раствору сульфида натрия или элементарной серы. Содержащий подобные добавки раствор изготавливается из 110 г/л (1.1 фунт/галлон) смеси, в состав которой входит 86% NaOH и 3% NA2S вместе с органическими увлажняющими и восстанавливающими средствами. Подобный раствор может быть регенерирован путем добавления той же самой смеси до тех пор, пока содержание алюминия не достигнет 75 – 85 г/л (12 – 14 унций/галлон).

В качестве альтернативного способа предотвращения иммерсионного осаждения предлагается использование анодного алюминия, с применением достаточного тока для электролитического удаления 2% металла. Считается, что при использовании данного метода очень редко встречается брак.

Совсем недавно для этой же цели начали рекомендовать использование комплексантов и секвенсторов. В одном из патентов заявлено использование таких материалов как глюконат натрия, сорбитол, слизевая кислота и аравийский полимер, а так же другие целлюлозные материалы карбоксиметильной группы, желатин или агар, которые добавляются в едкий натри или цианид.

После щелочного химического фрезерования осуществляется промывка пластины, ее раскисление в разбавленной азотной кислоте, что так же помогает нейтрализовать всю оставшуюся щелочь, затем пластина повторно промывается и высушивается. Степень бокового травления под кромкой маски вычисляется согласно «фактору травления» (см. рисунок). Наилучшие результаты химической формовки чаще всего достигаются при использовании только тепловой обработки, чем при использовании только обработки раствором, при этом алюминиевая поверхность должна быть гладкой и не иметь трещин и отверстий.

r/R = фактор травления. В идеальном случае данный фактор равен 1.