Anorganische Säuren zum Beizen von Metallen 5 – Flusssäure „HF“

In der folgenden Beitragsreihe möchte ich einen kurzen Überblick über jene anorganischen Säuren geben, welche beim Beizen klassischerweise eingesetzt werden.

Flusssäure:

Flusssäure mit einer Molmasse von 20,0 g/mol hat in reiner Form einen Siedepunkt von 20°C (Riedel Anorganische Chemie 5.Auflage) und ist mit Wasser vollständig mischbar. Es ist somit eine farblose, ätzende leicht flüchtige Flüssigkeit mit stechendem Geruch. Die Handelsüblichen Konzentrationen liegen bei 50 bis 70 %(m/m) und neigen bei diesen Konzentrationen bereits zu starker Rauchbildung. Flusssäure ist überaus hygroskopisch und bildet mit Wasser bei 38,2 %(m/m) ein Azeotrop mit einem Siedepunkt von 112,2°C und einer Dichte von 1,14 t/m³.

Die Tabelle zeigt den Dichte- und Konzentrationszusammenhang sowie die Siedepunkte von Flusssäure. Die Angeführten Zahlen wurden aus dem Werk Beizen von Metallen, Dr. Ralf Rituper, Eugen G. Leuze Verlag Anhang 8a und 8b entnommen.

Flusssäure verhält sich wie eine einwertige Säure wobei sich zwischen den H3O+ und F- Ionen eine stabile Ionenpaarbindung ausbildet.

HF + H2O <-> [H3O+F-]<->H3O+ + F-

Durch dieses Verhalten kommt es zu einer Reduktion der freien Ionen und wässrige HF-Lösungen reagieren schwächer sauer als beispielsweise Salzsäure. Mit Ausnahme von Gold und Platin löst Flusssäure die meisten Metalle und Metalloxide. Es ergibt sich eine starke Temperatur und Konzentrationsabhängigkeit. Weiters ist für das Auflösen vieler Stoffe ebenso die Anwesenheit eines Oxidationsmittels erforderlich (Peroxide, Stickoxide, Chlor, Schwefelsäure,…).

Wie bei der Salzsäure sind die meisten Metalle beständig gegen wasserfreies HF. Ebenso erfolgt eine Passivierung der Oberfläche unter Wasserstoffbildung. Eisen ist bis zu einer HF Konzentration von 70 %(m/m) beständig und Platinmetalle, Silber, technischer Kohlenstoff sind sogar gegen verdünnte Flusssäure bei erhöhen Temperaturen beständig. Voraussetzung hierfür ist allerdings die Abwesenheit von Oxidationsmittel.

Die wichtigste Eigenschaft von Flusssäure ist das Vermögen Kieselsäure und deren Salze zu lösen. Sie eignet sich daher besonders zum Beizen von Sandguss. Im Gemisch mit verschiedenen oxidieren Stoffen wir HF zum Beizen legierter Stähle, Titan, Wolfram, Molybdän, Niob, Zirkon, Tantal und deren Legierungen Eingesetzt.

Datenquelle: Beizen von Metallen, Dr. Ralf Rituper, Eugen G. Leuze Verlag

Flusssäure ist ein starkes Kontaktgift und wird von der Haut resorbiert wodurch besonders schwerwiegende Verletzungen auftreten können.

Hier der Link zur GESTIS-Stoffdatenbank die detaillierte Informationen zur Flusssäure enthält.

Siehe auch die Blog-Beiträge zu weiteren anorganischen Säuren: Salzsäure; Schwefelsäure; Salpetersäure; Phosphorsäure