oorspronkelijk: bijtsen, het behandelen van oppervlakken met bijtende chemische middelen waardoor kleur of structuur wordt gewijzigd. Deze oorspronkelijke betekenis is geleidelijk uitgebreid met de betekenissen kleuren van hout met kleuroplossingen, verwijderen van roest, gloeihuid en walshuid bij staal of oxidehuid van andere metalen en legeringen, en voorbehandeling van textielvezels en microscopische preparaten met stoffen die kleurstof beter doen hechten.
In de houtbewerking verandert bij beitsen (Fr.: mordancer (chemische inwerking), appliquer me teinture (het kleuren); Du.: beizen-, Eng.: to stain) de kleur van het hout met behoud van de natuurlijke tekening. De houtbeitsen worden meestal benoemd naar hun oplosmiddel. Waterbeitsen zijn zowel chemische beitsen (die het hout kleuren door een chemische reactie) als kleurstofoplossingen (bijv. oplossingen van kaliumpermanganaat en kopersulfaat). Spiritusbeitsen zijn kleurstoffen, opgelost in spiritus, naftabeitsen in solventnafta. Wasbeitsen bezitten een wasbasis (opgeloste was). Wasemulsiebeitsen die veelal ammonia bevatten, behoren eveneens tot de waterbeitsen. Lakbeitsen zijn opgelost in verdunde vernis; deze laten tevens een dun laagje vernis achter. De gebruikte kleurstoffen zijn veelal teerkleurstoffen die vrij goed lichtvast zijn.
Onder de naam beits zijn ook produkten in de handel gebracht die een zeker gehalte conserveringsmiddel bevatten, zodat deze beitsen niet alleen een kleurende, maar ook een conserverende werking bezitten. Daar hun beschermende werking echter nog beperkt was, zijn later ook produkten op de markt gebracht met verhoogd gehalte bindmiddel en pigment, zodat deze, in tegenstelling tot de oorspronkelijke beitsen, een laag op het oppervlak vormen, die soms zelfs geheel dekkend is (dekkende beitsen). Deze produkten verschillen nauwelijks meer van gewone verven en moeten dus (NEN 941) niet onder het begrip beits worden gerekend.
In de metaalindustrie is beitsen (Fr.: décaper; Du.: beizen; Eng.: to pickle), een chemische of elektrochemische behandeling om een oxidehuid, ontstaan door bijv. warm walsen of gloeien, een roestlaag of verontreiniging te verwijderen, zodat een gelijkmatig schoon metaaloppervlak ontstaat dat geschikt is voor verdere bewerkingen (bijv. koud walsen, trekken) of oppervlaktebehandelingen (bijv. opspuiten, galvaniseren, metalliseren, lakken, verven, lijmen, coaten enz.); eveneens is het mogelijk met beitsen het metaal te matteren of op te ruwen. In het algemeen wordt ook het metaal zelf in meer of mindere mate aangetast. Volgens deze indeling (Nederland, Engeland) staat beitsen tegenover reinigen (waarbij het metaaloppervlak niet wordt aangetast); in de Duitse literatuur beschouwt men beitsen als onderdeel van reinigingsbewerkingen.
Wanneer het verwijderen van corrosieprodukten en oxidelagen het hoofddoel van de bewerking is, gebruikt men veelal beitsremmen (spaarbeitsen of inhibitoren) om aantasting van het metaal zo veel mogelijk te beperken. Deze aantasting is een elektrochemisch proces en wordt door beitsremmen geblokkeerd.
Vooraf ontvetten van het te beitsen materiaal bevordert een gelijkmatige inwerking van het beitsmiddel. Soms voegt men oppervlakactieve stoffen aan de beitsmiddelen toe waardoor deze een ontvettend karakter krijgen (beitsontvetters). Achtergebleven beitsmiddelen zijn als regel agressief, zodat men na het beitsen goed moet spoelen en eventueel neutraliseerbaden moet gebruiken om de beitsmiddelen te verwijderen, resp. onschadelijk te maken. Uit milieutechnische overwegingen past men bijv. voor de voorbehandeling van constructiestaal in plaats van beitsen thans overwegend stralen (korrelstralen) toe.
Beitsmiddelen zijn meestal vloeistoffen zoals zuren; beitsen vindt plaats door het te behandelen metaal erin onder te dompelen, soms door opspuiten van de beitsmiddelen. Beitspasta’s bestaan uit mengsels van beitszuren met een inert materiaal zoals kiezelgoer, waardoor een pap ontstaat waarvan een tamelijk dikke laag op het te behandelen metaaloppervlak wordt gebracht. Men laat het produkt inwerken; daarna wordt het verwijderd met behulp van borstels en water, of na indrogen alleen met een droge borstel. Deze methode vindt toepassing bij o.a. zeer grote werkstukken.
Beitsinstallaties kan men verdelen in drie groepen: dompelbeitsbaden, beitstrommels en de continue beitsinstallaties. Dompelbeitsbaden dienen voor het beitsen van platen, draadbundels en grote stukken, en zijn bestand tegen chemisch materiaal; de constructie moet voldoende sterk zijn om de soms zware belastingen van het beitszuur plus de te behandelen werkstukken te verdragen (o.a. extra bescherming van de bodem). Veelal zijn dompelbeitsbaden van een afzuiginrichting voorzien en soms ook van verwarmingsspiralen.
Beitstrommels dienen voor het behandelen van kleinere voorwerpen in grote aantallen tegelijk. Men onderscheidt dompeltrommels, kloktrommels en roltrommels; de laatste maken het mogelijk van de ene trommel in de andere over te gaan en zo verschillende fasen in het proces (voorbeitsen, glansbeitsen, spoelen en passiveren) achtereenvolgens uit te voeren.
Continue beitsinstallaties dienen voor het beitsen van band, draad en gaas en zijn bedoeld voor een zeer grote produktie; zo wordt bijv. in een torenbeitsinstallatie staalband continu en met grote snelheid met heet zoutzuur gebeitst waarbij het verbruikte zuur eveneens in een continu proces wordt teruggewonnen en opnieuw gebruikt.
Beitsen van staal wordt voornamelijk uitgevoerd in zwavelzuur, zoutzuur en fosforzuur, soms ook in sulfaminezuur of diverse zuurmengsels, met bepaalde toevoegingen om de beitswerking te bevorderen of meer selectief te maken.
Roest bestaat meestal uit ijzerhydroxide. Een wals- of gloeihuid bestaat uit verschillende lagen; vanaf het ijzeroppervlak gerekend: ijzer(n)oxide (FeO), magnetiet (Fe3O4) en ijzer(m)oxide (Fe2O3). De buitenste twee lagen zijn slechts traag in zwavelzuur oplosbaar, FeO lost sneller op en daar het zuur door krimpscheuren in de niet geheel dichte walshuid penetreert worden de buitenste twee lagen in feite afgestoten. Zodra het metaal zelf wordt aangetast vindt waterstofontwikkeling plaats, die het loslaten van de walshuid verder bevordert, echter onder verlies van metaal. Bovendien is waterstof ongewenst in staal; het kan beitsbrosheid (eigenlijk waterstofbrosheid) veroorzaken; de aantasting wordt tegengegaan door de toevoeging van beitsremmen.
Bij het beitsen van staal in zoutzuur wordt vooral roest snel verwijderd en het zuur blijft ook na gebruik behoorlijk actief. De gevormde ijzerchloriden zijn goed oplosbaar, goed afspoelbaar en kunnen eventueel werken als vloeimiddel bij thermisch verzinken en emailleren. De installatie is goedkoop, daar meestal geen verwarming wordt vereist.
Een nadeel van zoutzuur is de vluchtigheid. De agressieve dampen veroorzaken corrosie aan installaties en gebouwen; dientengevolge is het nodig in goed gesloten of goed afgezogen ruimten of in geheel gesloten installaties te werken. Door de zeer grote reactiviteit van het gebeitste metaal kan gemakkelijk vliegroest ontstaan, soms reeds na enige minuten, zodat goed naspoelen en eventueel neutraliseren een vereiste is.
Zwavelzuur verspreidt minder dampen en is het goedkoopste van de drie zuren; de noodzaak tot verwarming tot ca. 50 °C, omdat anders de beitstijd te lang duurt, maakt de methode duurder. Omdat zwavelzuur niet vluchtig is, treedt weinig corrosie in de omgeving van het beitsbad op. Zwavelzuur verwijdert vooral walshuid op effectieve wijze en de opgeloste ijzerzouten bevorderen tot een bepaalde concentratie de goede beitswerking.
De gevormde ijzersulfaten kunnen indien bij hoge temperatuur wordt gebeitst, vóór de spoelbewerking op het metaal indrogen waarna zij nog maar moeilijk afspoelbaar zijn. Resten ijzersulfaat onder een verfsysteem leiden tot blaarvorming, roestpukkels en onderroest. Waterstofontwikkeling bij het verwijderen van walshuid in zwavelzuur is essentieel om de walshuidschilfers los te drukken; het gevaar van beitsbrosheid bij deze methode is daarom groot.
Fosforzuur is het minst gevaarlijke van de drie beitszuren; het ontwikkelt geen schadelijke of agressieve dampen, er bestaat weinig gevaar voor beitsbrosheid en achtergebleven zuurresten geven geen roestvorming, doordat zij het metaaloppervlak passiveren. Bovendien kan de intensieve spoelbehandeling, die na de behandeling in zoutzuur en zwavelzuur beslist noodzakelijk is, eventueel eenvoudiger blijven, omdat ijzerfosfaat een beschermende laag geeft die roesten van het blank gebeitste metaal tegenhoudt. Een nadeel is dat fosforzuur het duurste van de drie zuren is en dat het bovendien maar de helft van het ijzergehalte van zwavelzuur of zoutzuur kan bevatten. Bij grotere installaties is regeneratie van het fosforzuur met behulp van een ionenwisselaar economisch voordelig.
Nabeitsen geschiedt door onderdompeling in heet, verdund (2%) fosforzuur, meestal toegepast na het beitsen in fosforzuur. Het is een passiveerbewerking waardoor het optreden van vliegroest wordt voorkomen (soms ten onrechte fosfateren genoemd). Het beitsen met mengzuren, bijv. door toevoeging van fluorwaterstofzuur, is nodig als de roest slecht oplosbaar is.
Elektrolytische beitsprocessen vinden ook toepassing. De beitsintensiteit kan door de stroomdichtheid worden geregeld.
Een geheel andere werkwijze is het beitsen van metaal in gesmolten zouten, voornamelijk natriumnitraat waaraan natriumhydride is toegevoegd, en natriumhydroxide. De roest of oxidehuid wordt opgelost, door natriumnitraat geoxideerd, of gereduceerd door natriumhydride (NaH), dat wordt samengesmolten met loog (NaOH bij een beitstemperatuur van 400...500 °C). Het produkt wordt vervolgens afgeschrikt in water, waarna de zoutresten worden weggespoeld. Er vindt geen aantasting van het metaal plaats; het natriumhydrideproces is dus eigenlijk geen beitsproces. De methode vindt vooral toepassing voor het beitsen van draad of van gelegeerd staal.
Gasbeitsen is een bewerking waarbij het materiaal bij hoge temperatuur door achtereenvolgens een oxiderende en een reducerende gasatmosfeer wordt geleid waardoor verpoedering en vervolgens reductie van de oxidelaag optreedt. Gasbeitsen vindt toepassing als voorbehandeling voor het continu thermisch verzinken van staal.
Austenitisch roestvast staal beitst men in ruwe toestand met koud verdund zoutzuur, warm verdund zwavelzuur of mengsels van zoutzuur en salpeterzuur. Voor het fijnbeitsen, bijv. na uitvoering van lasbewerkingen, gebruikt men als regel mengsels van salpeterzuur en fluorwaterstofzuur (of het minder giftige ammoniumbifluoride). Het is gebruikelijk roestvast staal na het beitsen te passiveren.
Beitsen van koper en koperlegeringen.
Hierbij maakt men onderscheid tussen voorbeitsen, meestal uitgevoerd in salpeterzuur of salpeterzuur-zwavelzuur, en glansbeitsen. Hoe hoger het zwavelzuurgehalte van de voorbeits, hoe langzamer de werking. Glansbeitsen zijn meestal ook samengesteld op salpeterzuurbasis met toevoegingen van zwavelzuur, zoutzuur of natriumchloride en soms glansroet. Evenals voorbeitsen duurt ook glansbeitsen kort (enkele seconden). De ontstane nitreuze dampen vereisen zorgvuldige afzuiging. Ook zijn voor koper o.a. bekend matbeitsen op basis van chroomzuur of dichromaat-zwavelzuur.
Beitsen van aluminium.
Het voornaamste middel is natronloog (natriumhydroxide) in concentraties van 5...20%. Doordat aluminium een amfoteer metaal is, wordt het niet alleen aangetast door zuren maar ook door loog. In korte tijd wordt hierbij veel materiaal verwijderd. Legeringsbestanddelen in aluminium die niet amfoteer zijn, bijv. zware metalen als koper, blijven als een zwarte of grijze film op het oppervlak achter en worden verwijderd door een nabehandeling in salpeterzuur of, in het geval van silicium, in salpeterzuur-fluorwaterstofzuur.
Andere beitsmiddelen voor aluminium zijn gebaseerd op fosforzuur, salpeterzuur-fluorwaterstofzuur en chroomzuur-zwavelzuur. Egaliserend beitsen, dat vooral op aluminium op grote schaal wordt toegepast, dient voor het langs chemische weg verwijderen van zoveel materiaal dat een strak oppervlak in een zijdeglansstructuur achterblijft. Dit proces vindt veel toepassing als voorbehandeling voor het anodiseren van aluminium dat bestemd is voor de architectuur. Duurdere slijp- en borstelbewerkingen kunnen hierdoor vervallen.
Beitsen van zink en magnesium.
Hiervoor gebruikt men meestal verdunde zuren omdat deze metalen zeer reactief zijn; veel toegepast bij de vervaardiging van clichés.
Beitsen van poreuze materialen.
Bijzondere problemen treden op bij het beitsen van poreuze materialen, zoals gietijzer; deze kunnen door een elektrolytische beitsbewerking in verdund zwavelzuur grotendeels worden opgeheven.
Beitsen van stoomketels is het reinigen met zuren, meestal zoutzuur in een
5.. .10-%-oplossing, maar ook zwavelzuur, van het inwendige van de gehele ketels, trommels, kasten en pijpen; dit met het oogmerk het inwendige van roest en walshuid te ontdoen. Deze lagen zijn altijd aanwezig in nieuwe ketels en kunnen de watercirculatie belemmeren. Aan het zuur worden beitsreinstoffen of beitsremstoffen toegevoegd teneinde het metaal zelf niet aan te tasten; om dit te bereiken wordt ook wel citroenzuur gebruikt. De beitsvloeistof wordt gebruikt bij temperaturen van 20...100 °C, bereikt door de ketel voorzichtig te stoken; bij grotere ketels wordt de vloeistof rondgepompt om iedere pijp te bereiken en het verwijderen van de gebruikte beitsvloeistof met verontreinigingen te vergemakkelijken. Na het beitsen dient de ketel zo snel mogelijk in bedrijf te worden genomen om nieuwe roestvorming te vermijden. Om deze reden wordt ook wel tot het passiveren van het inwendige van belangrijke en grote ketels overgegaan. Ook het ‘uitkoken’ van nieuwe ketels wordt wel onder het beitsen gerangschikt, aangezien een alkalische oplossing als trinatriumfosfaat (Na3PO4) (300...500 mg P2O5 per liter) wordt gebruikt. Bij verschillende drukken en bijbehorende temperaturen wordt gekookt, waarbij aanhechtend vuil afspringt, loskomt en naderhand door aflaten wordt verwijderd. Het fosfaat heeft bovendien een passiverende werking.