用於不鏽鋼表面化學拋光的拋光液和方法
2023-06-09 14:06:46
專利名稱：用於不鏽鋼表面化學拋光的拋光液和方法
技術領域：
本發明涉及不鏽鋼表面化學拋光的拋光液組合物。
金屬表面的化學拋光是眾所周知的技術(Polissage electrolyti-que et chimique des metaux(金屬的電化學拋光)-W.J.Mc G.TEGART-Dunod-1960-p.122);其要點是用氧化浴液處理需拋光的金屬。奧氏體不鏽鋼的化學拋光，通常使用水溶液中含有鹽酸、磷酸和硝酸混合物的拋光液(美國專利2，662，814)。為了提高拋光品質，通常在這些拋光液中混入合適的添加劑，例如表面活性劑、粘度調整劑和光亮劑。因此，美國專利3，709，824中敘述了一種用於不鏽鋼表面化學拋光的拋光液組合物，它含有鹽酸、硝酸和磷酸混合物的水溶液，選自水溶性聚合物的粘度調節劑，表面活性劑和作為光亮劑的磺基水楊酸。
這些已知的拋光液具有極快地腐蝕金屬的特殊特徵。用這種拋光液處理不鏽鋼表面，一般必須不超過幾分鐘以防引起局部腐蝕的問題。常規拋光液的這種高速作用是有害的，因為它們不能用於某些用途，特別是不能用於鍋爐、高壓釜和結晶器之類的大尺寸容器內壁表面的拋光。由於充填和排空這類容器所需要的時間比化學拋光處理的最佳工作時間要長得多，因此實際上是不可能使內壁得到均勻的拋光，因為其中某些區域拋光不夠，而另一些區域被強烈腐蝕。已知化學拋光液的高速作用還使它難於控制拋光。
在專利文獻EP-B-19，964中(SOLVAY Cie)敘述了具有緩慢作用的拋光液，因此它避免了上述缺點。這些已知拋光液是鹽酸、硝酸和磷酸的混合物，磺基水楊酸、烷基吡啶鎓氯化物和甲基纖維素的水溶液。這些具有緩慢作用的拋光液是設計用於溫度至少40℃(一般在45-100℃之間)的操作。
本發明旨在提供操作溫度低於50℃時能使不鏽鋼表面得到緩慢和有效化學拋光的拋光液。
因此，本發明涉及用於不鏽鋼表面化學拋光的拋光液，是含有鹽酸、硝酸和磷酸的混合物，以及取代或未被取代的羥基苯甲酸和水溶性胺的水溶液。
在本發明之拋光液中，羥基苯甲酸起光亮劑作用。它可以是未被取代的，例如水楊酸，或者是取代的，例如磺基水楊酸。最好是水楊酸。
所用的胺可以選自伯胺、仲胺和叔胺。優選胺的分子含有10個以上的碳原子，例如最好是11-20個碳原子之間。分子中含有11-16個碳原子的伯烷基胺為最好。本發明之拋光液中可以含有胺的混合物。最佳胺含量取決於所選擇的胺的性質。一般是每升水溶液含胺為0.001-1g。
本發明之具體實施方案中，拋光浴水溶液除含有胺之外，還含有選自高氯酸和高氯酸的水溶性鹽的添加劑。該添加劑的最佳含量是每升水溶液為0.001-0.5mol。
本發明之拋光液的另一實施方案中，水溶液含有能分解亞硝酸的水溶性添加劑。該添加劑具有至少部分分解亞硝酸的作用，該亞硝酸是在不鏽鋼表面進行拋光時將拋光浴中釋放的亞鐵離子氧化的結果而形成。該添加劑最好選自尿素及其衍生物，例如硫脲和烷基脲，其最佳含量是每升水溶液含0.01-5g。按照本發明此實施方案之拋光液特別適合於處理接觸拋光液的表面與其體積之間的比例大於10m-1的物件。
本發明之拋光液最好是不含鐵氰化物和亞鐵氰化物離子，特別是當它不含高氯酸時，更應如此。
本發明拋光液中各組分的合適重量比例取決於經受拋光的不鏽鋼的品位和拋光條件，特別是經受拋光的鋼構件的外形，其體積，拋光浴的容積，其溫度以及它可不可以經受攪拌。因此，這個比例需要在實驗室中通過試驗對每一種具體情況進行測定。本發明適合於用鉻和用鎳合金化的奧氏體不鏽鋼在溫度為20-50℃進行拋光的拋光液實例中，含有(每升水溶液)·鹽酸 0.5-5mol(最好是1-3mol)，·硝酸 0.005-1mol(最好是0.05-0.5mol)，·磷酸 0.005-1mol(最好是0.01-0.5mol)，·取代或未取代的羥基苯甲酸 0.001-5g(使用未取代的羥基苯甲酸情況下，最好是0.005-0.3g)·胺0.001-1g(最好是0.005-0.300g)·選自高氯酸和水溶性高氯酸鹽類的添加劑 0-0.5mol(最好是0.001-0.2mol)，·能夠分解亞硝酸的添加劑 0-5g(最好是0.01-5g)，如果需要，本發明之拋光液還可含有用於金屬化學拋光的常規拋光液中一般存在的添加劑，例如表面活性劑、醇類和粘度調節劑。特別是它們可含有水溶性松香酸化合物，這是一種含有通式為
的松香基團或氫化松香或脫氫松香基團的化合物。
按照本發明，該松香酸化合物必須是水溶性的。
可以用於本發明拋光液的松香酸化合物是松香胺類。
特別值得推薦用於本發明拋光液的松香胺是具下列通式的那些，
其中-R1表示上述定義的松香、氫化松香或脫氫松香基團，-X1表示含有至少一個羰基的基團，-X2表示氫原子或含有至少一個羰基的基團。
適合於本發明拋光液的這類松香胺實例是其中X1和X2基團的至少其一是通式為-CH2-R2的那些，其中R2表示開鏈或環狀、取代或未取代、飽和或不飽和的、含有至少一個羰基的烷基基團。這些化合物中，最好是其中的-CH2-基通過攜帶至少一個氫原子的碳原子而與R2基團的羰基進行鍵接的那些。這類取代的松香胺及其製備方法已在英國專利文獻GB-A-734，665中敘述。可用於本發明拋光液的這類松香胺的實例是其中R2烷基團選自於丙酮基、2-氧代丁基、4-甲基-2-氧代-3-戊烯基、4-羥基-4-甲基-2-氧代戊基、2-氧代環戊基、4-羥基-2-氧代-3-戊烯基、2-氧代環己基、2，5-二氧代環己基以及2-戊基-2-氧代乙基。
本發明之拋光液還可含有商品名DEHYQUART(德國Henkel公司)的產品，它是一類表面活性劑，選自烷基吡啶鎓和季銨鹽，並含有取代或未取代的烷基、苯基或苄基。
本發明之拋光液適用於任何奧氏體不鏽鋼表面的化學拋光。尤其適合於含鉻16-26%(重量)、含鎳6-22%(重量)的奧氏體不鏽鋼(例如鋼號18/8和18/10)，以及如果需要，含有鉬(例如鋼AISI-304、304L、316和316L)的奧氏體不鏽鋼的拋光。
本發明拋光液的特徵是能使這些鋼以低速完成拋光，一般需要的接觸時間是3-12小時。它們可以在20℃和沸點溫度之間的任何溫度使用。但是，其顯著特點是在常壓條件下，低於50℃，一般為35-45℃溫度，它們具有優異效果，因而它們的使用方便並可簡化為確保拋光車間的健康環境所需的措施。本發明之拋光液的另一優點是可獲得按目前技術水平論是高品質的焊縫拋光。
本發明還涉及不鏽鋼表面的拋光方法，根據此方法是將該表面與本發明的拋光液進行接觸。
當實施本發明之方法時，可以任何合適的方式，例如浸漬，使金屬表面與拋光液接觸。待拋光表面與拋光液的接觸時間必須足夠長，以便能使表面有效地拋光。但是它必須不超過臨界值，超過該臨界值則拋光液將失去它的拋光性質。最佳接觸時間取決於許多參數，例如鋼的品位、待拋光表面的結構和原始粗糙度、拋光液的組成、操作溫度、和表面接觸時拋光液的攪拌作用、待拋光表面積和拋光液體積之比率;這就需要對每一具體情況需要在實驗室通過常規試驗進行測定。
本發明之最佳實施方案中，是在常壓條件下，溫度為20-65℃，最好是35-50℃使用該拋光液，待拋光表面與拋光液的接觸時間為5-12小時。
通過下述實施例將可明了本發明的優點。
下述實施例中，使用了品位為18/10的不鏽鋼板〔含鉻(18.0%)和鎳(10.0%)，並且無鉬〕。
在每個實施例中，將鋼板浸沒在拋光液中，該拋光液保持在基本恆溫並且經受輕緩攪拌。浸漬結束，從拋光液中取出鋼板，用去礦質水清洗並乾燥。測出以下參數·金屬腐蝕的平均深度，用下列關係式定義
△e= (104)/(s·d) ·△p式中，S表示鋼板的面積(cm2)d表示金屬的比重(g/cm3)△P 表示在拋光液中浸漬期間鋼板的重量損失(g)△e 表示腐蝕的深度(μm)·平均算術粗糙度Ra，它是相對於鋼板的平均表面的平均偏差值〔Encyclopedia of Materials Science and Engineering，Michael B，Bever，vol.6，1986，Pergamon Press，Pages 4806 to 4808(page 4806)〕
使用裝有尖頭的描繪器進行測量，該尖頭具有5μm的曲率半徑，和以0.25mm截止值操作的計算機。
·20度入射角(根據ASTM標準D523)條件下的表面光澤度。
第一組實施例按本發明的實施例實施例1使用本發明的拋光液，它每升含有·鹽酸 1.3mol，·硝酸 0.25mol，·磷酸 0.15mol，·水楊酸 0.1g，·三戊胺 0.1g，·高氯酸 0.005mol。
操作條件如下·拋光液體積970cm3，·經受拋光的表面積87.3cm2·溫度45℃·浸漬時間3小時30分鐘。
結果如下·平均算術粗糙度·拋光之前0.29μm，·拋光之後0.21μm，·光澤度12%。
實施例2使用本發明的拋光液，它每升含有·鹽酸 1.5mol，·硝酸 0.2mol，·磷酸 0.2mol，·水楊酸 0.1g，·三辛胺 0.075g，·高氯酸 0.005mol。
操作條件如下·拋光液體積970cm3，·經受拋光的表面積87.3cm2·溫度45℃·浸漬時間3小時15分鐘。
結果如下·腐蝕深度31.3μm，·平均算術粗糙度
·拋光之前0.29μm，·拋光之後0.18μm，·光澤度17%。
實施例3使用本發明的拋光液，它每升含有·鹽酸 1.5mol，·硝酸 0.2mol，·磷酸 0.2mol，·水楊酸 0.1g，·二己胺 0.075g，·高氯酸 0.005mol。
操作條件如下·拋光液體積970cm3，·經受拋光的表面積87.3cm2·溫度45℃·浸漬時間3小時25分鐘。
結果如下·腐蝕深度27.1μm，·平均算術粗糙度·拋光之前0.31μm，·拋光之後0.22μm，·光澤度13%。
實施例4使用本發明的拋光液，它每升含有·鹽酸 1.5mol，·硝酸 0.2mol，
·磷酸 0.2mol，·水楊酸 0.1g，·月桂胺 0.075g。
操作條件如下·拋光液體積970cm3，·經受拋光的表面積87.3cm2·溫度45℃·浸漬時間3小時50分鐘。
結果如下·腐蝕深度25.1μm，·平均算術粗糙度·拋光之前0.28μm，·拋光之後0.09μm，·光澤度36%。
實施例5使用本發明的拋光液，它每升含有·鹽酸 1.5mol，·硝酸 0.2mol，·磷酸 0.2mol，·水楊酸 0.1g，·月桂胺 0.075g，·高氯酸 0.005mol。
操作條件如下·拋光液體積970cm3，·經受拋光的表面積87.3cm2，·溫度45℃
·浸漬時間4小時。
結果如下·腐蝕深度27.3μm，·平均算術粗糙度·拋光之前0.27μm，·拋光之後0.08μm，·光澤度38%。
實施例6使用本發明的拋光液，它每升含有·鹽酸 1.5mol，·硝酸 0.2mol，·磷酸 0.2mol，·水楊酸 0.1g，·月桂胺 0.075g，·高氯酸 0.005mol，·尿素 0.1g。
操作條件如下·拋光液體積725cm3，·經受拋光的表面積87.3cm2·溫度45℃·浸漬時間4小時。
結果如下·腐蝕深度26.2μm，·平均算術粗糙度·拋光之前0.22μm，·拋光之後0.07μm，
·光澤度37%。
實施例7使用本發明的拋光液，它每升含有·鹽酸 1.3mol，·硝酸 0.2mol，·磷酸 0.1mol，·水楊酸 0.2g，·三癸胺 0.1g，·高氯酸 0.005mol。
操作條件如下·拋光液體積930cm3，·經受拋光的表面積84cm2·溫度45℃·浸漬時間4小時50分鐘。
結果如下·腐蝕深度38.6μm，·平均算術粗糙度·拋光之前0.25μm，·拋光之後0.10μm，·光澤度33%。
實施例8使用本發明的拋光液，它每升含有·鹽酸 1.6mol，·硝酸 0.2mol，·磷酸 0.2mol，·水楊酸 0.1g，
·十二烷胺 0.075g，·高氯酸 0.005mol，·尿素 0.5g。
操作條件如下·拋光液體積1，050cm3，·經受拋光的表面積63cm2·溫度35℃·浸漬時間8小時40分鐘。
結果如下·腐蝕深度30μm，·平均算術粗糙度·拋光之前0.25μm，·拋光之後0.09μm，·光澤度28%。
實施例9使用本發明的拋光液，它每升含有·鹽酸 1.7mol，·硝酸 0.2mol，·磷酸 0.25mol，·水楊酸 0.1g，·十二烷胺 0.050g，·高氯酸 0.005mol。
操作條件如下·拋光液體積970cm3，·經受拋光的表面積87.3cm2·溫度45℃
·浸漬時間3小時50分鐘。
結果如下·平均算術粗糙度·拋光之前0.22μm，·拋光之後0.11μm，·光澤度21%。
第二組實施例本組實施例是不用本發明之拋光液所進行的實驗。
實施例10使用的拋光液每升含有·鹽酸 1.5mol，·硝酸 0.2mol，·磷酸 0.2mol，·水楊酸 0.1g。
操作條件如下·拋光液體積970cm3，·經受拋光的表面積87.3cm2·溫度45℃·浸漬時間3小時。
結果如下·腐蝕深度29μm，·平均算術粗糙度·拋光之前0.26μm，·拋光之後0.23μm，·光澤度7%。
實施例11使用的拋光液每升含有
·鹽酸 1.5mol，·硝酸 0.2mol，·磷酸 0.2mol，·水楊酸 0.1g，·高氯酸 0.005mol。
操作條件如下·拋光液體積970cm3，·經受拋光的表面積87.3cm2·溫度45℃·浸漬時間3小時。
結果如下·腐蝕深度31.2μm，·平均算術粗糙度·拋光之前0.24μm，·拋光之後0.22μm，·光澤度8%。
將實施例1-9所得結果與實施例10-11所得結果進行比較，表明本發明在完成拋光後所獲得的粗糙度和光澤度方面有顯著改進。
權利要求
1.用於不鏽鋼表面化學拋光的拋光液，它是在水溶液中含有鹽酸、硝酸和磷酸的混合物，以及取代的和未取代的羥基苯甲酸，其特徵在於該溶液中還含有一種水溶性胺。
2.根據權利要求1的拋光液，其特徵在於所述的胺在其分子中含有10個以上的碳原子。
3.根據權利要求2的拋光液，其特徵在於所述胺中的碳原子數是11-20。
4.根據權利要求3的拋光液，其特徵在於所述胺是含有12-18個碳原子的伯胺。
5.根據權利要求1-4中任何一項的拋光液，其特徵在於該水溶液中存在的胺量是每升水溶液含1-1000mg。
6.根據權利要求1-5中任何一項的拋光液，其特徵在於它們不含鐵氰化物離子和亞鐵氰化物離子。
7.根據權利要求1-6中任何一項的拋光液，其特徵在於在該水溶液中含有選自高氯酸和水溶性高氯酸鹽類的添加劑。
8.根據權利要求1-7中任何一項的拋光液，其特徵在於在該水溶液中含有能分解亞硝酸的添加劑。
9.根據權利要求8的拋光液，其特徵在於所述能分解亞硝酸的添加劑是選自尿素和尿素衍生物。
10.根據權利要求1-9中任何一項的拋光液，其特徵在於它們在每升溶液中含有·鹽酸 0.5-5mol，·硝酸 0.005-1mol，·磷酸 0.005-1mol，·羥基苯甲酸 0.001-5g，·胺 0.001-1g·選自高氯酸和水溶性高氯酸鹽類的添加劑0-0.5mol，·能分解亞硝酸的添加劑 0-0.500g。
11.根據權利要求1-10中任何一項的拋光液，它應用於奧氏體鋼表面的拋光。
12.不鏽鋼表面的拋光方法，按照該方法是使鋼表面與拋光液接觸以進行化學拋光，其特徵在於使用了權利要求1-11中任何一項的拋光液。
13.根據權利要求11的方法，其特徵在於該拋光液的溫度調整在20-65℃之間。
全文摘要
用於不鏽鋼表面化學拋光的拋光液，它是在水溶液中含有鹽酸、硝酸和磷酸的混合物，以及取代或未取代的羥基苯甲酸和一種胺。
文檔編號C23F3/06GK1057494SQ9110433
公開日1992年1月1日 申請日期1991年6月19日 優先權日1990年6月19日
發明者D·泰特加特, N·巴泰勒米 申請人:索爾維公司