專利名稱：不銹鋼表面化學(xué)拋光浴液及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及不銹鋼表面化學(xué)拋光浴液組合物。
金屬表面化學(xué)拋光是一項(xiàng)公知技術(shù)(W.J.McG.Tegart，Polissage electrolytique et chimique des metaux〔Electrolytic and chemical polishing of metals〕，Dunod，1960，p.122 et seq.);該方法是將準(zhǔn)備拋光的金屬表面用氧化性浴液處理。對于奧氏體不銹鋼而言，通常所用的浴液包含鹽酸、磷酸和硝酸水溶液(US2662814)。為了提高拋光品質(zhì)，通常在浴中加入適當(dāng)?shù)奶砑觿?，如表面活性劑、粘度調(diào)節(jié)劑以及光亮劑。US3709824所描述的不銹鋼表面化學(xué)拋光組合物是以下各劑混合的水溶液鹽酸、硝酸、磷酸、一種表面活性劑、作為光亮劑的磺基水楊酸。
這些已知拋光浴的明顯特點(diǎn)是以極快速率侵蝕金屬。用這種浴對不銹鋼表面拋光處理一般不能超過幾分鐘，否則出現(xiàn)局部腐蝕現(xiàn)象。已知拋光浴的快速作用是一項(xiàng)缺點(diǎn)，因?yàn)樵谀承┯猛局惺遣贿m用的，特別是拋光處理大型容器的內(nèi)壁時(shí)，如鍋爐、壓熱釜或結(jié)晶器等等。由于將這些容器充注液體和放出液體所需的時(shí)間要比化學(xué)拋光處理的適宜時(shí)間長得多，事實(shí)上不可能使器壁得到均勻拋光，因?yàn)楸砻娴哪承┎课粧伖獠蛔悖硪恍┎课挥质艿絿?yán)重腐蝕。此外，由于已知化學(xué)拋光浴液的作用速率太快，使拋光作業(yè)難于控制。
Solvey & Cie的EP-B-19964描述了極慢速化學(xué)拋光浴液，該浴液避免了上述缺點(diǎn)。這些已知的浴液包括以下各物料的水溶液鹽酸、硝酸、磷酸、磺基水楊酸、氯化烷基吡啶鎓鹽、甲基纖維素。這些已知的慢作用拋光浴是在至低45℃，一般為50-100℃條件下使用。
本發(fā)明的目的是提供一種不銹鋼表面慢速而有效的化學(xué)拋光浴液，其工作溫度低于50℃。
本發(fā)明涉及不銹鋼表面化學(xué)拋光浴液，其中包括水溶液中的鹽酸、硝酸和磷酸的混合物，一種取代或不取代的羥基苯甲酸，至少一種季銨鹽，以及選自高氯酸和高氯酸水溶性鹽的一種添加劑。
在本發(fā)明的浴液中，所述羥基苯甲酸是用作為光亮劑。它可以是未取代的，如水楊酸;或是經(jīng)過取代的，如磺基水楊酸。以使用水楊酸為優(yōu)選。
所述季銨鹽最好選自含有至少4個(gè)碳原子的長鏈烷基，這個(gè)基應(yīng)至少一個(gè)，并可以是取代的或未取代的。較好是該季銨鹽的長鏈烷基至少有8個(gè)碳原子，最好是至少12個(gè)碳原子，例如十二烷基、十六烷基、十八烷基。特別推薦的季銨鹽是水溶性烷基吡啶鎓鹽和水溶性季銨鹽，其中除含有上述定義的長鏈烷基外，還至少有另一個(gè)取代或未取代的烷基和(或)取代或未取代的芐基。其陰離子是囟化物離子，以氯化物離子為優(yōu)選?？捎糜诒景l(fā)明的季銨鹽例如有十六烷基三甲基氯化銨、十六烷基二甲基芐基氯化銨、二(十八烷基)二甲基氯化銨、十二烷基二甲基芐基氯化銨、十二烷基三甲基氯化銨、氯化烷基吡啶鎓鹽，特別優(yōu)選的是氯化十六烷基吡啶鎓鹽和氯化十二烷基吡啶鎓鹽。這些季銨鹽Henkel公司可供應(yīng)，商標(biāo)為Dehyquart。
在本發(fā)明的浴液中一方面應(yīng)含有適當(dāng)量的所述季銨鹽，另方面應(yīng)調(diào)節(jié)選自高氯酸及其水溶性鹽的添加劑用量使之可以在要拋光的鋼表面產(chǎn)生共吸附作用(coadsorption)，同時(shí)還要避免超過它們的溶度積。一般規(guī)律是，本發(fā)明的浴液中，每升含有0.005克至1克所述季銨鹽和0.001至0.5摩爾所述選自高氯酸及其水溶性鹽的添加劑是適宜的。
本發(fā)明的浴液中各種成分的適宜重量含量取決于要拋光的不銹鋼的品級和拋光過程條件，特別是要拋光的不銹鋼制件的形狀和體積、浴液的體積、浴液的溫度和可能受到的攪動。因此，要按每一情況由實(shí)驗(yàn)室常規(guī)試驗(yàn)進(jìn)行確定。
按本發(fā)明適用于鉻和鎳合金奧氏體不銹鋼于20-50℃條件進(jìn)行拋光的浴液舉例如下，按每升水溶液浴液計(jì)·0.5至5摩爾鹽酸，優(yōu)選為1至3摩爾;
·0.005至1摩爾硝酸，優(yōu)選為0.05至0.5摩爾;
·0.005至1摩爾磷酸，優(yōu)選為0.05至0.5摩爾;
·0.0005至0.5摩爾選自高氯酸及其水溶性鹽的添加劑，優(yōu)選為0.001至0.2摩爾;
·0.001至5克取代的或未取代的羥基苯甲酸，對于未取代的情況，優(yōu)選為0.005至3克;
·0.005至1克季銨鹽，優(yōu)選為0.02至0.2克。
在本發(fā)明的拋光浴中可任選含有或不含已知的金屬化學(xué)拋光浴液中通常使用的添加劑，例如表面活性劑、醇類以及粘度調(diào)節(jié)劑。特別是可以含有一種水溶性松香酸化合物，這是含有如下式的松香酸基(樅酸基)的化合物
或是含氫化樅酸基或脫氫樅酸基的化合物。
按本發(fā)明，所述松香酸化合物必須是水溶性的。
可用于本發(fā)明的松香酸化合物是松香胺類。
特別適用于本發(fā)明的浴液的松香胺是具如下通式的化合物
其中R1是上述的樅酸基、氫化樅酸基或脫氫樅酸基;
X1是含有至少一個(gè)羰基的基團(tuán);
X2是氫原子或含有至少一個(gè)羰基的基團(tuán)。
適用于本發(fā)明浴液的松香胺例如是其中X1和X2至少其一是按下式的化合物
其中R2是取代的或未取代的、飽和或不飽和的鏈烷或環(huán)烷基，并且含有至少一個(gè)羰基。在這些基中優(yōu)選的是其中-CH2-基是由帶有至少一個(gè)氫原子的碳原子連接到該R2基團(tuán)的羰基的那些基團(tuán)。這些取代的松香胺和制法見之于英國專利GB-A-734，665?？捎糜诒景l(fā)明浴液中的此類松香胺的實(shí)例是其中R2是選自下列的那些化合物丙酮基、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(huán)戊基、4-羥基-2-氧代-3-戊烯基、2-氧代環(huán)己基、2，5-二氧代己基、2-苯基-2-氧代乙基。
本發(fā)明的浴液適用于任何奧氏體不銹鋼表面的化學(xué)拋光。特別適用于含鉻16-26%、含鎳6-22%(重量)的奧氏體不銹鋼，例如無鉬的18/8和18/10品級不銹鋼(AISI 304和304L鋼)。本發(fā)明的浴液的卓越特性是可以以低速率將鋼材拋光，通常所需接觸時(shí)間為5至12小時(shí)。它們可在20℃至沸點(diǎn)的任何溫度使用。但是，它們在低于50℃可達(dá)到優(yōu)等效果，一般可用35-45℃和常壓。這使得加工簡化和便利，拋光車間的環(huán)境保護(hù)也更易作到。本發(fā)明浴液的另一優(yōu)點(diǎn)是可以將按本領(lǐng)域原理焊接的組裝件進(jìn)行拋光而得到優(yōu)質(zhì)拋光效果。
本發(fā)明還涉及不銹鋼表面的拋光方法，該方法是將要加工的表面與按本發(fā)明的化學(xué)拋光浴液進(jìn)行接觸。
在實(shí)施按本發(fā)明的方法時(shí)，可以任何適當(dāng)方式使金屬表面與浴液接觸，例如可用浸入法。要拋光的表面與浴液的接觸時(shí)間必須足夠，以產(chǎn)生足夠的表面拋光效果。然而時(shí)間不可超過一個(gè)臨界值，超過此值該浴液會失去其拋光性能。最適宜接觸時(shí)間取決于多項(xiàng)參數(shù)，如鋼的品級、要拋光表面的幾何形狀和初始粗糙度、浴液的組成、工作溫度、與表面接觸的浴液的攪動情況、以及要拋光的表面面積與該浴體積的關(guān)系;對每一具體情況而言，應(yīng)由實(shí)驗(yàn)室例常試驗(yàn)加以確定。
本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，浴液在20-50℃使用，優(yōu)選為常壓、35-45℃，要拋光表面與浴液接觸時(shí)間為5至12小時(shí)。
由以下的實(shí)施例舉證本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。
各實(shí)例中所用的不銹鋼板是無鉬的18/10合金鋼(鉻18.0%，鎳10.0%)。
各實(shí)例中，鋼板浸于保持基本恒溫的拋光浴中，同時(shí)有輕度攪動。到浸泡時(shí)間的末尾，將鋼板從浴中取出，用去離子水沖洗，然后干燥。測定以下的參數(shù)·金屬平均腐蝕深度，由下式定義Δe＝104×ΔP/S×d其中，S是板的面積(平方厘米);
d是金屬的密度(克/立方厘米);
ΔP是金屬板在浸泡中失去的重量(克);
Δe是腐蝕深度(微米);
·算術(shù)平均粗糙度Ra，這是相對于該板的平均表面的平均偏差(Michaael B.Bever，Encyclopedia of Materials Science and Engineering，Pergamon Press，pp.4806-4808)
該測量是由一個(gè)觸頭來進(jìn)行，上面裝有5微米直徑的觸尖，并相當(dāng)于切去值0.25毫米;
·表面光亮度。
實(shí)例1(本發(fā)明)使用如下的拋光浴液，每升含有·1.5摩爾鹽酸;
·0.2摩爾硝酸;
·0.2摩爾磷酸;
·0.2摩爾高氯酸;
·0.1克水楊酸;
·0.03克Dehyquart C，這是一種以氯化十二烷基吡啶鎓鹽為主成分的電解質(zhì)(Dehyquart是Henkel公司的注冊商標(biāo))。
所用操作條件如下·液浴體積 1940立方厘米;
·受到拋光處理的表面面積 87平方厘米;
·浸泡時(shí)間 12小時(shí)30分鐘;
·溫度 35℃所得結(jié)果如下·平均侵蝕深度 約25微米;
·算術(shù)平均粗糙度·拋光之前 0.3±0.1微米·拋光之后 0.12±0.02微米;
·光亮度·在30度角(按ASTM E430)40%;
·在20度角(按ASTM D523)25%。
實(shí)例2(本發(fā)明)使用本發(fā)明的拋光浴液，其每升含有·1.5摩爾鹽酸;
·0.2摩爾硝酸;
·0.2摩爾磷酸;
·0.005摩爾高氯酸;
·0.1克水楊酸;
·0.075克Dehyquart LDB(Henkel產(chǎn)品)，這是一種主成分為十二烷基二甲基芐基氯化銨的電解質(zhì)。
所用操作條件如下·液浴體積 970立方厘米;
·受到拋光的表面面積 87平方厘米;
·溫度 35℃;
·浸泡時(shí)間 5小時(shí)30分鐘;
得到以下的結(jié)果·平均侵蝕深度 24微米;
·算術(shù)平均粗糙度·拋光之前 0.3微米·拋光之后 0.12微米;
·光亮度·在20度角(按ASTM D523)25%;
實(shí)例3(對比例)重復(fù)實(shí)例2，不同之處是不采用本發(fā)明的化學(xué)拋光浴液，不含高氯酸。每升浴液含有·1.5摩爾鹽酸;
·0.2摩爾硝酸;
·0.2摩爾磷酸;
·0.1克水楊酸;
·0.075克Dehyquart LDB(Henkel產(chǎn)品)，這是一種主成分為十二烷基二甲基芐基氯化銨的電解質(zhì)。
操作條件如下·液浴體積 970立方厘米;
·受到拋光的表面的面積 87平方厘米;
·溫度 35℃;
·浸泡時(shí)間 6小時(shí)得到以下的結(jié)果·平均侵蝕深度 25微米;
·算術(shù)平均粗糙度·拋光之前 0.3微米·拋光之后 0.3微米;
·光亮度·在20度角(按ASTM D523)低于1%。
實(shí)例4(對比例)重復(fù)實(shí)例2，但不采用本發(fā)明的化學(xué)拋光浴液，不含高氯酸，也不含Dehyquart LDB。
每升浴液含有·1.5摩爾鹽酸;
·0.2摩爾硝酸;
·0.2摩爾磷酸;
·0.1克水楊酸;
操作條件如下·液浴體積 1940立方厘米;
·受到拋光表面面積 87平方厘米;
·浸泡時(shí)間 6小時(shí)30分鐘;
·溫度 35℃。
所得結(jié)果·平均侵蝕深度 25微米;
·算術(shù)平均粗糙度·拋光之前 0.20微米·拋光之后 0.25微米;
·光亮度·在20度角(按ASTM D523)低于1%。
權(quán)利要求
1.一種用于不銹鋼表面化學(xué)拋光的浴液，該溶液是一種水溶液，其中包含鹽酸、硝酸和磷酸的混合物，以及任選取代的羥基苯甲酸，其特征在于，該水溶液中還含有至少一種季銨鹽以及一種選自高氯酸和水溶性高氯酸鹽的添加劑。
2.按權(quán)利要求1的浴液，其特征在于所述季銨鹽含有至少一種含至少12個(gè)碳原子的長鏈烷基。
3.按權(quán)利要求1或2的浴液，其特征在于所述季銨鹽是選自鹵化物。
4.按權(quán)利要求3的浴液，其特征在于所述季銨鹽是一種氯化烷基吡啶鎓鹽。
5.按權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)的浴液，其特征在于所述季銨鹽除含有所述長鏈烷基之外，還含有至少一種其他烷基和(或)一個(gè)芐基。
6.按權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)的浴液，其特征在于該浴液中另含有一種水溶性松香酸化合物。
7.按權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)的浴液，其特征在于每升該水溶液中含有0.005至1克的所述季銨鹽，0.001至0.5摩爾的選自高氯酸和水溶性高氯酸鹽的添加劑。
8.按權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)的浴液，其特征在于每升該水溶液中含有·0.5至5摩爾鹽酸;·0.005至1摩爾硝酸;·0.005至1摩爾磷酸;·0.0005至0.5摩爾選自高氯酸和水溶性高氯酸鹽的添加劑;·0.001至5克羥基苯甲酸;·0.005至1克所述季銨鹽。
9.按權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)的浴液，該浴液是用于奧氏體鋼表面的化學(xué)拋光。
10.一種將不銹鋼表面拋光的方法，是將該表面與一種化學(xué)拋光浴液進(jìn)行接觸，其特征在于使用權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的浴液，并在20至50℃溫度條件下進(jìn)行拋光。
全文摘要
用于不銹鋼表面化學(xué)拋光的浴液，該浴液是一種水溶液，其中包含鹽酸、硝酸、磷酸的混合物，一種任選取代的羥基苯甲酸，至少一種季銨鹽以及一種選自高氯酸和高氯酸水溶性鹽的添加劑。
文檔編號C23F3/06GK1054276SQ9110119
公開日1991年9月4日 申請日期1991年2月23日 優(yōu)先權(quán)日1990年2月23日
發(fā)明者弗朗索瓦·迪瓦爾丹, 瑪麗安娜·雷尼耶, 納塔莉·巴泰勒米 申請人:索爾維公司