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La présente invention est relative au polissage chimique du cuivre et de ses alliages.
Un bain pour le polissage chimique de surfaces métalliques a été pro- posé dans le brevet U.S.A. n 2.446.060, ce bain consistant en solutions concen- trées de 5 à 85% en volumes d'acide nitrique d'un poids spécifique d'environ 1,42, en mélange avec 0 à 95% en poids d'acide phosphorique d'un poids spécifi- que d'environ 1,7 et 0 à 90% en volumes d'acide acétique d'un poids spécifique d'environ 1,05. On a établi que la quantité maximum d'eau qui pouvait être ajou- tée aux bains contenant de l'acide nitrique et de l'acide phosphorique unique- ment, dont la composition pourrait varier de 5 à 75% d'acide nitrique et de 95 à 25% d'acide phosphorique, était de 10% en volumes car à des proportions d'eau supérieures, le poli obtenu était diminué.
On a en outre établi dans le brevet britannique n 738.744 que, lorsqu'il n'y avait pas d'acide acétique dans le bain, mais uniquement de l'a- cide phosphorique et de l'acide nitrique, la présence d'eau était essentielle pour obtenir un poli satisfaisant et on proposait un bain pour le polissage chi- mique du cuivre, du nickel et des alliages de ces métaux, avec ou sans addition de zinc, ce bain comprenant 5 à 83% d'acide phosphorique, 2 à 50% d'acide nitri- que et 15 à 45% d'eau.
On a maintenant trouvé qu'un poli très sérieusement amélioré est ob- tenu en utilisant des bains contenant de l'acide arsénique ou pyroarsénique, en même temps que l'acide phosphorique et que l'acide nitrique. Les bains de la présente invention donnent un poli de miroir nettement supérieur à celui obtenu en utilisant l'un quelconque des bains connus antérieurement.
Suivant la présente invention, on prévoit une solution pour le po- lissage chimique du cuivre et de ses alliages, qui comprend 5 à 40% en volumes d'acide arsénique d'une concentration de 80% en poids dans de l'eau, 2 à 50% en volumes d'acide nitrique d'un poids spécifique de 1,5 et 5 à 75% en volumes d'acide phosphorique d'un poids spécifique de 1,75; la solution contient de pré- férence également de l'acide acétique glacial et/ou jusqu'à 20% d'eau. Les pour- centages précédents sont tous donnés en volumes.
Les solutions préférées contiennent 10 à 30% d'acide arsénique, 20 à 30% d'acide phosphorique, 30 à 50% d'acide acétique, 10 à 15% d'acide nitri- que, et 0 à 10% d'eau, tous les pourcentages étant en volumes et les forces des acides étant telles que définies ci-avant.
On a trouvé que la vitesse de polissage des solutions est réglée par la quantité d'acide acétique glacial présent. S'il n'y a pas d'acide acétique, la vitesse de polissage tend à être trop élevée et s'il y a plus de 70% d'acide acétique, la vitesse est trop lente pour la plupart des besoins pratiques. S'il y a plus de 75% d'acide phosphorique, le métal est gravé ou attaqué. S'il y a plus de 30% d'acide nitrique, le poli obtenu, bien que brillant, n'est pas près d'avoir le poli d'un miroir, et s'il y a plus de 40% d'acide arsénique, la sur- face du métal immergé se pique.
Les solutions continueront à polir sans exiger de régénération jus- qu'à ce qu'elles contiennent jusqu'à 90 gr environ de métal dissous par litre.
Lorsqu'une régénération est nécessaire, c'est-à-dire lorsque le poli diminue ou que la vitesse de polissage est modifiée de façon appréciable, une telle régé- nération peut être réalisée simplement par addition du constituant quelconque qui se trouve être déficient après analyse de la solution de polissage. Il est habituellement suffisant d'ajouter de l'acide nitrique et de l'acide acétique et on n'a pas trouvé nécessaire d'ajouter des quantités supplémentaires d'acide arsénique.
En usage, les solutions sont, de préférence, maintenues à une tempé- rature de 50 à 80 C et, avec les solutions préférées de la présente invention, un poli satisfaisant est obtenu en trois minutes environ.
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Les solutions de la présente invention peuvent être emmagasinées de façon satisfaisante dans des récipients réalisés en matières, telles que le verre, le grès, l'acier inoxydable ou les résines de polyvinyle.
On n'a pas trouvé que la présence d'acide arsénique dans la solution de polissage introduit un danger quelconque sous forme de fumée ou dépôts toxi- ques sur les surfaces de métal poli. On n'a pas trouvé d'arsenic dans les fumées provenant des solutions même en l'absence d'acide nitrique et on n'a trouvé au- cun dépôt appréciable de composés d'arsenic sur la surface du métal poli.
On doit noter que le procédé de polissage chimique de surfaces mé- talliques suivant l'invention consiste à les immerger simplement, par contraste avec des procédés dans lesquels le métal est constitué comme anode dans la solu- tion de polissage servant d'électrolyte. Les bains de la présente invention ne conviennent pas pour être utilisés dans le polissage électrolytique.
Les exemples suivants servent à illustrer la manière suivant laquelle l'invention peut être mise en oeuvre, les pourcentages étant dans chaque cas donnés en volumes et les concentrations des acides utilisée étant telles qu'é- tablies ci-avant. Il doit être entendu que les pourcentages d'eau se réfèrent à de l'eau ajoutée, à l'exclusion de l'eau déjà présente dans les acides avant mé- lange.
EXEMPLE 1
On préparait une solution contenant 20% d'acide phosphorique, 15% d'acide arsénique, 45% d'acide acétique, 10% d'acide nitrique et 10% d'eau, et les objets métalliques à polir étaient immergés dans cette solution pendant trois minutes à une température de 60 à 80 C, On obtenait un poli raisonnablement bon; ce poli était meilleur sur le cuivre et sur le maillechort que sur le laiton.
EXEMPLE 2
On préparait une solution contenant 20% d'acide phosphorique, 30% d'acide arsénique, 40% d'acide acétique, 10% d'acide nitrique et pas d'eau ajou- tée. On obtenait un très bon poli sur des objets en laiton immergés pendant trois minutes à 60 -80 Co On obtenait un bon poli sur les métaux dorés immergés pendant trois'minutes à 50 -60 C, mais on n'obtenait pas de poli sur le cuivre ou sur le maillechort.
EXEMPLE 3
On préparait une solution contenant 25% d'acide phosphorique, 20% d'acide arsénique, 40% d'acide acétique, 10% d'acide nitrique et 5% d'eau. On ob- tenait un très bon poli sur des objets en laiton et sur du'métal doré, immergés pendant trois minutes à 50 -80 C, On n'obtenait que peu ou pas de poli sur le cuivre et pas de poli sur le maillechort. Le polissage du cuivre était meilleur à 50 C qu'à 80 C.
EXEMPLE 4
On préparait une solution contenant 20% d'acide phosphorique, 30% d'acide arsénique, 35% d'acide acétique, 15% d'acide nitrique et pas d'addition d'eau. On obtenait un bon poli sur des objets en laiton immergés pendant trois minutes à 60 -80 C mais la vitesse de dissolution du métal était assez élevée.
On obtenait un poli net sur un métal doré immergé pendant trois minutes à 70 C mais n'obtenait pas de poli sur le maillechort.
Dans les exemples précédents, le laiton utilisé était composé de 70% en poids de cuivre et de 30% en poids de zinc, et le métal doré était com- posé de 80 à 90% en poids de cuivre et de 20 à 10% en poids de zinc.
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The present invention relates to the chemical polishing of copper and its alloys.
A bath for the chemical polishing of metal surfaces has been proposed in US Pat. No. 2,446,060, this bath consisting of concentrated solutions of 5 to 85% by volume of nitric acid with a specific weight of about. 1.42, in admixture with 0 to 95% by weight of phosphoric acid of a specific weight of about 1.7 and 0 to 90% by volume of acetic acid of a specific weight of about 1 , 05. It has been established that the maximum amount of water which could be added to baths containing nitric acid and phosphoric acid only, the composition of which could vary from 5 to 75% nitric acid and 95 to 25% phosphoric acid, was 10% by volume because at higher proportions of water, the polish obtained was reduced.
It was further established in British Patent No. 738,744 that when there was no acetic acid in the bath, but only phosphoric acid and nitric acid, the presence of water was essential to obtain a satisfactory polish and a bath was proposed for the chemical polishing of copper, nickel and alloys of these metals, with or without the addition of zinc, this bath comprising 5 to 83% phosphoric acid, 2 50% nitric acid and 15-45% water.
It has now been found that a very seriously improved polish is obtained by using baths containing arsenic or pyroarsenic acid, together with phosphoric acid and nitric acid. The baths of the present invention give a much better mirror polish than that obtained using any of the baths known previously.
According to the present invention, a solution is provided for the chemical polishing of copper and its alloys, which comprises 5 to 40% by volume of arsenic acid with a concentration of 80% by weight in water, 2 50% by volume of nitric acid with a specific weight of 1.5 and 5 to 75% by volume of phosphoric acid with a specific weight of 1.75; the solution preferably also contains glacial acetic acid and / or up to 20% water. The above percentages are all given in volumes.
Preferred solutions contain 10 to 30% arsenic acid, 20 to 30% phosphoric acid, 30 to 50% acetic acid, 10 to 15% nitric acid, and 0 to 10% water. , all the percentages being by volume and the strengths of the acids being as defined above.
It has been found that the polishing rate of solutions is controlled by the amount of glacial acetic acid present. If there is no acetic acid, the polishing speed tends to be too high, and if there is more than 70% acetic acid, the speed is too slow for most practical purposes. If there is more than 75% phosphoric acid, the metal is etched or attacked. If there is more than 30% nitric acid, the resulting polish, although shiny, is not nearly mirror-polished, and if there is more than 40% acid arsenic, the surface of the submerged metal pricks itself.
The solutions will continue to polish without requiring regeneration until they contain up to approximately 90 g of dissolved metal per liter.
When regeneration is required, that is, when the polish decreases or the polishing rate is appreciably changed, such regeneration can be accomplished simply by adding any component which is found to be deficient afterwards. analysis of the polishing solution. It is usually sufficient to add nitric acid and acetic acid and it has not been found necessary to add additional amounts of arsenic acid.
In use, the solutions are preferably maintained at a temperature of 50 to 80 ° C., and with the preferred solutions of the present invention a satisfactory polish is obtained in about three minutes.
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The solutions of the present invention can be stored satisfactorily in containers made of materials, such as glass, stoneware, stainless steel or polyvinyl resins.
The presence of arsenic acid in the polishing solution has not been found to introduce any hazard in the form of smoke or toxic deposits on the polished metal surfaces. Arsenic was not found in the fumes from the solutions even in the absence of nitric acid and no appreciable deposit of arsenic compounds was found on the surface of the polished metal.
It should be noted that the method of chemical polishing of metal surfaces according to the invention consists of simply immersing them, in contrast to methods in which the metal is formed as an anode in the polishing solution serving as electrolyte. The baths of the present invention are not suitable for use in electrolytic polishing.
The following examples serve to illustrate the manner in which the invention can be carried out, the percentages being in each case given by volume and the concentrations of the acids used being as established above. It should be understood that the percentages of water refer to added water, excluding water already present in the acids before mixing.
EXAMPLE 1
A solution containing 20% phosphoric acid, 15% arsenic acid, 45% acetic acid, 10% nitric acid and 10% water was prepared, and the metal objects to be polished were immersed in this solution. for three minutes at a temperature of 60 to 80 C, a reasonably good polish was obtained; this polish was better on copper and nickel silver than on brass.
EXAMPLE 2
A solution was prepared containing 20% phosphoric acid, 30% arsenic acid, 40% acetic acid, 10% nitric acid and no added water. A very good polish was obtained on brass objects immersed for three minutes at 60 -80 Co. A good polish was obtained on golden metals immersed for three minutes at 50 -60 C, but no polish was obtained on the copper or nickel silver.
EXAMPLE 3
A solution was prepared containing 25% phosphoric acid, 20% arsenic acid, 40% acetic acid, 10% nitric acid and 5% water. A very good polish was obtained on objects in brass and on gilded metal, immersed for three minutes at 50 -80 C. Little or no polish was obtained on the copper and no polish on the nickel silver . Polishing of copper was better at 50 C than at 80 C.
EXAMPLE 4
A solution was prepared containing 20% phosphoric acid, 30% arsenic acid, 35% acetic acid, 15% nitric acid and no addition of water. A good polish was obtained on brass objects submerged for three minutes at 60 -80 C but the rate of dissolution of the metal was quite high.
A clean polish was obtained on a golden metal immersed for three minutes at 70 ° C. but no polish was obtained on the nickel silver.
In the preceding examples, the brass used was composed of 70% by weight copper and 30% by weight of zinc, and the gold-plated metal was composed of 80 to 90% by weight of copper and 20 to 10% by weight of zinc. zinc weight.
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