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~ain pour le polissa~e chimique de surfaces en acier Cas S.79/9 SOLVAY & Cie (Sociéte Anonyne) La présente invention a pour objet une composition d'un bain pour le polissage chimique de surfaces en acier, en particulier en acier inoxydable.
Le polissage chi~ique des surfaces métalliques est une technique bien connue (Polissage électrolytique et chimique des métaux -W.J.Mc.G.Tegart-Dunod -1960 - p.122 et suivantes). Cette technique consiste à tralter les surfaces metalliques à polir, avec des bains d'acides minéraux contenant des additifs adéquats, notamment des régulateurs de viscosité~ des agents tensioactifs et éventuellement des agents de brillantage.
Pour le polissage chi~ique des surfaces en acier, notamment en acier inoxydable, on utilise généralement des balns aqueux contenant, en mélange, de l'acide nitrique, de l'acide chlorhydrique et éventuel-lement de l'acide phosphorique.
Ainsi, dans le brevat Etats-Unis 3 709 824 publié le 9 ~anvier 1973 et cédé à Nippon Soda Co Ltd, on fournit une composition d'un bain pour le polissage chimique de surfaces en acier inoxydable, comprenant, en solution aqueuse, un mélange d'acide phosphorique (145 à 580 g/l), d'acide nitrique (17 à 85 g/l) et d1acide chlorhydrique (16 à
80 g/l), un régulateur de viscosité choisi parmi les poiymères hydrosolubles, un surfactant et de l'ac1de sulfosalicylique à titre d'agent de brillantage.
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Les bains de polissage conformes à cette composition connue sont très efficaces. Utilisés à une tempéra-ture de l'ordre de 70 à
100C, ils permettent d'obtenir en quelques minutes9 généralement en moins de trois minutes, un polissage et un brillantage optimum de surfaces en acier inoxydable allié au chrome et au nickel.
Un inconvénient de ces bains de polissage connus réside dans leur grande vitesse d'action, qui les rend inutilisables pour certaines applications, notamment pour le polissage de la face lnterne des parois de cuves de grandes dimensions, telles que des chaudières, des autoclaves ou des cristalliseurs. Le temps nécessité pour le remplissage et la vidange de telles cuves étant en général largement supérieur à la durée du traitement de polissage chimique optimuml il devient en effet impossible d'obtenir un poli uniforme de la paroi, certaines ~ones de celle-ci étant insuffisamment polies, tandis que d'autres risquent d'être corrodées.
La grande vitesse d'action des bains de polissage chimique connus rend par ailleurs le contrôle du polissage difficile, de sorte que, ~usqu'à présent, la technique du polissage chimique n'a pas pu etre exploitée avec succès dans des installations fermées ou difficilement accessibles, par exemple pour le polissage de la face interne de tubes d'échangeurs calorifiques ou pour le polissage de composants de tuyauteries tels que des vannes, des clapets ou des soupapes.
~'invention a pour but de porter remède aux inconvénients ~` 25 précités, en ~ournissant une composition d'un bain pour le polissage chimique de surfaces en acier, notamment en acier inoxydable, qui présente une vitesse d'action modérée tout en assurant néanmoins l'obtention de polis comparables à ceux obtenus avec les bains de polissage connus. Elle a notamment pour but de fournir une compositlon d'un bain de polissage qui, utilisé à une temperature de l'ordre de 20 à 100C, necessite plusieurs heures de traitement pour conferer un poli optimum à des surfaces en acier inoxydable allie au chrome et au nickel.
L'invention concerne dès lors un bain pour le polissage chimique de surfaces en acier, comprenant, en solution aqueuse, un melange d'acide phosphorique, d'acide chlorhydrique e~ d7acide nitrique, un régulateur de viscosité, un surfactant e-t de llacide sulfosalicylique à titre d'agent de brillantage; selon l'invention, la normalité
globale du mélange d'acides dans la solution aqueuse est comprise entre 1 et 6, le rappor-~ entre la normalité de chaque acide du mélange d'acides et la normalité globale de celui-ci est compris entre 0,05 et 0,80 pour l'acide phosphorique, entre 0,15 et 0,90 pour l'acide chlorhydrique et entre 0,001 et 0,80 pour l'acide nitrique~ le régulateur de viscosité est un éther de cellulose dont la teneur, expri~ée en g/l da solution aqueuse, est comprise entre 0,3 et 0,7 fois la normalité globale du mélange d'acides, le surfactant est du chlorure d'alkylpyridinium dont la teneur, exprimée en g/l de solution aqueuse, est comprise entre 0,15 et 0,45 fois la normalité
globale du mélange d'acides, et la teneur en acide sulfosalicylique, exprimée en gll de solution aqueuse, est comprise entre 0,15 et 0,~0 fois la normalité globale du mélange d'acides.
Dan9 le bain de polissage chimique selon l'invention, les teneurs respectives en acides phosphorlque, chlorhydrique et nitrique, en éther de cellulose, en chlorure d'alkylpyridinium et en acide sulfosalicylique sont choisies en fonction de la nature du métal traité, de la température de travail et de la durée souhaitée pour le traitement de polissage, Des compositions qui conviennent bien pour assurer le polissage chimique de surfaces en acier inoxydable allie au chrome et au nickel, en un temps compris entre 2 et 24 heures sont celles pour lesquelles la norma~ité globale du mélange d'acides est comprise entre 1,5 et 3, 1~ rapport entre la normalité de chaque acide du mélange d'acides et la normalité globale de celui-ci étant avantageu-sement comprise entre 0,20 et 0,60 pour l'acide phosphorique, entre 30 0,25 at 0,75 pour l'acide chlorhydrique et entre 0,002 et 0,10, de preference 0,005 et 0,05, pour l'acide nitrique.
Toutes autres choses étant égales, les teneurs respectives en éther de cellulose, en chlorure d'alkylpyridinium et en acide sulfo-salicylique dans le bain de polissage selon l'invention dependent de sa teneur globale en acides phosphorique, chlorhydrique et nitrique.
Selon l'invention, il est généralement avantageu~ qu'en plus, le rapport entre le polds de chlorure d'alkylpyridinium et le poids d'éther de cellulose soit comprls entre 0,5 et 1,5 et le rapport entre le poids de chlorure d'alkylpyridinium et le poids d'acide 5 sulfosalicylique soit compris entre 1 et 3. Des compositions préfé~
rées sont celles dans lesquelles le poids d'ether de cellulose est égal au poids de chlorure d'alkylpyridinium et es~ double du poids d'acide sulfosalicylique.
L'éther de cellulose utilisé dans le bain de polissage chimique 10 selon l'invention doit etre soluble dans l'eau. La méthylcellulose convient particulièrement bien.
Le chlorure d'alkylpyridinium est de préférence choisi parmi ceux dérivés d'alkanes possédant de 10 à 18 atomes de carbone. Le chlorure de cétylpyridinium et le chlorure de laurylpyridinium se 15 sont averés particulièrement avantageu~.
L'inter~et de l'invention va apparaItre ~ la lecture des exemples d'application suivants.
Exem~ e 1 On a utilisé un bain de polissage chimique conforme à l'invention, 20 pour polir la face interne d'une cuve en acier inoxydable de 27,5 m3 de capacité et de 2,5 m de diamètre, réalisée en acier ino~ydable de nuance 316 L, qui est Ull acier allie au chrome (16,0 à 18,8 ~), au nickel (10,0 à 14,0 %) et au molybdène (2,0 à 3,0 %) (Techniques de l'Ingénleur - Metallurgie - Tome I - M.323-17 - Mars 1974).
Le bain de polissage utilisé avait la composition suivante :
Mélange d'acides : acide phosphorique 0,3 N
acide chlorhydrique 2,5 acide nitrique 0,01 N
Normalité globale : 2,81 N
Régulateur de viscosité : méthylcellulose produit sous le nom "Methocel MC 4000" (Dow Chem.Co) : 1 g/l Surfactant : chlorure de laurylpyridinium produit sous le nom "Dehyquart C" (Henkel Int.Gmb~) : 1 g/l Agent de brillantage : acide sulfosalicylique : 0,5 g/l ~s3~
On a ln~roduit le bain de polissage dans la cuve, à ralson de 5 1 par dm2 de surface à polir, et on l'y a soumls a un mouvement d'agitation au moyen d'un agitateur à pales, tout en maintenant sa temperature à 45C.
Après sept heures et demie de traitement, on a vldangé la cuve et on l'a rincee au moyen d'eau carbonatee~
A l'issue du traitement, la totalite de la surface interieure de la cuve s'est revelee brillante et uniformement lisse au toucher sans asperite ni zone corrodee.
10 ~
A titre de comparaison~ on a soumis une cuve analogue a celle de l'exemple 1, à un polissage mecanique au moyen d'un abrasif dont la granulometrie des grains correspondait au n270 de la serie ASTM
des tamis normalisés.
A l'issue de l'essal, la surface interieure de la cuve a revele un poli non homogène. Au toucher, la surface presentait encore une rugosite non negligeable.
Une comparaison des exemples l et 2 montre que le bain de polissage selon l'invention permet d'obtenir des polis de très grande qualite dans des cuves en acier inoxydable de grande capacite, grace à l'application d'une technique de polissage chimique à action lente. 36 '~' ~
~ ain for chemical polishing ~ e of steel surfaces Case S.79 / 9 SOLVAY & Cie (Societe Anonyne) The subject of the present invention is a composition of a bath for chemical polishing of steel surfaces, in particular stainless steel.
Chemical polishing of metal surfaces is a technique well known (electrolytic and chemical polishing of metals -WJMc.G.Tegart-Dunod -1960 - p.122 and following). This technique consists of traling the metal surfaces to be polished, with baths mineral acids containing adequate additives, including viscosity regulators ~ surfactants and possibly brightening agents.
For chemical polishing of steel surfaces, especially stainless steel, we generally use aqueous balns containing, mixed, nitric acid, hydrochloric acid and optionally-also phosphoric acid.
Thus, in the United States patent 3,709,824 published on August 9, 1973 and sold to Nippon Soda Co Ltd, we supply a composition of a bath for chemical polishing of stainless steel surfaces, including, in aqueous solution, a mixture of phosphoric acid (145 to 580 g / l), nitric acid (17 to 85 g / l) and hydrochloric acid (16 to 85 80 g / l), a viscosity regulator chosen from the poiymères water soluble, a surfactant and sulfosalicylic acid as brightening agent.
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Polishing baths according to this known composition are very effective. Used at a temperature of around 70 to 100C, they allow to obtain in a few minutes9 generally in less than three minutes, optimum polishing and shine stainless steel surfaces alloyed with chrome and nickel.
One drawback of these known polishing baths is their high speed of action, which makes them unusable for some applications, in particular for polishing the internal face of walls of large tanks, such as boilers, autoclaves or crystallizers. The time required for the filling and emptying of such tanks being generally largely greater than the duration of the optimum chemical polishing treatment indeed becomes impossible to obtain a uniform polish of the wall, some of them being insufficiently polished, while others may be corroded.
The high speed of action of chemical polishing baths known also makes it difficult to control polishing, so that, until now, the chemical polishing technique has could not be successfully operated in closed installations or difficult to access, for example for polishing the face internal heat exchanger tubes or for polishing piping components such as valves, valves or valves.
~ The invention aims to remedy the drawbacks ~ `25 above, by providing a composition of a bath for polishing chemical treatment of steel surfaces, especially stainless steel, which has a moderate speed of action while still ensuring obtaining polishes comparable to those obtained with the known polishing. Its main purpose is to provide a compositlon a polishing bath which, used at a temperature of the order of 20 to 100C, requires several hours of treatment to confer optimum polish to stainless steel surfaces combined with chrome and nickel.
The invention therefore relates to a bath for chemical polishing of steel surfaces, comprising, in aqueous solution, a mixture phosphoric acid, hydrochloric acid and nitric acid, a viscosity regulator, a surfactant and sulfosalicylic acid as a brightening agent; according to the invention, normality overall mixture of acids in the aqueous solution is included between 1 and 6, the ratio between the normality of each acid in the mixture of acids and the global normality of it is understood between 0.05 and 0.80 for phosphoric acid, between 0.15 and 0.90 for hydrochloric acid and between 0.001 and 0.80 for acid nitric ~ the viscosity regulator is a cellulose ether of which the content, expressed in g / l of aqueous solution, is between 0.3 and 0.7 times the global normality of the acid mixture, the surfactant is alkylpyridinium chloride, the content of which, expressed in g / l aqueous solution, is between 0.15 and 0.45 times normal overall acid mixture, and the sulfosalicylic acid content, expressed in gll of aqueous solution, is between 0.15 and 0, ~ 0 times the overall normality of the acid mixture.
Dan9 the chemical polishing bath according to the invention, the respective contents of phosphoric, hydrochloric and nitric acids, cellulose ether, alkylpyridinium chloride and acid sulfosalicylic are chosen according to the nature of the metal temperature, the working temperature and the desired duration for polishing treatment, Compositions that are well suited for polishing chemical treatment of stainless steel surfaces combines chromium and nickel, in a time between 2 and 24 hours are those for which the global norma ~ ity of the mixture of acids is understood between 1.5 and 3.1, ratio of the normality of each acid in the mixture of acids and the overall normality thereof being advantageous between 0.20 and 0.60 for phosphoric acid, between 30 0.25 at 0.75 for hydrochloric acid and between 0.002 and 0.10, from preferably 0.005 and 0.05, for nitric acid.
All other things being equal, the respective contents in cellulose ether, alkylpyridinium chloride and sulfo acid salicylic in the polishing bath according to the invention depends on its overall content of phosphoric, hydrochloric and nitric acids.
According to the invention, it is generally advantageous that in addition, the relationship between the alkylpyridinium chloride polds and the weight cellulose ether either between 0.5 and 1.5 and the ratio between the weight of alkylpyridinium chloride and the weight of acid 5 sulfosalicylic is between 1 and 3. Preferred compositions ~
are those in which the weight of cellulose ether is equal to the weight of alkylpyridinium chloride and is ~ double the weight sulfosalicylic acid.
Cellulose ether used in the chemical polishing bath 10 according to the invention must be soluble in water. Methylcellulose particularly well suited.
The alkylpyridinium chloride is preferably chosen from those derived from alkanes having 10 to 18 carbon atoms. The cetylpyridinium chloride and laurylpyridinium chloride se 15 are averées particularly advantageous ~.
Inter ~ and the invention will appear ~ reading the examples following applications.
Example 1 A chemical polishing bath was used in accordance with the invention, 20 to polish the internal face of a 27.5 m3 stainless steel tank capacity and 2.5 m in diameter, made of stainless steel grade 316 L, which is Ull steel alloys with chromium (16.0 to 18.8 ~), nickel (10.0 to 14.0%) and molybdenum (2.0 to 3.0%) (Techniques for the Engineer - Metallurgy - Volume I - M.323-17 - March 1974).
The polishing bath used had the following composition:
Acid mixture: 0.3 N phosphoric acid hydrochloric acid 2.5 0.01 N nitric acid Global normality: 2.81 N
Viscosity regulator: methylcellulose produced under the name "Methocel MC 4000" (Dow Chem.Co): 1 g / l Surfactant: laurylpyridinium chloride produced under the name "Dehyquart C" (Henkel Int.Gmb ~): 1 g / l Brightening agent: sulfosalicylic acid: 0.5 g / l ~ s3 ~
We ln ~ roduit the polishing bath in the tank, ralson of 5 1 per dm2 of surface to be polished, and subjected to movement stirring by means of a paddle stirrer while maintaining its temperature at 45C.
After seven and a half hours of treatment, the tank was emptied and we rinsed it with carbonated water ~
At the end of the treatment, the entire interior surface of the tank turned out to be shiny and uniformly smooth to the touch without asperitis or corroded area.
10 ~
For comparison ~ we submitted a tank similar to that of example 1, to a mechanical polishing by means of an abrasive of which the grain size corresponded to n270 of the ASTM series standard sieves.
At the end of the test, the interior surface of the tank is revealed non-homogeneous polish. When touched, the surface still had a non-negligible roughness.
A comparison of Examples 1 and 2 shows that the bath of polishing according to the invention makes it possible to obtain highly polished high quality in large capacity stainless steel tanks, thanks to the application of a chemical action polishing technique slow.