CA2027889A1

CA2027889A1 - Bains et procede pour le polissage chimique de surfaces en acier inoxydable

Info

Publication number: CA2027889A1
Application number: CA002027889A
Authority: CA
Inventors: Christian Franck; Jean-Marie Oreins
Original assignee: Solvay SA
Current assignee: Solvay SA
Priority date: 1989-10-26
Filing date: 1990-10-17
Publication date: 1991-04-27
Also published as: FI905262A0; NO904623D0; BE1003579A3; JPH03193887A; KR910008166A; EP0425013A1; NO904623L

Abstract

Bains et procédé pour le polissage chimique de surfaces en acier inoxydable Bains pour le polissage chimique de surfaces en acier inoxydable, comprenant, en solution aqueuse, un mélange d'acide chlorhydrique et d'acide nitrique, un dérivé quinonique, un surfactant et un agent de brillantage sélectionné parmi les naphtalènes et les quinoléines substitués par au moins un groupe hydroxy et un groupe sulfonate. Les bains conviennent pour le polissage chimique de surfaces en acier austénitique au contact desquelles ils sont maintenus dans un état stagnant. Pas de figure.

Description

Bains et procédé pour le polissage chimique de surfaces en acier inoxydable .
- Cas S 89/38 SOLVAY & Cie (Société Anonyme) La présente invention a pour objet la composition de bains pour le polissage chimique de surfaces en acier inoxydable.
Le polissage chimique des surfaces métalliques constitue une technique bien connue (Polissage électrolytique et chimique des métaux - W.J. Mc G. TEGART - Dunod - 1960 - p. 122 et suivantes);
elle consiste à traiter les surfaces métalliques à polir avec des bains oxydants. Pour le polissage chimique des aciers inoxydables austénitiques, on utilise généralement des bains comprenant un mélange, en solution aqueuse, d'acides chlorhydrique, phospho-rique et nitrique (brevet US-A-2662814). Pour améliorer la qualité du polissage, il est habituel d'incorporer à ces bains des addi~ifs adéquats tels que des agents tensio-actifs, des régulateurs de viscosité et des agents de brillantage. Ainsi, dans le brevet US-A-3709824, on décrit une composition d~un bain 15 pour le polissage chimique de surfaces en acier inoxydable, -comprenant, en solution aqueuse, un mélange d'acide phosphorique, , d'acide nitrique et d'acide chlorhydrique, un régulateur de viscosité choisi parmi les polymères hydrosolubles, un surfactant et de l~acide sulfosalicylique à titre d'agent de brillantage.
Ces bains de polissage connus présentent la particularité
d'attaquer le métal à très grande vitesse. Un traitement de polissage d'une surface en acier inoxydable avec de tels bains ne peut généralement pas excéder quelques minutes, sous peine q~ d'engendrer des corrosions locales. Cette grande vitesse d'action ~; 25 des bains de polissage connus est un inconvénient, car elle les rend inutilisables pour certaines applications, notamment pour le ! polissage de la face interne des parois de cuves de grandes dimensions, telles que des chaudières, des autoclaves ou des cristalliseurs. Le temps nécessité pour le remplissage et la 30 vidange de telles cuves étant en général largement supérieur à la 3 durée du traitement de polissage chimique optimum, il devient en `

: .
:, -effet impossible d'obtenir un poli uniforme de la paroi, certaines zones de celle-ci étant insuffisamment polies, d'autres étant profondément corrodées. La grande vitesse d'action des bains de polissage chimique connus rend par ailleurs le contrôle du polissage difficile.
Dans les documents EP-B-19964, EP-A-193239, EP-A-206386 et EP-A-274776 (SOLVAY & Cie), on décrit des bains de polissage chimique à action très lente, qui évitent dès lors les incon-vénients précités. Les bains décrits dans ces quatre documents comprennent, en solution aqueuse, un mélange d'acides chlorhy-drique, nitrique et phosphorique, associé à des additifs adéquats. Ainsi, les bains décrits dans le document EP-A-19964 comprennent de l'acide sulfosalicylique, du chlorure d'alkyl-pyridinium et de la méthylcellulose. Les bains décrits dans le document EP-A-193239 comprennent des ions complexes ferricyanure et éventuellement des ions bromure, iodure ou thiocyanate. Les bains décrits dans le document EP-A-206386 comprennent des ions complexes ferricyanure, ainsi que de l'urée ou un dérivé de l'urée. Les bains décrits dans le document EP-A-274776 comprennent un composé abiétique, tel qu'une abiétamine.
Ces bains de polissage connus à action lente présentent la particularité de devoir etre le siège d'une agitation réglée pendant leur utilisation pour le polissage d'une surface en acier. Les paramètres optimum de l~agitation qu'il convient de réaliser dépendent de divers facteurs, notamment de la géométrie et des dimensions de la surface soumise au polissage, ce qui peut entraîner des difficultés dans certains cas.
L'invention visela résoudre ces difficultés liées aux bains de polissage connus, en fournissant des bains conçus pour réaliser un polissage chimique lent et efficace de surfaces en acier inoxydable, sans nécessiter une agitation.
En conséquence, l'invention concerne des bains pour le polissage chimique de surfaces en acier inoxydable, comprenant, en solution aqueuse, un mélange d'acide chlorhydrique et d'acide nitrique, un dérivé quinonique, un surfactant et un agent de brillantage sélectionné parmi les naphtalènes et les quinoléines ~-~

substitués par au moins un groupe hydroxy et un groupe sulfonate.
On entend désigner par dérivé quinonique à la fois les quinones et les dérivés des quinones. Le choix du dérivé quino-nique n'est pas critique, pourvu qu'il soit soluble dans la solution aqueuse des acides. Des exemples préférés de dérivés quinoniques utilisables dans le cadre de l'invention sont la benzoquinone et ses dérivés tels que la tétrachlorobenzoquinone, les hydroxybenzènes non substitués tels que l'hydroquinone, le pyrogallol, le pyrocatéchol et les hydroxybenzènes substitués, IQ tels que la chlorohydroquinone et le 2,5-dihydroxy 1,4-disul-fonate benzène.
Le surfactant a pour fonction d'assurer une distribution homogène du bain sur la surface métallique soumise au polissage.
On le choisit de préférence parmi les phénols polyalcoxylés substitués, sur le groupe phénol, par au moins un radical alkyl, aryl, alkylaryl ou arylalkyl; les produits TRITON (marque déposée de ROHM & HAAS CO) constituent des exemples de surfactants de ce type, utilisables dans les bains selon l'invention.
L'agent de brillantage est sélectionné parmi les naphtalènes substitués par au moins un groupe hydroxy et un groupe sulfonate et les quinoléines substituées par au moins un groupe hydroxy et un groupe sulfonate. L'agent de brillantage est sélectionné parmi ceux de ces composés, qui forment des complexes hydrosolubles avec les ions ferriques libérés dans le bain. Des exemples de tels composés sont décrits dans Soviet Electrochemistry 14, (1978) 8, pages 1011 à 1017 (Bershadskaya et al : "Choice of brightener for chemical polishing of stainless steel"). Le 1,8-dihydroxy 3,6-disulfonate naphtalène, le 2,3-dihydroxy 7-sulfonate naphtalène, le 4-hydroxy 2-sulfonate 6-amino 30 naphtalène et le 8-hydroxy 5-sulfonate quinoléine conviennent - -bien.
Dans les bains selon l'invention, le mélange d'acide chlorhydrique et d'acide nitrique peut éventuellement contenir d'autres acides minéraux communément utilisés dans les bains de polissage chimique, par exemple de l'acide phosphorique et/ou de l'acide sulfurique.

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Dans une forme de réalisation particulière des bains selon l~invention, ceux-ci contiennent en outre un additif capable de décomposer l'acide nitreux Dans cette forme de réalisation de l~invention, ledit additif a pour fonction de décomposer une partie au moins de l'acide nitreux qui est généré dans le bain pendant le polissage d'une surface en acier. En principe, cet additif peut être choisi parmi toutes les substances organiques et inorganiques qui sont capables de décomposer l'acide nitreux en milieu aqueux. Des exemples de tels additifs sont les ions ~0 bromure, iodure et thiocyanate, l~acide sulfamique, l'hydroxy-lamine, l'hydrazine, l'acétone, les amines primaires, secondaires et tertiaires, l'urée et les dérivés de l'urée.
Les quantités pondérales adéquates des divers constituants des bains selon l'invention dépendent de la nuance de l'acier inoxydable soumis au polissage ainsi que des conditions du polissage, notamment du profil de l'objet en acier soumis au polissage, de son volume, du volume du bain et de sa température;
elles doivent dès lors être déterminées dans chaque cas parti-culier par des essais de routine au laboratoire. Des exemples de bains conformes à l'invention, adaptés au polissage d'aciers inoxydables austénitiques alliés au chrome, au nickel et au ~ -molybdène comprennent, par litre de solution aqueuse :
. entre 1,5 et 5 moles d'acide chlorhydrique, . entre 0,05 et 0,5 mole d'acide nitrique, . entre 0 et 1 mole d'acide phosphorique, . entre 0 et 1 mole d'acide sulfurique, . èntre 0,001 et 0,2 mole du dérivé quinonique, . entre 0,001 et 0,05!mole de l~agent de brillantage, . entre 0 et 0,7 mole de l'additif capable de décomposer l'acide nitreux, . entre 0,5 et 10 ml du surfactant. ~ ~
Les bains selon l'invention, conviennent pour le polissage - -chimique de toutes surfaces en acier inoxydable austénitique allié au molybdène. Ils sont spécialement adaptés au polissage des aciers austénitiques alliés au chrome, au nickel et au molybdène, notamment ceux contenant entre 12 et 26 % en poids de :~' 6``

chrome, entre 6 et 22 % en poids de nickel et entre 1 et 6 % en poids de molybdène. Les bains selon l'invention présentent la particularité de réaliser le polissage de tels aciers à vitesse lente, nécessitant généralement un temps de contact compris entre

2 et 60 heures, généralement entre 10 et 50 heures. Ils présentent la particularité supplémentaire de réaliser le polissage à l'état stagnant, c'est à dire qu'ils ne nécessitent pas d'être le siège d'une agitation au contact des surfaces métalliques traitées. Ces particularités des bains selon l'invention leur confèrent l'avantage de simplifier considéra-blement les opérations du polissage et, par voie de conséquence, de réduire le coût de celui-ci.
L'invention concerne dès lors aussi un procédé pour le polissage d'une surface en acier inoxydable, selon lequel on met la surface en contact avec un bain de polissage chimique conforme à l'invention, le bain étant maintenu dans un état stagnant au contact de la surface.
L'intérêt de l'invention va être mis en évidence à la lecture des exemples d'application exposés ci-après. ~-Les exemples dont la description suit concernent des essais de polissage chimique au moyen de quelques bains conformes à ~ -~
l'invention. Dans les essais, on a utilisé des plaques en acier inoxydable de nuance AISI-316L lacier allié au chrome (16,0 à -18,0 X), au nickel (10,0 à 14,0 %) et au molybdène (2,0 à

3,0 %)], présentant une rugosité moyenne arithmétique initiale (avant le polissage) comprise entre 0,35 et 0,45 ~m. ~-Dans chaque essai, la plaque a été immergée dans le bain de polissage, dont le volume (Vj a été choisi en fonction de la surface latérale totale (S) de la plaque, de manière à réaliser un rapport S/V = g m~l Pendant toute la durée de l'immersion, le bain a été
maintenu dans un état sensiblement stagnant et sa température a ;~
été maintenue constante. A l'issue de la période d'immersion, la ~ ~`
plaque a été retirée du bain, rincée à l'eau déminéralisée et 35 séchée. On a mesuré les paramètres suivants : ;

,'" . " ,:

. la profondeur moyenne d'attaque du métal, définie par la relation 1~4 Qe = ~P
S.d où S désigne l'aire de la plaque (en cm2), d désigne la masse spécifique du métal (en g/cm3), QP désigne la perte en poids (en g) de la plaque pendant l'immersion dans le bain, . .
~e désigne la profondeur d'attaque (~m) . la rugosité moyenne arithmétique Ra~ qui est la déviation moyenne par rapport a la surface moyenne de la plaque (Encyclopedia of Materials Science and Lngineering, Michael B. Bever, Vol. 6, 1986, Pergamon Press, pages 4806 à 4808 (page 4806)): ::
Ra = 1 J ¦Y(X) Idx ~;
.,.- ~ ., . la brillance de la surface sous un angle de 60 degrés (selon la ~ ;
norme ASTM D523). ~ :~
Exemple 1 ~ :
On a mis en oeuvre un bain de polissage conforme à
l'invention, comprenant9 par litre ~
. 2,3 moles d'acide chlorhydrique, . 0,3 mole d'acide phosphorique, ;-:~
. 0,1 mole d'acide nitrique, . 0,05 mole d'acide sulfamique, ;
. 10 g de pyrogallol . 6 g de 1,8-dihydroxy 3,6-disulfonate naphtalène, :~
. 5 ml du surfactant TRITON X 305 (marque déposée de ROHM &
HAAS CO).
Le temps d'immersion de la plaque dans le bain a été de :;: .:
41 heures et la température du bain a été maintenue à 45C. On a ~ ~
relevé les résultats suivants, à l'issue du polissage : :: .
. profondeur moyenne d'attaque : 23,0 ~m ; ~-. rugosité moyenne arithmétique : 0,24 ~m ;
;
.

~j d,. "

~" ' ; ` 7 ' , , ~ _ . brillance : 26,8 X.
Exemple 2 .
Composition du bain (pour un litre) :
. 2,7 moles d'acide chlorhydrique, . 0,1 mole d'acide phosphorique, . 0,1 mole d'acide nitrique, . 0,1 msle d'acide sulfurique, . 0,03 mole d'iodure de potassium, . 0,5 g de pyrocatéchol, . 1 g de chlorohydroquinone, . 7 g de 2,3-dihydroxy 7-sulfonate naphtalène, . 0,5 g de 8-hydroxy 5-sulfonate quinoléine, . 3 ml du surfactant TRITON X 102 (marque déposée de ROHM &
HAAS CO).
Durée de l'immersion : 17 heures.
Température du bain : 45C.
Résultats du polissage :
. profondeur moyenne d'attaque : 30,2 ~m, . rugosité moyenne arithmétique : 0,25 ~m, . brillance : 18,6 %.
Exemple 3 -~
Composition du bain (pour un litre) :
. 3 moles d'acide chlorhydrique, . 0,1 mole d'acide nitrique, ~-. 0,2 mole d'acide sulfurique, ~;
. 1 g d'hydroquinone, ` ~;
. 8 g de 4-hydroxy 2-sulfonate 6-amino naphtalène, ~ -. 0,25 g de benzbylacétone, . 1 ml du surfactant TRITON DF 16 (marque déposée de RO~M &

HAAS CO), ;~
. 5 ml du surfactant TRITON X 102 (marque déposée de ROHH &
H M S CO), . 5 ml de méthanol.
Durée de l'immersion : 17 heures, 30 minutes.
Température du bain : 45C.
Résultats du polissage :

: : :
.
:~

. profondeur moyenne d'attaque : 26,0 ~m, . rugosité moyenne arithmétique : 0,15 ~m, . brillance : 48,1 %.
Exemple 4 Composition du bain (pour un litre) :
. 2,3 moles d'acide chlorhydrique, . 0,1 mole d'acide nitrique, . 0,2 mole d'acide phosphorique, . 0,05 mole de thiourée, . 2 g de chlorohydroquinone, . 3 g de 2,3-dihydroxy 7-sulfonate naphtalène, . 3 ml du surfactant TRITON X 102 (marque déposée de ROHM
HAAS CO). -Durée de l'immersion : 48 heures.
- l5 Température du bain : 45C. - ~
Résultats du polissage : ~ -. profondeur moyenne d'attaque : 11,1 ~m, . rugosité moyenne arithmétique : 0,18 ~m, . brillance : 18,0 %.
Exemple 5 .: :
Composition du bain (pour un litre) :
. 3,2 moles d'acide chlorhydrique, . 0,1 mole d'acide nitrique, . 0,1 mole d'acide sulfurique, . 0,05 mole d'hexylamine, . 1,25 g de 2,5-dihydroxy 1,4-disulfonate benzène, . 0,25 g d'acide salicylique, . l g de 4-aminophénol.
Durée de l'immersion : 8 heures.
Température du bain : 45C.
Résultats du polissage :
. profondeur moyenne d'attaque : 33,1 ~m, . rugosité moyenne arithmétique : 0,25 ~m, . brillance : 25,4 Z.

_ 9 _ Exemple 6 Composition du bain (pour un litre) :
. 4 moles d'acide chlorhydrique, . 0,3 mole d'acide nitrique, . 0,1 mole d'acide sulfurique, . 0,2 mole d'urée, . 0,5 g de tétrachlorobenzène, . 0,5 g de chlorohydroquinone, . 5 g de 2,3-dihydroxy 7-sulfonate naphtalène, . 3 g de 1,8-dihydroxy 3,6-disulfonate naphtalène, . 0,5 g de 8-hydroxy 5-sulfonate quinoléine, . 3 ml du surfactant TRITON X 305 (marque déposée de ROHM
H M S CO).
Durée de l'immersion : 25 heures.
Température du bain : 25C.
Résultats du polissage :
¦ . profondeur moyenne d'attaque : 16,1 ~m, ~ . rugosité moyenne arithmétique : 0,27 ~m, ¦ . brillance : 12,2 %.
Exemple 7 Composition du bain (pour un litre) :
. 3,2 moles d'acide chlorhydrique, . 0,2 mole d'acide nitrique, ~ . 0,2 mole d'acide phosphorique, 2 25 . 0,1 mole d'acide sulfurique, `~ . 0,1 mole d'urée, . 10 g de pyrogallol, . 1,5 g d'hydroquinone, . 0,5 g de 4-hydroxy 2-sulfonate 6-amino naphtalène, . 5 ml du surfactane TRITON X 165 (marque déposée de ROHM
~AAS CO).
Durée de l'immersion : 32 heures.
Température du bain : 25C.
Résultats du polissage :
. profondeur moyenne d'attaque : 9,5 ~m, ,~ . rugosité moyenne arithmétique : 0,22 ~m, . brillance : 26,1 %.

Claims

1 - Bains pour le polissage chimique de surfaces en acier inoxydable, comprenant, en solution aqueuse, un mélange d'acide chlorhydrique et d'acide nitrique, caractérisés en ce qu'ils comprennent, dans la solution aqueuse, un dérivé quinonique, un surfactant et un agent de brillantage sélectionné parmi les naphtalènes et les quinoléines substitués par au moins un groupe hydroxy et un groupe sulfonate.

2 - Bains selon la revendication 1, caractérisés en ce que le dérivé quinonique est sélectionné parmi les hydroxybenzènes substitués ou non substitués.

3 - Bains selon la revendication 1 ou 2, caractérisés en ce que le surfactant est un phénol polyalcoxylé substitué, sur le groupe phénol, par au moins un radical alkyl, aryl, alkylaryl ou arylalkyl.

4 - Bains selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisés en ce que l'agent de brillantage est sélectionné
parmi le 1,8-dihydroxy 3,6-disulfonate naphtalène, le 2,3-dihydroxy 7-sulfonate naphtalène, le 4-hydroxy 2-sulfonate 6-amino naphtalène et la 8-hydroxy 5-sulfonate quinoléine.

5 - Bains selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisés en ce qu'ils comprennent en outre, dans la solution aqueuse, un additif capable de décomposer l'acide nitreux.

6 - Bains selon la revendication 5, caractérisés en ce que l'additif capable de décomposer l'acide nitreux est sélectionné
parmi l'urée, les dérivés de l'urée et l'acide sulfamique.

7 - Bains selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisés en ce que le mélange d'acides contient en outre de l'acide phosphorique et/ou de l'acide sulfurique.

8 - Bains selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisés en ce qu'ils comprennent, par litre de la solution aqueuse, ? entre 1,5 et 5 moles d'acide chlorhydrique, ? entre 0,05 et 0,5 mole d'acide nitrique, ? entre 0 et 1 mole d'acide phosphorique, ? entre 0 et 1 mole d'acide sulfurique, ? entre 0,001 et 0,2 mole du dérivé quinonique, ? entre 0,001 et 0,05 mole de l'agent de brillantage, ? entre 0 et 0,7 mole de l'additif capable de décomposer l'acide nitreux, ? entre 0,5 et 10 ml du surfactant.

9 - Bains selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, pour le polissage de surfaces en aciers austénitiques alliés au nickel, au chrome et au molybdène.

10 - Procédé pour le polissage d'une surface en acier inoxy-dable, selon lequel on met la surface en contact avec un bain de polissage chimique, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre un bain conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, et on maintient le bain dans un état stagnant au contact de la surface.