CA2076398A1

CA2076398A1 - Bains et procede pour le polissage chimique de surfaces en acier inoxydable

Info

Publication number: CA2076398A1
Application number: CA002076398A
Authority: CA
Inventors: Marianne Reignier; Francois Dujardin; Leopold Dimartinelly
Original assignee: Individual
Current assignee: Solvay SA
Priority date: 1990-02-23
Filing date: 1991-02-18
Publication date: 1991-08-24
Also published as: PL166062B1; BE1003671A3; RU2060302C1; MY106554A; YU29891A; ATE111972T1; SG20095G; YU47807B; PT96850A; EP0516652A1; BG96809A; HU212489B; KR920703875A; WO1991013188A1; BG60923B1; DE69104188D1; EP0516652B1; JPH05504171A; DE69104188T2; CN1054277A

Abstract

2076398 9113188 PCTABS00106 Bains pour le polissage chimique de surfaces en acier inoxydable, comprenant, en solution aqueuse, un mélange d'acide chlorhydrique, d'acide nitrique et d'acide phosphorique, un acide hydroxybenzoïque éventuellement substitué, un composé abiétique et un additif sélectionné parmi l'acide perchlorique et les sels hydrosolubles de l'acide perchlorique.

Description

207~398 Bains e~ procedé pour le polissage chimique de surfaces en acier inoxydable 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 - U.J. Mc G. TEGART - Dunod - 1960 - p. 122 et suivantes);
elle consiste à traiter les surfaces métalliques a 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 ameliorer la qualite du polissage, il est habituel d'incorporer à ces bains des additifs 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 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 a titre d'agent de brillantage.
Ces bains de polissage connus présentent la particularité
d'attaquer le métal a 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 d'engendrer des corrosions locales. Cette grande vitesse d'action ~; 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 necessité pour le remplissage e~ la ~3G vidange de telles cuves étant en genéral largemen~ superieur à la .~i durée du trai~ement de polissage chimique optimum, il devient en ~.1 .',, ~'', ' ~'O 91/t3188 PCT/BE91/00011 _ 2 - 2~7~39~

effet impossible d'obtenir un poli uniforme de la paroi, certaines zones de celle-ci étant insuffisa~ment polies, d'autres etant profondément corrodées. La grande vitesse d'action des bains de polissage chimique connus rend par ailleurs le controle du polissage difficile.
Dans le document EP-A-274776 (SOLVAY ~ Cie), on décrit des bains de polissage chimique à action tres lente, qui évitent des lors les inconvénients précités. Ces bains connus comprennent, en solution aqueuse, un mélange d'acides chlorhydrique, nitrique et phosphorique, de l'acide sulfosalicylique et un composé abié-tique, tel qu'une abietamine.
Ces bains de polissage connus à action lente sont conçus pour travailler à des temperatures superieures à 50 C, genéra- ---lement comprises entre 60 et 80C.
1; L'invention vise a fournir des bains conçus pour réaliser un -polissage chimique lent et efficace de surfaces en acier inoxy-dable, à des températures de travail inferieures à 50C. -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, d'acide nitrique et d'acide phosphorique, un acide hydroxybenzoïque éventuellement substitué, un composé abietique et un additif sélectionné parmi l'acide perchlorique et les sels hydrosolubles de l'acide perchlorique.
~; Dans les bains selon l'invention l'acide hydroxybenzoïque sert d'agent de brillantage. Il peut être non substitué tel que l~acide salicylique ou substitué tel que l'acide sulfosali-cylique. L'acide salicylique est préféré.
Dans le cadre de l'inv~ntion, les composés abiétiques sont des composés chimiques comprenant un radical abiétyle de formule générale :

. .

.1 . .~ .

W O 91~13t88 PCT/BE91/00011 c~3 C~
l C~3 ~ I \/
C~3 ou un radical hydroabiétyle ou déhydroabiétyle.
Conformément a l'invention, le composé abiétique doit être soluble dans la solution aqueuse.
Des composés abiétiques utilisables dans les bains selon l~invention sont les abiétamines.
Des abiétamines spécialement recommandées pour les bains selon l'invention sont celles de formule générale :
X
RlN

tans laquelle :
- Rl désigne un radical abiétyle, hydroabiétyle ou déhydro-abiétyle défini ci-dessus, - Xl désigne un radical comprenant au moins un groupe carbonyle, et ~ X2 désigne un atome d'hydrogène ou un radical comprenant au ! moins un groupe carbonyle.
;q 15 Des exemples de telles abiétamines, qui conviennent bien l dans les bains selon l'invention, sont celles dans lesquelles ;i l'un au moins des radicaux Xl et X2 est un radical de formule - générale :
-C~2-R2 ~j dans laquelle R2 désigne un reste alkyle lineaire ou cyclique, substitué ou non substitué, saturé ou insaturé, comprenant au moins un groupe carbonyle. Parmi ces composés, on pré~ère ceux dans lesquels le groupe -CH2- est relie à un groupe carbonyle du reste R2 par un atome de carbone portant au moins un atome d'hydrogène. De telles abiétamines substituees et le moyen de les ~` obtenir sont décrits dans le brevet G~ 734665. Des exemples ~ .
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" . ~ " ' ,'''' ,, .,' ',' . , . ' " ' ' `''' . ' ' WO91/t3188 PCltBE91/00011 2Q7~393 d'abiétamines de ce type, utilisables dans les bains selon l~invention, sont celles dans lesquelles le reste alkyle R2 est sélectionné parmi les restes acétonyle, 2-céto butyle, 4-méthyl

2-céto pentényle-3, 4-hydroxy 4-méthyl 2-céto pentyle " 2-céto cyclopentyle, 4-hydroxy 2-céto pentényle-3, 2-ceto cyclohexyle, 2,5-dicéto hexyle et 2-phényl 2-céto éthyle. -Dans les bains seIon l'invention, il convient que les quantités respectives d'additif sélectionné parmi l'acide perchlorique ee ses sels hydrosolubles, d'une part, et de composé
abiétique, d'autre part, soient réglées pour rendre possible une coadsorption sur la surface de l~acier à polir, tout en évitant de dépasser leur produit de solubilité En règle générale, il est opportun que les bains selon l'invention contiennent, par litre, entre 0,OOl et 0,5 mole de l'additif sélectionné parmi l'acide perchlorique et ses sels hydrosolubles et entre 0,005 et l g du composé abiétique.
Les quantités pondérales adéquates des divers constituants des bains selon l'invention dépendene de la nuance de l'acier inoxydable soumis au polissage ainsi que des conditions du polis-sage, notamment du profil de l'objet en acier soumis au polis-sage, de son volume, du volume du bain, de s~ température et de l'agitation à laquelle on le soumet éventuellement. Elles doivent des lors etre déterminées dans chaque cas particulier par des essais de routine au laboratoire. Des exemples de bains conformes a l'invention, adaptés au polissage &'aciers inoxydables austéni-tiques alliés au chrome et au nickel, a des températures comprises entre 25 et 50C comprennent, par litre de solution aqueuse :
. entre 0,5 et 5 moles d'acide chlorhydrique (de préférence , 30 0,5-3 moles), i entre 0,Q05 et l mole d'acide nitrique (de préférence 0,05-0,5 mole), . entre 0,005 et l mole d'acide phosphorique (de preference 0,01-0,5 mole), . entre 0,0005 et 0,5 mole de l'additif sélectionne parmi l'acide perchlorique et ses sels hydrosolubles (de préférence . :
.

. ~ ~ . . . . . ~ .. .

~'0 91/13188 PCT/BE9t;00011 207639~

0,001-0,2 mole), . en~re 0,005 et l ~ de composé abiétique (de préférence 0,01-0,5 g), . entre 0,OOl et 5 g d~acide hydroxybenzoïque substi~ué ou non ; substitué (de prérerence 0,005-0,3 g dans le cas de l~acide non substitué).
Les bains de polissage selon l~invention peuvent éventuel-lement contenir des additifs habituellement présents dans les bains connus pour le polisage chimique des métaux, par exemple des agents tensio-actifs, des alcools et des régulateurs de viscosité. Ils peuvent notamment comprendre des produits de la marque DEHYQUART (Henkel), qui sont des agents tensioactifs sélectionnés parmi les sels d'alkylpyridinium et les sels d'ammonium quaternaires, comprenant des radicaux alkyl, phényl ou 1; benzyl, subs~itués ou non substitués.
Les bains selon l'invention conviennent pour le polissage chimique de toutes surfaces en acier inoxydable austénieique. Ils sont spécialement adaptés au polissage des aciers austénitiques contenant entre 16 et 26 % en poids de chrome et entre 6 et 22 X
en poids de nickel, tels que les aciers de nuance 18/8 et 18~10, exempts de molybdene (norme AISI-304 et 304L). Les bains selon l~invention présentent la particularité de réaliser le polissage de tels aciers a vitesse lente, nécessitant généralement un temps ., de contact compris entre 2 et 20 heures, généralement entre 5 et 1 2; 12 heures. Ils peuvent être utilisés à toutes températures `~ comprises entre 20C et la température d'ébullition Ils -. présentent toutefois la particularité remarquable de presenter .~ une excellente efficacité à des températures inférieures à 50C, généralement comprises entre 35 et 45C, à la pression atmosphé--~ 30 rique normale, ce qui facilite leur mise en oeuvre et simplifie il~ les mesures à prendre pour assurer la salubrité des ateliers de ; polissage. Les bains selon l'invention présentent l'avantage supplementaire de realiser des polissages de bonne qualite 1 d~assemblages soudés selon les règles de l~art.
i~ 3; L'invention concerne aussi un procédé pour le polissage s d~une surface en acier inoxydable, selon lequel on met la surface j ' ' ' .
. ~, .

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~'O 91/13188 PCT/BE91/00011 2~7~398 en contac~ avec un bain àe polissage chimique conrorme a l~invention.
Dans l~exécution du procédé selon l'invention, la mise en -contact de la surface me~allique avec le bain peut etre réalisée de toute manière adéquate, par exemple par immersion. Le temps de -;
contact de la surface a polir avec le bain doit être suffisant pour réaliser un polissage efficace de la surface. Il ne peut toutefois pas excéder une valeur critique au-delà de laquelle le bain perd ses propriétés polissantes Le temps de contact optimum dépend de nombreux paramètres tels que la nuance de l~acier, la configuration et la rugosité initiale de la surface à polir, la composition du bain, la température de travail, l~agitation eventuelle du bain au contact de la surface, le rapport entre l'aire de la surface à polir et le volume du bain; il doit etre 1; déterminé dans chaque cas particulier par un travail de routine au laboratoire.
Dans une forme d'exécution préférée du procédé selon l'invention, le bain est mis en oeuvre à une température comprise entre 20 et 50C, de préférence entre 35 et 45C, à la pression atmosphérique normale, et on maintient la surface à polir au contact du bain pendant un temps compris entre 5 et 12 heures.
!, L'intéret de l'invention va etre mis en évidence à la lecture des exemples exposés ci-apres.
-~ Dans les exemples dont la description suit, on a utilisé des 2; plaques en acier inoxydable de nuance 18/lO Lacier allie au j-~ chrome (18,0 ~) et au nickel (lO,O ~) et exempt de mo}ybdène].
;' Dans chaque exemple, la plaque a eté immergée dans le bain, de polissage, maintenu à une température sensiblement constante 'J et soumis à une agitation modérée~ A l'issue de la période . 30 d~immersion, la plaque a été retirée du bain, rincée à l'eau demineralisée et séchée. On a mesuré les paramètres suivants :
la profondeur moyenne d'attaque du metal, definie par la ;`` relation i ~e = ~QP
S~d ~, j , ..,~
.. ,; , .
W O 91/13188 PCT/~E91/00011 où S designe l~aire de la plaque (en cm2), d désigne la masse spécifique du métal (en g/cm3), ~P designe la perte en poids (en g) de la plaque pendant l'immersion ~ans le bain, ; ~e désigne la profondeur d'attaque (~m), . la rugosité moyenne arithmetique Ra~ qui est la déviation moyenne par rapport à la surface moyenne de la plaque (Encyclopedia of Materials Science and Engineering, Michael B. Bever, ~ol. 6, 1986, Pergamon Press, pages 4806 à 4808 (page 4806) :
~L
Ra = 1 ¦ IY(X) IdX

J O
les mesures etant effectuées avec un palpeur muni d'une pointe de 5 ~m de diamètre et correspondant a une valeur de cut-off égale à 0,25 ~m.
. la brillance de la surface.
Exemple l (conforme à l'invention) On a mis en oeuvre un bain de polissage conforme a l'invention, comprenant, par litre :
. 2,0 moles d'acide chlorhydrique, :~
. 0,2 mole dtacide nitrique, . 0,2 mole d~acide phosphorique, . O,l mole d'acide perchlorique, . O,l g d'acide sulfosalicylique, . 0,1 g du produit RODINE 213, qui est un mélange d'abiétamines substituées, d'isopropanol et d'agents tensioactifs (RODINE
2; etant une marque déposée de Amchem Products Inc.~
Les conditions opératoires furent les suivantes :
` . volume du bain : 1940 cm3, . aire de la surface soumise au polissage : 87 cm2, . température : 35DC, 30 . durée de l'immersion : ll heures.
;~On a relevé les resultats suivants :
~. profondeur moyenne d'attaque : 27 um ;

:, .

. . . . . .
, .... .. . . . ~ ~

~'0 91/13188 PCT/BE91/OnOl1 2~76398 . rugosi~é moyenne arithmétique : -. avant le polissage : 0,3 + 0,1 ~m, . après le polissage : 0,11 + 0,02 ~m.
L'aspect de la surface est satiné.
5 Exemple 2 (conforme a l~invention) On a mis en oeuvre un bain de polissage conforme à
l'invention, comprenant, par litre :
. 1,5 mole d'acide chlorhydrique, . 0,1 mole d'acide nitrique, l . 0,2 mole d'acide phosphorique, . 0,02 mole d'acide perchlorique, . 0,1 g d~acide salicylique, . 0,15 g du produit RODINE 213 défini à l'exemple 1.
Les conditions opératoires furent les suivantes :
~ 1~ . volume du bain : 970 cm , Il . aire de la surface soumise au polissage : 43 cm2, . te~pérature : 35C, . durée de l'immersion : 12 heures.
On a relevé les résultats suivants :
, 20 . profondeur moyenne d'attaque : 25 ~m ;
. rugosite moyenne arithmétique . avant le polissage : 0,3 ~m, . après le polissage : 0,11 ~m.
. Brillance [sous un angle de 30 degrés (selon la norme ASTM
E430)l : 28 ~.
Exemple 3 (essai de référence) r, On a répété l'essai de l'exemple 2 avec un bain de polissage non conforme à l'invention, ne contenant ni l'acide perchlorique, ni le composé abiétique. Le bain comprenait, par litre :
30 . 1,5 mole d'acide chlorhydrique, ~ -. 0,1 mole d'acide nitrique, ~! . 0,2 mole d'acide phosphorique, `~ . 0,1 g d'acide salicylique Les conditions opératoires furent les suivantes :

3; . volume du bain : 970 cm3, . aire de la surface soumise au polissage : 43 cm2, .
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.:,. , ' .. , :;' " . . ~ ' : ', W 0 91/13188 PCr/BE91/00011 g . température : 35C, . durée de l'immersion : 9 heures, 30 minutes.
On a relevé les resultats suivants :
. profondeur moyenne d'attaque : 25 ~m ;
; 5 . rugosité moyenne arithmétique . avant le polissage : 0,23 ~m, . après le polissage : 0,27 ~m.
. On observe une augmentation de la rugosité.

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Claims

R E V E N D I C A T I O N S

1 - Bains pour le polissage chimique de surfaces en acier inoxydable, comprenant, en solution aqueuse, un mélange d'acide chlorhydrique, d'acide nitrique et d'acide phosphorique, un agent de brillantage sélectionné parmi les acides hydroxybenzoïques éventuellement substitués et un composé abiétique, caractérisés en ce qu'ils comprennent un additif sélectionné parmi l'acide perchlorique et les sels hydrosolubles de l'acide perchlorique, en une quantité comprise entre 0,001 et 0,5 mole par litre de la solution, le composé abiétique étant présent en une quantité
comprise entre 0,005 et 1 g par litre de solution.

2 - Bains selon la revendication 1, caractérisés en ce que l'acide hydroxybenzoïque est de l'acide salicylique.

3 - Bains selon la revendication 1, caractérisés en ce que l'acide hydroxybenzoïque substitué est de l'acide sulfosali-cylique.

4 - Bains selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisés en ce que le composé abiétique est une abiétamine substituée te formule générale :

dans laquelle :
- R1 désigne un radical abiétyle, hydroabiétyle ou déhydro-abiétyle, - X1 désigne un radical comprenant au moins un groupe carbonyle, et - X2 désigne un atome d'hydrogène ou un radical comprenant au moins un groupe carbonyle.

5 - Bains selon la revendication 4, caractérisés en ce que l'un au moins des radicaux X1 et X2 est un radical de formule générale :

où R2 désigne un reste alkyle linéaire ou cyclique, substitué ou non substitué, saturé ou insaturé, comprenant au moins un groupe carbonyle.

6 - Bains selon la revendication 5, caractérisés en ce que le reste alkyle R2 est sélectionné parmi les restes acétonyle, 2-céto butyle, 4-méthyl 2-céto pentényle-3, 4-hydroxy 4-méthyl 2-céto pentyle, 2-céto cyclopentyle, 4-hydroxy 2-céto pentényle-3, 2-céto cyclohexyle, 2,5-dicéto hexyle et 2-phényl 2-céto éthyle

7 - Bains selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisés en ce qu'ils comprennent, par litre de solution aqueuse, . entre 0,5 et 5 moles d'acide chlorhydrique, . entre 0,005 et 1 mole d'acide nitrique, . entre 0,005 et 1 mole d'acide phosphorique, . entre 0,0005 et 0,5 mole de l'additif sélectionné parmi l'acide perchlorique et ses sels hydrosolubles, . entre 0,005 et 1 g de composé abiétique, . entre 0,001 et 5 g d'acide hydroxybenzoïque substitué ou non substitué.

8 - Bains selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, pour le polissage chimique des surfaces en aciers austénitiques.

9 - Bains selon la revendication 8, pour le polissage chimique de surfaces en aciers austénitiques, alliés au chrome et au nickel et exempts de 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 10, que l'on maintient à une température comprise entre 20 et 50°C.