CN101368272A - 铝及铝合金材料抛光液 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种铝及铝合金材料抛光液，其包括磨料、表面活性剂、氧化剂、pH调节剂、光亮剂以及去离子水；各种组分所占的重量百分比为：磨料为10％至40％，表面活性剂为0.01％至0.6％，氧化剂为0.5％至10％，pH调节剂为1％至6％，光亮剂为1％至15％，去离子水为余量；该抛光液的pH值为8至10；可用于铝及铝合金材料的表面抛光加工中，有效减少铝合金材料抛光后的表面划伤，降低铝合金材料抛光后的表面粗糙度，提高铝合金材料的加工质量，且该抛光液具有使抛光速率加快，不腐蚀设备以及使用安全性能高等优点；使用该抛光液还能杜绝加工过程中产生碱雾及氨气的问题，优化工作环境。

Description

铝及铝合金材料抛光液
技术领域.
本发明涉及抛光液，尤其涉及一种铝及铝合金材料抛光液。
背景技术
目前，国内外在铝及铝合金制品生产过程中，基本沿用传统的“三酸”化学抛光工艺对铝及铝合金材料进行抛光。抛光时会产生大量黄色NO2气体，造成工作环境空气的污染，严重影响工人的身体健康；另外，该气体排放到外部进一步造成对大气的污染。日本专利昭58-45380提出了在含氢氧化钠，硝酸盐或亚硝酸盐的铝化学抛光溶液中加入重金属盐及硅化物而构成的铝及铝合金碱性化学抛光液，以减少NO2气体的产生和污染问题，同时，重金属盐是一种无机光亮剂，而硅化物可以延长制品出槽后的空停时间，减少与空气接触产生的碱性腐蚀，从而可以提高铝及铝合金材料的抛光质量，有效改善铝及铝合金制品的质量。但是，由于这种抛光液的溶液腐蚀速度快，整平效果差，致使制品表面容易出现“点状小泡”或者“橘子皮”状缺陷，很难满足对表面要求高的精致铝制品的生产要求；另外在生产过程中会产生大量的碱雾和氨气，碱雾和氨气也会污染工作环境的空气，对生产工人的身体健康仍存在有不良影响。
此外，对铝及铝合金材料进行抛光，要求材料表面应该具有均匀且优良的状态。事实是铝及铝合金材料是柔软和可锻的金属，例如铝镁合金退火后硬度仅为.0.9GPa，抛光时很容易产生划痕。划痕主要有两种方式产生：一是氧化铝，在铝的表面自然形成，它是比铝更硬的材料，一旦被磨掉时，该氧化铝层粒子可能聚集到一起而划伤铝材的表面，因此必须使用能够尽量避免磨掉铝氧化物粒子复聚的磨料组合物的抛光液；二是构成磨料组合物的粒子，若其形状和粗糙度未得到适当的控制，也会划伤铝表面，因此使用二氧化硅的水溶性胶体比基于汽相法二氧化硅或铝氧化物的磨料更为有利。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种铝及铝合金材料抛光液，其包括磨料、表面活性剂、氧化剂、PH调节剂、光亮剂以及去离子水，该抛光液的PH值为8至10，可用于铝及铝合金材料的表面抛光加工中，杜绝加工过程中产生碱雾及氨气的问题，优化工作环境；有效减少铝及铝合金材料抛光后的表面划伤，降低铝及铝合金材料抛光后的表面粗糙度，增加铝及铝合金材料表面的光亮度，提高铝及铝合金材料的加工质量；且该抛光液具有使抛光速率加快，不腐蚀设备以及使用安全性能高等优点。
本发明的目的是由以下技术方案实现的。
本发明铝及铝合金材料抛光液，其特征在于：包括磨料、表面活性剂、氧化剂、PH调节剂、光亮剂以及去离子水；上述各种组分所占的重量百分比为：磨料为10％至40％，表面活性剂为0.01％至0.6％，氧化剂为0.5％至10％，PH调节剂为1％至6％，光亮剂为1％至15％，去离子水为余量。
前述的铝及铝合金材料抛光液，其特征在于，所述磨料是粒径为10nm至100nm的水溶性二氧化硅溶胶液；所述磨料的粒径优选20至80nm的水溶性二氧化硅溶胶液、粒径为8-80nm的水溶性氧化铝粉末或氧化铈粉末，所述磨料的粒径优选15-60nm的水溶性氧化铝粉末或氧化铈粉末。
前述的铝及铝合金材料抛光液，其特征在于：前述的表面活性剂为聚氧乙烯醚，多元醇聚氧乙烯醚羧酸酯或烷基醇酰胺；前述聚氧乙烯醚是脂肪醇聚氧乙烯醚；前述的多元醇聚氧乙烯醚羧酸酯是失水山梨醇聚氧乙烯醚酯；前述烷基醇酰胺是月桂酰单乙醇胺。
前述的铝及铝合金材料抛光液，其特征在于：所述氧化剂是氯酸盐、高氯酸盐、亚氯酸盐、碘酸盐、硝酸盐、硫酸盐、过硫酸盐、过氧化物、臭氧处理水和过氧化氢中的一种或者几种；所述氧化剂优选过氧化氢。
前述的铝及铝合金材料抛光液，其特征在于：所述光亮剂为水杨酸、炔醇或其衍生物；比如水杨酸、磺基水杨酸、磺基水杨酸，乙基水杨酸，炔醇或炔二醇，炔三醇等。
前述的铝及铝合金材料抛光液，其特征在于：所述PH值调节剂为无机碱、有机碱或它们的组合；所述无机碱为氢氧化钾或氢氧化钠；所述有机碱为多羟多胺和胺中的一种或它们的组合。
前述的铝及铝合金材料抛光液，其特征在于：所述多羟多胺为三乙醇胺、四羟基乙二胺或六羟基丙基丙二胺；所述胺为乙二胺、四甲基氢氧化胺、二甲基乙酰胺或三甲基乙酰胺。
前述的铝及铝合金材料抛光液的制备方法，其特征在于，首先将所需重量的磨料放置在千级净化室的环境内，于真空压力下，通过质量流量计输入容器罐中，然后将其余组分加入另一盛有所需重量的去离子水的容器罐中，进行充分搅拌至均匀后加入到放置磨料的容器罐中，继续搅拌至混合均匀状态，即制备成成品抛光液。
前述的铝及铝合金材料抛光液的制备方法，其特征在于：所述千级净化室的环境温度为常温；真空压力为10-1至0MPa。
本发明用于铝合金材料抛光液的有益效果，该抛光液使用粒径较小的水溶性二氧化硅溶胶为磨料，既提高了磨料的分散性能，又可减少抛光后铝合金材料表面的划伤，而且使抛光后的铝合金材料表面粗糙度降低，光亮度提高，避免表面出现“点状小泡”或“橘皮状”的缺陷；另外，可以大大提高抛光速率；再者，本发明的抛光液为碱性，抛光过程中有机碱稳定，不产生碱雾和氨气，化学稳定性好，不腐蚀设备，使用的安全性能理想。
具体实施方式
本发明铝合金材料抛光液，其特征在于：包括磨料、表面活性剂、氧化剂、PH调节剂、光亮剂以及去离子水；上述各种组分所占的重量百分比为：磨料为10％至40％，表面活性剂为0.01％至0.6％，氧化剂为0.5％至10％，PH调节剂为1％至6％，光亮剂为1％至15％，去离子水为余量。
本发明铝合金材料抛光液，其中，磨料是粒径为10nm至100nm的水溶性二氧化硅溶胶、粒径为8至80nm的氧化铝粉末或氧化铈粉末；磨料的粒径优选20至80nm的水溶性二氧化硅溶胶、15至60nm的氧化铝粉末或氧化铈粉末。
本发明铝及铝合金材料抛光液，其中，表面活性剂为非离子型表面活性剂；该非离子型表面活性剂为聚氧乙烯醚类化合物、多元醇聚氧乙烯醚羧酸酯或烷基醇酰胺；该聚氧乙烯醚类化合物为脂肪醇聚氧乙烯醚，该脂肪醇聚氧乙烯醚是聚合度为20的脂肪醇聚氧乙烯醚(0-20)、聚合度为25的脂肪醇聚氧乙烯醚(0-25)或者聚合度为40的脂肪醇聚氧乙烯醚(0-40)；该多元醇聚氧乙烯醚羧酸酯为失水山梨醇聚氧乙烯醚酯，该失水山梨醇聚氧乙烯醚酯为聚合度为40的失水山梨醇聚氧乙烯醚酯(T-40)、聚合度为60的失水山梨醇聚氧乙烯醚酯(T-60)或者聚合度为80的失水山梨醇聚氧乙烯醚酯(T-80)，该烷基醇酰胺是月桂酰单乙醇胺。
本发明铝及铝合金材料抛光液，其中，氧化剂是氯酸盐、高氯酸盐、亚氯酸盐、碘酸盐、硝酸盐、硫酸盐、过硫酸盐、过氧化物、臭氧处理水和过氧化氢中的一种或者几种，氧化剂优选过氧化氢。
本发明铝及铝合金材料抛光液，其中，光亮剂为水杨酸、炔醇或其衍生物，包括比如水杨酸、磺基水杨酸、磺基水杨酸、乙基水杨酸、炔醇、炔二醇或炔三醇等。
本发明铝及铝合金材料抛光液，其中，PH值调节剂为无机碱、有机碱或它们的组合；无机碱为氢氧化钾、氢氧化钠或过氧焦磷酸钠；有机碱为多羟多胺和胺中的一种或它们的组合，该多羟多胺为三乙醇胺、四羟基乙二胺或六羟基丙基丙二胺；胺为乙二胺、四甲基氢氧化铵、二甲基乙酰胺或者三甲基乙酰胺。
本发明铝及铝合金材料抛光液的制备方法，其特征在于，首先将所需重量的磨料放置在千级净化室的环境内，于真空压力下，通过质量流量计输入容器罐中，然后将其余组分加入另一盛有所需重量的去离子水的容器罐中，进行充分搅拌至均匀后加入到放置磨料的容器罐中，继续搅拌至混合均匀状态，即制备成成品抛光液。所述的千级净化室的环境温度为常温；真空压力为10-1至0MPa。
实施例1：
称取30克30nm水溶性二氧化硅溶胶液，0.2克聚合度为20的脂肪醇聚氧乙烯醚(0-20)和聚合度为80的失水山梨醇聚氧乙烯醚酯(T-80)的混合物(比例为1：1)，2克过氧化氢，3克氢氧化钠，4克磺基水杨酸和60.8克去离子水，备用。
先将上述量的水溶性二氧化硅溶胶放置在千级净化室的环境内，于常温条件，0.1MPa真空压力下，通过质量流量计输入容器罐中，将上述量的0-20和T-80混合物、过氧化氢、氢氧化钠、磺基水杨酸加入盛有去离子水的容器罐中并充分搅拌均匀后，与另一容器罐中所需质量的水溶性二氧化硅溶胶混合均匀，即成为本发明的抛光液成品。
实验效果分析：利用上述抛光液，与去离子水按1:100稀释，使用PRESIE406型抛光机，控制在抛光机压力100g/cm2、抛光盘转速为50rpm、抛光液流量900ml/min的条件下，对铝合金片抛光8分钟，利用XRF1020厚度测试系统(MICRO PIONEER公司生产的XRF-2000H)测量抛光前后残存膜厚差，求得平均去除速率为1700埃/min，利用轮廓仪(Zego公司的Newview6000系列)在550nm×410nm的面积内测得该铝合金片的表面粗糙度为0.4nm，抛光不均匀度为6％。
实施例2：
称取25克40nm水溶性二氧化硅溶胶液，0.4克聚合度为40的脂肪醇聚氧乙烯醚(0-40)和聚合度为60的失水山梨醇聚氧乙烯醚酯(T-60)的混合物(比例为1：1)，6克过氧化氢，1克四甲基氢氧化胺，6克炔二醇和61.6克去离子水，备用。
先将上述量的亲水性二氧化硅溶胶放置在千级净化室的环境内，于常温，0.1MPa真空压力下，通过质量流量计输入容器罐中，将上述量的0-40和T-60的混合物、过氧化氢、四甲基氢氧化胺、炔二醇加入盛有去离子水的容器罐中并充分搅拌均匀后，与另一容器罐中所需质量的水溶性二氧化硅溶胶混合均匀，即成为本发明的抛光液成品。
实验效果分析：利用上述抛光液，与去离子水按1:100稀释，使用PRESIE406型抛光机，控制在抛光机压力100g/cm2、抛光盘转速为50rpm、抛光液流量900ml/min的条件下，对铝合金片抛光20分钟，利用XRF 1020厚度测试系统(MICRO PIONEER公司生产的XRF-2000H)测量抛光前后残存膜厚差，求得平均去除速率为1600埃/min，利用轮廓仪(Zego公司的Newview6000系列)在550nm×410nm的面积内测得该抛光液片表面粗糙度为0.45nm，抛光不均匀度为4％。
实施例3：
称取16克50nm水溶性氧化铝粉末，0.6克聚合度为25的脂肪醇聚氧乙烯醚(0-25)和聚合度为80的失水山梨醇聚氧乙烯醚酯(T-80)的混合物(比例为1：1)，4克过氧化氢，2克氢氧化钾，8克乙基水杨酸和69.2克去离子水，备用。
先将上述量的水溶性氧化铝粉末放置在千级净化室的环境内，于常温，0.1MPa真空压力下，通过质量流量计输入容器罐中，将上述量的0-25和T-80的混合物、过氧化氢、氢氧化钾、乙基水杨酸加入盛有去离子水的容器罐中并充分搅拌均匀后，与另一容器罐中所需质量的水溶性二氧化硅溶胶混合均匀，即成为本发明的抛光液成品。
实验效果分析：利用上述抛光液，与去离子水按1:100稀释，使用PRESIE406型抛光机，控制在抛光机压力100g/cm2、抛光盘转速为50rpm、抛光液流量900ml/min的条件下，对铝合金片抛光20分钟，利用XRF1020厚度测试系统(MICRO PIONEER公司生产的XRF-2000H)测量抛光前后残存膜厚差，求得平均去除速率为1600埃/min，利用轮廓仪(Zego公司的Newview6000系列)在550nm×410nm的面积内测得该抛光液片表面粗糙度为0.46nm，抛光不均匀度为5％。
上述实施例中，磨料选用10至100nm的水溶性二氧化硅溶胶液，粒径为8至80nm的水溶性氧化铝粉末或氧化铈粉末；表面活性剂选用聚合度为40的失水山梨醇聚氧乙烯醚酯(T-40)或者月桂酰单乙醇胺；氧化剂选用氯酸盐、高氯酸盐、亚氯酸盐、碘酸盐、硝酸盐、硫酸盐、过硫酸盐、过氧化物或臭氧处理水；PH调节剂选用过氧焦磷酸钠、三乙醇胺、四羟基乙二胺、六羟基丙基丙二胺、乙二胺、二甲基乙酰胺或者三甲基乙酰胺；光亮剂选用水杨酸、炔醇或炔三醇，均可配制成具有相同抛光效果的抛光液。
本发明和实施例中涉及和使用的水溶性二氧化硅溶胶液，为重量浓度在10％至40％的二氧化硅溶胶液体；脂肪醇聚氧乙烯醚中脂肪醇的碳原子数为12至18。
本发明铝及铝合金抛光用抛光液，选用的磨料为粒径较小的水溶性二氧化硅溶胶液，其具有较好的分散性，粒度分布均匀，能够有效减少铝及铝合金材料抛光后的表面划伤，同时降低其表面粗糙度，提高光亮度；选用磨料与氧化剂结合的磨料组分，可以使抛光速率有明显提高；选用的表面活性剂为非离子型表面活性剂，如0-40和T-60，该非离子型表面活性剂的加入能够有效控制加工过程中抛光的均匀性，减少抛光材料表面的缺陷和划伤；该抛光液中加入光亮剂，可进一步增加铝及铝合金材料表面的光亮度；该抛光液中加入PH值调节剂能够保证抛光液的稳定性，减少对设备的腐蚀，避免抛光加工过程中产生碱雾及氨气的问题，优化工作环境，同时还能起到提高抛光速率的作用。
因此本发明具有的优点在于：以粒径较小的水溶性二氧化硅溶胶为磨料，加入了混合型的表面活性剂，并与光亮剂配合使用，既提高了磨料的分散性能，减少抛光后铝合金材料表面的划伤，而且使抛光后的铝及铝合金材料表面的粗糙度降低，光亮度增加；另外，可以大大提高抛光速率；再者，本发明的抛光液为非强碱性，抛光过程中有机碱稳定，不产生碱雾和氨气，化学稳定性好，不腐蚀设备，使用的安全性能理想。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种铝及铝合金材料抛光液，其特征在于：包括磨料、表面活性剂、氧化剂、PH调节剂、光亮剂以及去离子水；上述各种组分所占的重量百分比为：磨料为10％至40％，表面活性剂为0.01％至0.6％，氧化剂为0.5％至10％，PH调节剂为1％至6％，光亮剂为1％至15％，去离子水为余量。
2.根据权利要求1所述的铝及铝合金材料抛光液，其特征在于：所述磨料是粒径为10至100nm的水溶性二氧化硅溶胶液，粒径为8至80nm的水溶性氧化铝粉末或氧化铈粉末。
3.根据权利要求1所述的铝及铝合金材料抛光液，其特征在于：所述磨料的优选粒径为20至80nm的水溶性二氧化硅溶胶液，粒径为15至60nm的水溶性氧化铝粉末或氧化铈粉末。
4.根据权利要求1所述的铝及铝合金材料抛光液，其特征在于：所述的表面活性剂为聚氧乙烯醚、多元醇聚氧乙烯醚羧酸酯和烷基醇酰胺中的一种或者它们的组合；所述聚氧乙烯醚是脂肪醇聚氧乙烯醚；所述的多元醇聚氧乙烯醚羧酸酯是失水山梨醇聚氧乙烯醚酯；所述的烷基醇酰胺是月桂酰单乙醇胺。
5.根据权利要求1所述的铝及铝合金材料抛光液，其特征在于：所述的氧化剂是氯酸盐、高氯酸盐、亚氯酸盐、碘酸盐、硝酸盐、硫酸盐、过硫酸盐、过氧化物、臭氧处理水和过氧化氢中的一种或者几种；所述的氧化剂优选过氧化氢。
6.根据权利要求1所述的铝及铝合金材料抛光液，其特征在于：所述光亮剂为水杨酸、炔醇或其衍生物。
7.根据权利要求1所述的铝及铝合金材料抛光液，其特征在于：所述PH值调节剂为无机碱、有机碱或它们的组合；所述无机碱为氢氧化钾，氢氧化钠或过氧焦磷酸钠；所述有机碱为多羟多胺和胺中的一种或它们的组合。
8.根据权利要求7所述的铝及铝合金材料抛光液，其特征在于：所述多羟多胺为三乙醇胺、四羟基乙二胺或六羟基丙基丙二胺；所述胺为乙二胺，二甲基乙酰胺，三甲基乙酰胺或四甲基氢氧化胺。
9.权利要求1所述的铝及铝合金材料抛光液的制备方法，其特征在于，首先将所需重量的磨料放置在至少千级净化室的环境内，于真空压力下，通过质量流量计输入容器罐中，然后将其余组分加入另一盛有所需重量的去离子水的容器罐中，进行充分搅拌至均匀后加入到放置磨料的容器罐中，继续搅拌至混合均匀状态，即制备成成品抛光液。
10.根据权利要求9所述的铝及铝合金材料抛光液的制备方法，其特征在于：所述至少千级净化室的环境温度为常温；真空压力为10-1至0MPa。
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