CN103789770B - 大块非晶及纳米晶合金表面化学抛光工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大块非晶及纳米晶合金表面化学抛光技术，包括化学抛光处理的常规工艺：机械前处理→碱洗除油→热水洗→稀硝酸→水洗→烘干，以及常规工艺烘干工序后的工艺为：化学抛光→水洗→钝化→中和→热水洗→烘干。本发明还提供了所述大块非晶及纳米晶合金表面化学抛光技术使用的由抛光剂主体、辅助剂、表面活性剂、稳定剂及光亮剂组成的化学抛光液及其材料成份为，针对于用金属模铸法或者粉末冶金法得到有较大边缘毛刺以及表面流纹、凹坑等缺陷大块非晶及纳米晶的产品。采用本发明所进行的化学抛光处理，处理的效果明显优于机械抛光，可与电化学抛光相媲美，本发明化学抛光处理的投资小，加工成本低，工艺流程短，控制要素合理且简单。
Description
技术领域
本发明属于材料处理技术领域，涉及一种表面化学抛光技术，具体涉及一种针对大块非晶及纳米晶合金表面化学抛光工艺。
背景技术
目前大块非晶及纳米晶合金的制备技术日趋完善，大块非晶及纳米晶合金表现出比晶态合金更优异的力学性能，更好的耐腐蚀性能和耐摩擦性能，以及优异的软磁和硬磁性能，因此使得大块非晶及纳米晶材料逐渐成为一种应用广泛的工程材料。在机械结构件、光学精密构件、表面装饰用品、体育用品、软磁材料、军事工业等领域，大块非晶及纳米晶合金已经获得了广泛的应用。
大块非晶及纳米晶合金主要采用定向凝固，粉末冶金以及金属模铸等方法获得，由于非晶态合金比晶态合金结构及成分更加均匀，类似于玻璃的质地，所以通过抛光后表面质量比晶态合金更好，可以制作对表面质量要求非常高的外观件产品。
为了获得更好表面质量，通常需要对产品进行抛光处理，当前应用比较广泛的抛光技术有机械抛光、化学抛光和电化学抛光三种。三种技术各有优劣：电化学抛光和通常的机械方法不同，抛光效果与金属材料表面的组织有很大关系。因为抛光过程伴有表面溶解，故不宜抛时间太长，电化学抛光速度较快，对节省劳动力很有效，所以这种方法更适合于做最后的精饰而不是粗抛或初步处理，与初步的机械加工配合应用效果不错。化学抛光可以省去电抛光所需要的电源和电流分配设备，省去完成抛光所需要的电用度，所以投资比较节省，但化学抛光消耗的化学药物量比较大，而动力逊于电抛光，所以不管是抛光的效率或抛光后的表面光洁度都不如电抛光。化学抛光受金属材料表面组织结构的影响更大，因而不是每种材料采用化学抛光都能得到很好的效果，尤其是对于应用金属模铸法或者粉末冶金法得到的大块非晶及纳米晶的特殊性质的产品，由于有较大边缘毛刺以及表面流纹、凹坑等缺陷，化学抛光技术还不能完全替代机械抛光和电化学抛光来进行处理。
发明内容
基于大块非晶及纳米晶材料特殊性的原因，本发明的目的是提供一种针对大块非晶及纳米晶合金表面化学抛光工艺，通过本发明的化学抛光技术和抛光液，针对于用金属模铸法或者粉末冶金法得到的有较大边缘毛刺以及表面流纹、凹坑等缺陷大块非晶及纳米晶的产品，进行化学抛光处理，使其化学抛光效果明显优于机械抛光，可与电化学抛光相媲美，化学抛光处理的投资及加工成本低，工艺流程短，控制要素简单，解决了现有大块非晶及纳米晶合金表面化学抛光技术存在的上述问题
本发明提供了一种大块非晶及纳米晶合金表面化学抛光工艺，包括化学抛光处理的常规工艺：机械前处理→碱洗除油→热水洗→稀硝酸→水洗→烘干，所述化学抛光处理常规工艺烘干工序后的详细工艺过程为：化学抛光→水洗→钝化→中和→热水洗→烘干。
本发明还提供了所述大块非晶及纳米晶合金表面化学抛光工艺使用的的化学抛光液，所述化学抛光液的材料成份为：
抛光剂主体：磷酸100～160ml/L，硝酸30～50ml/L，盐酸120～150ml/L；
辅助剂：高氯酸5～10ml/L或选用高氯酸钠5～10ml/L，冰醋酸12～18ml/L，氢氟酸12～18ml/L；
表面活性剂：脂肪醇聚氧乙烯醚2～5g/L；
稳定剂：六次甲基四胺0.5～1g/L；
光亮剂：20～35ml/L。
本发明所述大块非晶及纳米晶合金表面化学抛光工艺的化学抛光液，其特征还在于，
所述光亮剂为丙烯酸-丙烯酸羟丙脂、聚丙烯酸，及乙二醇，比例为1：3：6。
所述化学抛光工艺过程中其中化学抛光工序为：产品装夹→浸入抛光液→取出→清洗；化学抛光参数为：时间15～30秒，温度60～80℃，化学抛光后产品取出立即进行清洗，在空气中暴露的时间低于5秒钟；
所述化学钝化剂硝酸体积分数为20％～50％。
所述化学抛光工艺过程中和工序使用的中和剂为20％～30％体积分数的氢氧化钠溶液。
所述化学抛光工序使用的夹具采用防腐蚀金属钛合金制作。
本发明针对大块非晶及纳米晶合金表面化学抛光技术，针对于用金属模铸法或者粉末冶金法得到的有较大边缘毛刺以及表面流纹、凹坑等缺陷大块非晶及纳米晶的产品，所进行的化学抛光处理，通过本发明的化学抛光技术和抛光液，处理的效果明显优于机械抛光，可与电化学抛光相媲美，化学抛光处理的投资及加工成本低，工艺流程短，控制要素简单，
本发明化学抛光液中所使用的磷酸能够抑制酸性溶剂对产品表面的过度溶解，生成附着的磷酸盐会防止过抛出现，可有效保证产品尺寸的精度；化学抛光液中所使用的光亮剂为丙烯酸-丙烯酸羟丙脂、聚丙烯酸、乙二醇，按照1：3：6复合而成的光亮剂能有效附着在需要抛光的产品表面，并及时分散化学抛光后的垢泥，使产品均匀腐蚀，呈现光泽；由于采用20％～50％体积分数的硝酸化学钝化剂，能有效的抑制产品表面出现点蚀或过钝化现象，防止了出现厚重白膜遮盖抛光光泽现象的发生。
本发明通过中和剂对抛光钝化后产品进行中和，有效地将产品表面附着的硝酸清洗干净，防止了产品表面发生点蚀和腐蚀钝化膜的现象，抛光效果非常显著。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种大块非晶及纳米晶合金表面化学抛光工艺，包括化学抛光处理的常规工艺：机械前处理→碱洗除油→热水洗→稀硝酸→水洗→烘干，其特征在于，所述化学抛光处理常规工艺烘干工序后的详细工艺过程为：化学抛光→水洗→钝化→中和→热水洗→烘干。
本发明大块非晶及纳米晶合金表面化学抛光工艺使用的的化学抛光液，其特征在于，所述化学抛光液的材料成份为：
抛光剂主体：磷酸100～160ml/L，硝酸30～50ml/L，盐酸120～150ml/L；
辅助剂：高氯酸5～10ml/L，高氯酸钠5～10ml/L，冰醋酸12～18ml/L，氢氟酸12～18ml/L；
表面活性剂：脂肪醇聚氧乙烯醚2～5g/L；
稳定剂：六次甲基四胺0.5～1g/L；
光亮剂：20～35ml/L。
本发明所述光亮剂为丙烯酸-丙烯酸羟丙脂、聚丙烯酸，及乙二醇，比例为1：3：6。
本发明所述化学抛光工艺过程中其中化学抛光工序为：产品装夹→浸入抛光液→取出→清洗；化学抛光参数为：时间15～30秒，温度60～80℃，化学抛光后产品取出立即进行清洗，在空气中暴露的时间低于5秒钟；
本发明所述化学钝化剂硝酸体积分数为20％～50％；所述化学抛光工艺过程中和工序使用的中和剂为20％～30％体积分数的氢氧化钠溶液。
本发明大块非晶及纳米晶合金表面化学抛光工艺，在化学抛光工序中使用的夹具采用钛合金制作，能够有效地防止酸性抛光剂腐蚀金属夹具。
实施例
实施例1
抛光用的物件素材为采用vit1大块非晶制作的具有一个一级面(高光要求)，其余面为二级面(要求无毛刺)的产品，总表面积为400mm2。产品一级面经过圆盘砂带机打磨处理，Ra＝2～4μm，二级面为原始状态，然后通过了活化，清洗，烘干处理。
本实施例使用如下的抛光剂配方配制1L的抛光剂：
120ml/L磷酸+30ml/L硝酸+120ml/L盐酸+3g/L平平加+3g/L高氯酸钠+15ml/L冰醋酸+4ml/L氢氟酸+1g/L六次甲基四胺+20ml/L复合光亮剂，余量为去离子水。
操作条件：抛光液加热至60℃，用钛丝挂着产品浸入抛光液抛光，可以见到明显的腐蚀反应，15秒钟后取出，迅速进入水洗，钝化15秒钟，中和15秒钟，热水洗10秒钟，热水温度80℃，烘干温度110℃。
结果：产品一级面Ra＝1.0μm，20°角入射光光泽度＝12，二级面Ra＝6～8μm，二级面上无明显毛刺，产品失重8.6g/m2，产品直角无钝角化现象。
实施例2
物件素材同实施例1。
本实施例使用如下的抛光剂配方配制1L的抛光剂：
120ml/L磷酸+30ml/L硝酸+120ml/L盐酸+3g/L平平加+10ml/L高氯酸+15ml/L冰醋酸+6ml/L氢氟酸+1g/L六次甲基四胺+20ml/L复合光亮剂，余量为去离子水。
操作条件：抛光液加热至80℃，用钛丝挂着产品浸入抛光液抛光，可以见到明显的腐蚀反应，20秒钟后取出，迅速进入水洗，钝化15秒钟，中和15秒钟，热水洗10秒钟，热水温度80℃，烘干温度110℃。
结果：产品一级面Ra＝0.68μm，20°角入射光光泽度＝17，二级面Ra＝6～8μm，二级面上无明显毛刺，产品失重10g/m2，产品直角无钝角化现象。
实施例3
物件素材材料为Zr55大块非晶材料，其他同实施例1。
本实施例使用如下的抛光剂配方配制1L的抛光剂：
120ml/L磷酸+30ml/L硝酸+120ml/L盐酸+3g/L平平加+6ml/L高氯酸+15ml/L冰醋酸+4ml/L氢氟酸+1g/L六次甲基四胺+20ml/L复合光亮剂，余量为去离子水。
操作条件：抛光液加热至80℃，用钛丝挂着产品浸入抛光液抛光，可以见到明显的腐蚀反应，25秒钟后取出，迅速进入水洗，钝化15秒钟，中和15秒钟，热水洗10秒钟，热水温度80℃，烘干温度110℃。
结果：产品一级面Ra＝0.8μm，20°角入射光光泽度＝14，二级面Ra＝6～8μm，二级面上无明显毛刺，产品失重11.3g/m2，产品直角出现钝角化现象。
实施例4
物件素材同实施例1；
本实施例使用如下的抛光剂配方配制1L的抛光剂：
120ml/L磷酸+30ml/L硝酸+120ml/L盐酸，余量为去离子水。
操作条件：抛光液加热至80℃，用钛丝挂着产品浸入抛光液抛光，可以见到明显的腐蚀反应，25秒钟后取出，迅速进入水洗，钝化15秒钟，中和15秒钟，热水洗10秒钟，热水温度80℃，烘干温度110℃。
结果：产品一级面Ra＝4μm，20°角入射光光泽度＝6，二级面Ra＝10μm，二级面上无明显毛刺，产品失重2.2g/m2，产品直角无钝角化现象。
将实施例4与实施例1～3所得的结果进行比较，发现通过本发明得到的改性抛光液对大块非晶及纳米晶材料有显著地抛光效果。
本发明针对大块非晶及纳米晶合金表面化学抛光技术，针对于用金属模铸法或者粉末冶金法得到的有较大边缘毛刺以及表面流纹、凹坑等缺陷大块非晶及纳米晶的产品所进行的化学抛光处理，通过本发明的化学抛光技术和抛光液，处理的效果明显优于机械抛光，可与电化学抛光相媲美，化学抛光处理的投资小，加工成本低，工艺流程短，控制要素合理且简单。
Claims (5)
1.一种大块非晶及纳米晶合金表面化学抛光工艺，包括化学抛光处理的常规工艺:机械前处理—碱洗除油—热水洗—稀硝酸—水洗—烘干，其特征在于，所述化学抛光处理常规工艺烘干工序后的详细工艺过程为:化学抛光—水洗—钝化—中和—热水洗—烘干；
所述化学抛光工序中使用的化学抛光液的材料成份为:
抛光剂主体：磷酸100～160m1/L，硝酸30～50m1/L，盐酸120～150m1/L；
辅助剂：高氯酸5～10ml/L，高氯酸钠5～10ml/L，冰醋酸12～18ml/L,氢氟酸12～18ml/L；
表面活性剂：脂肪醇聚氧乙烯醚2～5g/L，稳定剂：六次甲基四胺0.5～1g/L，光亮剂：20～35ml/L；所述光亮剂为丙烯酸-丙烯酸羟丙脂、聚丙烯酸，及乙二醇，体积比例为1:3:6。
2.根据权利要求1所述大块非晶及纳米晶合金表面化学抛光工艺，其特征在于，所述化学抛光工艺过程中其中化学抛光工序为：产品装夹一浸入抛光液一取出一清洗；化学抛光参数为:时间15～30秒，温度60～80℃，化学抛光后产品取出立即进行清洗，在空气中暴露的时间低于5秒钟。
3.根据权利要求1所述大块非晶及纳米晶合金表面化学抛光工艺，其特征在于，所述钝化工序中所使用的化学钝化剂硝酸体积分数为20％～50％。
4.根据权利要求1所述大块非晶及纳米晶合金表面化学抛光工艺，其特征在于，所述化学抛光工艺过程中和工序使用的中和剂为20％～30％体积分数的氢氧化钠溶液。
5.根据权利要求2所述大块非晶及纳米晶合金表面化学抛光工艺，其特征在于，所述化学抛光产品装夹工序使用的夹具采用防腐蚀金属钛合金制作。
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