CN104073171B - 一种不锈钢表面超精密加工专用纳米浆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不锈钢表面超精密加工专用纳米浆料，按重量百分比由以下组分组成：硅溶胶90-94％，抛光加速剂0.05-2％，光亮剂0.05-3％，缓蚀剂0.05-1％，pH值调节剂0.05-2％，余量为去离子水。其制备过程包括将上述各原料分别配成溶液备料，然后按一定顺序加入搅拌的步骤。该纳米浆料可增强不锈钢抛光过程中胶体二氧化硅对不锈钢的去除速率，同时可以使钢材获得镜面。产品的可稀释比例高，稳定性强，成本较低，不污染环境及腐蚀设备。
Description
技术领域
本发明涉及抛光材料制备技术领域，特别是一种用于304不锈钢的表面超精密加工专用纳米浆料及其制备方法。
背景技术
不同的表面加工工艺使不锈钢表面各异，使其在应用中具有独到之处。用于不锈钢表面加工的技术大致有五类，轧制技术、机械表面加工、化学表面加工、网纹表面加工和彩色表面加工。根据经验不锈钢进行表面精加工时粗抛工序正常使用1-1.5微米的氧化铝作为磨料，而精抛过程使用的为大粒径的二氧化硅抛光液。不同的不锈钢抛光工件可以结合使用不同的抛光加工技术使不锈钢达到高表面光泽和精加工均匀性的效果。
化学抛光处理技术是目前公认的金属表面抛光的有效手段。不锈钢较铜和铝及其合金而言是较难抛光的金属，不使用带污染性的抛光液成分(如HNO3，氧化性强)抛光效果往往比较差，针对不锈钢的抛光液报道较少，环保型的不锈钢抛光液更是甚少。不锈钢抛光液大多数是化学抛光，化学抛光液存在的主要问题是多数抛光液含硝酸以及采用“三酸”抛光液，作业时产生大量NOx有害气体，污染环境危害人体健康。抛光液主要为三酸(硫酸、盐酸、硝酸)都是依靠抛光液里的化学成分起作用从而达到去除不锈钢表皮使不锈钢表面达到银亮效果。
不锈钢的抛光处理过程往往会产生严重的环境污染和危害人体健康的气体。研制环保型的不锈钢抛光液具有广阔的发展前景。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种不锈钢表面超精密加工专用纳米浆料(即抛光液)及其制备方法，该纳米浆料可增强不锈钢抛光过程中胶体二氧化硅对不锈钢的去除速率，同时可以使钢材获得镜面。产品的可稀释比例高，稳定性强，成本较低，不污染环境及腐蚀设备。
本发明提供的一种不锈钢表面超精密加工专用纳米浆料，按重量百分比由以下组分组成：硅溶胶90-94％，抛光加速剂0.05-2％，光亮剂0.05-3％，缓蚀剂0.05-1％，pH值调节剂0.05-2％，余量为去离子水；
所述的抛光加速剂是强氧化性盐类与常规无机盐的混合物，两者的重量比为氧化性盐类：常规无机盐＝1:1-5；
所述的光亮剂是甘油、PFG-400、三乙醇胺中的一种或多种的混合物；
所述的缓蚀剂是BTA、咪唑中的一种或多种的混合物；
所述的pH值调节剂是乙二胺、三乙醇胺、三乙烯四胺或乙醇胺中的一种或多种的混合物；
优选地，所述的硅溶胶是粒径40-150nm的纳米硅溶胶。
优选地，所述的强氧化性盐类是碘酸钾、过硫酸钾中的一种或多种的混合物。
优选地，所述常规无机盐是氯化钾、溴化钠、氯化钠、四甲基氢氧化铵中的一种或多种的混合物。
优选地，所述强氧化性盐类与常规无机盐的重量比为1:3。
上述不锈钢表面超精密加工专用纳米浆料的制备方法，依次按如下步骤进行：在室温条件下，一边搅拌、一边将抛光加速剂加入到去离子水中，待完全溶解后，得混合水溶液；静置、冷却至室温，将混合水溶液加入硅溶胶中，边加边搅拌，控制加入流量在90-110ml/min，充分搅拌混合均匀；接着将光亮剂溶解在去离子水中，配成水溶液后加入到硅溶胶中，边加边搅拌，流量控制在90-110ml/min；再将缓蚀剂溶解在去离子水中，配成水溶液后加入到上述抛光液中；最后用pH值调节剂将抛光液的pH值控制在9.0-12.5，即成为用于不锈钢抛光的抛光液。
本发明提供的一种不锈钢表面超精密加工专用纳米浆料及其制备方法，该纳米浆料，配伍及配比科学合理，增强不锈钢抛光过程中胶体二氧化硅对不锈钢的去除速率，同时可以使钢材获得镜面。此外本发明的抛光液配制方法简单，产品的可稀释比例高，稳定性强，成本较低，不污染环境及腐蚀设备。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
以下结合实施例，对本发明作进一步的说明。下面的说明是采用例举的方式，但本发明的保护范围不应局限于此。
实施例1：
本实施例的具体制备步骤如下：
(1)备料：分别取过硫酸钾10g、氯化钠30g、去离子水335g、BTA25g、甘油50g、纳米硅(SiO2)溶胶(40-50nm，40wt％)4500g、乙二胺50g，备用；
(2)抛光加速剂配制：将备用的过硫酸钾和氯化纳混合后，在室温条件下，一边搅拌、一边将其加入到备用的去离子水中，待完全溶解后，成为抛光加速剂溶液，备用；
(3)其他水溶液配制：将备用的甘油和BTA分别配成水溶液，备用；
(4)抛光液配制：待备用的抛光加速剂溶液静置、冷却至室温。将其加入纳米硅溶胶中，边加边搅拌，控制加入流量在100ml/min，充分搅拌混合均匀，再将光亮剂的水溶液加入至上述溶液加入方式同前，接着加入缓蚀剂。
(5)pH值调节：将备用的乙二胺加入到上述的抛光液中，此时，其pH值在11，即得5000g用于不锈钢抛光的抛光液。
使用时，取上述不锈钢抛光液，用去离子水按体积比1：1稀释，成为抛光浆料，然后将该抛光浆料在Presi-334精密研磨抛光机上用于抛光，工件为8cm*10cm的不锈钢片，抛光压力2psi，下盘及载盘转速60RPM，抛光浆料流速10ml/min；该抛光液抛光去除速率为3-4μm/min，抛光后不锈钢表面光泽度高、镜面好、无桔皮。
实施例2
(1)备料：分别取过碘酸钾50g、溴化钠50g、去离子水345g、咪唑50g、PFG-4002.5g、纳米硅(SiO2)溶胶(50-60nm，40wt％)4500g、三乙醇胺2.5g，备用；
(2)抛光加速剂配制：将备用的碘酸钾和溴化钠混合后，在室温条件下，一边搅拌、一边将其加入到备用的去离子水中，待完全溶解后，成为抛光加速剂溶液，备用；
(3)其他水溶液配制：将备用的PFG-400和咪唑分别配成水溶液，备用；
(4)抛光液配制：待备用的抛光加速剂溶液静置、冷却至室温。将其加入纳米硅溶胶中，边加边搅拌，控制加入流量在110ml/min，充分搅拌混合均匀，再将光亮剂的水溶液加入至上述溶液加入方式同前，接着加入缓蚀剂。
(5)pH值调节：将备用的三乙醇胺加入到上述的抛光液中，此时，其pH值在10，即得5000g用于不锈钢抛光的抛光液。
使用时，取上述不锈钢抛光液，用去离子水按体积比1：1稀释，成为抛光浆料，然后将该抛光浆料在Presi-334精密研磨抛光机上用于抛光，工件为8cm*10cm的不锈钢片，抛光压力2psi，下盘及载盘转速60RPM，抛光浆料流速10ml/min；该抛光液抛光去除速率为3-4μm/min，抛光后不锈钢表面光泽度高、镜面好、无桔皮。
实施例3
(1)备料：分别取过过硫酸钾1.25g、氯化钾1.25g、去离子水45g、BTA1.25g、咪唑1.25g、三乙醇胺150g、纳米硅(SiO2)溶胶(60-70nm，40wt％)4700g、三乙烯四胺100g，备用；
(2)抛光加速剂配制：将备用的过硫酸钾和氯化钾混合后，在室温条件下，一边搅拌、一边将其加入到备用的去离子水中，待完全溶解后，成为抛光加速剂溶液，备用；
(3)其他水溶液配制：将备用的三乙醇胺配成水溶液，咪唑与BTA混合物后配成水溶液，备用；
(4)抛光液配制：待备用的抛光加速剂溶液静置、冷却至室温。将其加入纳米硅溶胶中，边加边搅拌，控制加入流量在90ml/min，充分搅拌混合均匀，再将光亮剂的水溶液加入至上述溶液加入方式同前，接着加入缓蚀剂。
(5)pH值调节：将备用的三乙烯四胺加入到上述的抛光液中，此时，其pH值在10，即得5000g用于不锈钢抛光的抛光液。
使用时，取上述不锈钢抛光液，用去离子水按体积比1：1稀释，成为抛光浆料，然后将该抛光浆料在Presi-334精密研磨抛光机上用于抛光，工件为8cm*10cm的不锈钢片，抛光压力2psi，下盘及载盘转速60RPM，抛光浆料流速10ml/min；该抛光液抛光去除速率为3-4μm/min，抛光后不锈钢表面光泽度高、镜面好、无桔皮。
实施例4
(1)备料：分别取过碘酸钾10g、四甲基氢氧化铵40g、去离子水200g、BTA25g、甘油与PFG-400共75g(各37.5g)、纳米硅(SiO2)溶胶(70-150nm，40wt％)4600g、乙醇胺50g，备用；
(2)抛光加速剂配制：将备用的碘酸钾和四甲基氢氧化铵混合后，在室温条件下，一边搅拌、一边将其加入到备用的去离子水中，待完全溶解后，成为抛光加速剂溶液，备用；
(3)其他水溶液配制：将备用的甘油与PFG-400配成水溶液、BTA配成水溶液，备用；
(4)抛光液配制：待备用的抛光加速剂溶液静置、冷却至室温。将其加入纳米硅溶胶中，边加边搅拌，控制加入流量在100ml/min，充分搅拌混合均匀，再将光亮剂的水溶液加入至上述溶液加入方式同前，接着加入缓蚀剂。
(5)pH值调节：将备用的乙醇胺加入到上述的抛光液中，此时，其pH值在12，即得5000g用于不锈钢抛光的抛光液。
使用时，取上述不锈钢抛光液，用去离子水按体积比1：1稀释，成为抛光浆料，然后将该抛光浆料在Presi-334精密研磨抛光机上用于抛光，工件为8cm*10cm的不锈钢片，抛光压力2psi，下盘及载盘转速60RPM，抛光浆料流速10ml/min；该抛光液抛光去除速率为3-4μm/min，抛光后不锈钢表面光泽度高、镜面好、无桔皮。
实施例5
本实施例与实施例4基本相同，区别仅在于：
将乙醇胺替换为三乙醇胺与三乙烯四胺的混合物，两者各25g。
将本实施例中的不锈钢抛光液，用去离子水按体积比1：1稀释，成为抛光浆料，然后将该抛光浆料在Presi-334精密研磨抛光机上用于抛光，工件为8cm*10cm的不锈钢片，抛光压力2psi，下盘及载盘转速60RPM，抛光浆料流速10ml/min；该抛光液抛光去除速率为3-4μm/min，抛光后不锈钢表面光泽度高、镜面好、无桔皮。
以上对本发明所提供的种不锈钢表面超精密加工专用纳米浆料及其制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰。这些改进和修饰也应当落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (2)
1.一种不锈钢表面超精密加工专用纳米浆料，其特征在于，由以下组分组成：硅溶胶4700g，抛光加速剂2.5g，光亮剂150g，缓蚀剂2.5g，pH值调节剂100g和去离子水45g；
所述的抛光加速剂是过硫酸钾和氯化钾的混合物，两者的重量比为1：1；
所述的光亮剂是三乙醇胺；
所述的缓蚀剂是BTA和咪唑的混合物，两者的重量比为1：1；
所述的pH值调节剂是三乙烯四胺；
所述的硅溶胶是粒径为60-70nm的纳米硅溶胶。
2.一种权利要求1所述不锈钢表面超精密加工专用纳米浆料的制备方法，其特征在于，依次按如下步骤进行：
(1)备料：分别取过硫酸钾1.25g、氯化钾1.25g、去离子水45g、BTA1.25g、咪唑1.25g、三乙醇胺150g、粒径为60-70纳米的纳米硅溶胶4700g、三乙烯四胺100g，备用；
(2)抛光加速剂配制：将备用的过硫酸钾和氯化钾混合后，在室温条件下，一边搅拌、一边将其加入到备用的去离子水中，待完全溶解后，成为抛光加速剂溶液，备用；
(3)其他水溶液配制：将备用的三乙醇胺配成水溶液，咪唑与BTA混合物后配成水溶液，备用；
(4)抛光液配制：待备用的抛光加速剂溶液静置、冷却至室温 ，将其加入纳米硅溶胶中，边加边搅拌，控制加入流量在90ml/min，充分搅拌混合均匀，再将光亮剂的水溶液加入至上述溶液加入方式同前，接着加入缓蚀剂；
(5)pH值调节：将备用的三乙烯四胺加入到上述的抛光液中，此时，其pH值在10，即得5000g不锈钢表面超精密加工专用纳米浆料。
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