CN104342705B

CN104342705B - 一种化学抛光剂及其应用

Info

Publication number: CN104342705B
Application number: CN201410570635.5A
Authority: CN
Inventors: 冉有仁
Original assignee: KESH CHEMICAL INDUSTRY SHENZHEN Co Ltd
Current assignee: KESH CHEMICAL INDUSTRY SHENZHEN Co Ltd
Filing date: 2014-10-23
Publication date: 2017-01-04
Anticipated expiration: 2034-10-23

Abstract

本发明涉及一种抛光剂，包括如下重量份的原料组成：酸性除锈混合物21份，催化剂0.75份，络合剂1.6份，整平光亮剂0.8份，缓蚀剂2份，氧化剂20份，抛光稳定剂14份，水142份，将待抛光的铜工件放入抛光液中常温静置浸泡0.5～3min，使其与抛光液充分接触达到最佳抛光效果。本发明的抛光剂清洗铜工件，清洗后其表面具有镜面级效果，清洗寿命长，稳定性好，适用于纯铜、黄铜、青铜及各种铸造铜合金的除氧化及光亮处理，抛光过程无黄烟冒出，清洗废液无有毒有害物质生成，环境友好。

Description

一种化学抛光剂及其应用

技术领域

本发明的目的在于提供一种化学抛光剂，并将其应用于铜及铜合金上的应用。

背景技术

铜具有质地柔软、延展性好、重量轻，易加工等特点，广泛应用于航天航空、五金制造、电子器件、生活用品、海洋运输等各个领域。但受铜的性质的影响，其加工件长期暴露在大气中，会被空气、SO₂、H₂S、C0₂和NH₃等气体氧化形成Cu₂0，直至CuC0₃·3Cu(OH)₂、碱式硫酸铜[CuS0₄·3Cu(OH)₂]、硫化亚铜，使铜被腐蚀破坏，不能满足人们对铜加工件完整性、装饰性、美观性和实用性要求，铬酸盐(或重铬酸盐)应用于铜及其合金的防蚀处理至今一直都在持续或延用；硝酸体系光亮处理，有毒氧化氮气体黄烟排放，使得环境因素十分突出，对生态环境的破坏和人们的身体健康危害十分巨大，研发环保无黄烟型铜及其合金抛光剂意义重大。

目前，对铜化学抛光剂的研究，从配方中剔除硝酸，以双氧水-复合酸为主线对铜进行抛光处理，从根本上杜绝了铜抛光过程中氮氧化物的产生，从而消除了有害黄烟气体的产生。但双氧水易分解，导致抛光寿命短，成本高，重铜锈去除不彻底，如公开号为CN102747371A的中国专利“一种铜及合金表面处理用的化学抛光剂及其制备方法”包含如下组分：双氧水15～55％、有机酸10～20％、无机酸10～20％、抗氧缓蚀防锈剂0.5～5％、醇醚5～15％和余量的水。公开号为CN103757636A的中国专利“一种化学抛光液及合金表面抛光处理方法”包含如下组分：过硫酸盐30～100g，浓硫酸300～500ml，粘度调整剂10～40g，除锈光亮剂2～14g，余量为水。公开号为CN101638783的中国专利“黄铜化学抛光液及其配制方法”每升抛光液包含如下组分：过硫酸盐60～140g，92.5～98.0wt％的浓硫酸200～350ml，85.0wt％的浓磷酸0～60ml，柠檬酸1～10g，七合水的硫酸亚铁2～10g，氯化钠0～3g，尿素0～6g，十二烷基硫酸钠0.2～1.0g，余量为水。上述发明均含有无机酸，在抛光过程中释放大量的氢气，气体自金属表面产生后破裂产生很高的瞬间热量导致抛光液温度急剧升高，抛光后产生大量的硫酸铜结晶物导致双氧水或过硫酸盐分解影响抛光液使用寿命，并且无机酸会对人体造成损伤，本发明旨在解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用范围广，稳定性强，清洗过程无任何有毒有害气体放出的抛光剂，并应用于铜及铜合金上。具体方案如下：

一种化学抛光剂，包括如下重量份的原料组成：酸性除锈混合物5-38份，催化剂0.1-1.0份，络合剂0.1-5.0份，整平光亮剂0.5-2.5份，缓蚀剂0.8-2.5份，氧化剂3-25份，抛光稳定剂1-20份，水40-150份。

进一步优选为：一种化学抛光剂，包括如下重量份的原料组成：酸性除锈混合物21份，催化剂0.75份，络合剂1.6份，整平光亮剂0.8份，缓蚀剂2份，氧化剂20份，抛光稳定剂14份，水142份。

所述的酸性除锈混合物由羟乙基磺酸、氨基磺酸、柠檬酸、酒石酸、氨基乙酸、苹果酸、磺基水杨酸、水杨羟肟酸、乙二胺四乙酸、羟基乙叉二膦酸、巯基乙酸、磺酸、丁二酸、乳酸、乙醇酸、乙酸中的两种或多种制成。

所述的催化剂由氯化铜、氯化铁、硫酸铜、硫酸铁、硫酸高铁、硫酸铈、硫酸锆、硫酸高铈中的两种或多种制成。

所述的络合剂由氨基三亚甲基膦酸、羟基乙叉二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸钠、乙二胺四亚甲基膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷、多元醇磷酸酯、2-羟基膦酰基乙酸、己二胺四亚甲基膦酸、多氨基多醚基亚甲基膦酸、二己烯三胺五亚甲基膦酸中的一种或多种制成。

所述的整平光亮剂由LAS、净洗剂LS、AOS、AES中一种阴离子表面活性剂与二硫丙烷磺酸钠、硫酸氨基葡萄糖、聚二硫二丙烷磺酸钠、2-氨基苯磺酸中一种化合物按照质量比1:1比例组成。

所述的缓蚀剂由5-甲基苯并三氮唑、1-羟基苯并三氮唑、羧基苯并三氮唑、1-甲基咪唑、2-苯基咪唑、11-烷基咪唑、17-烷基咪唑、18-烷基咪唑中一种或多种组成。

氧化剂为过氧化氢，过氧化氢的质量浓度为27.5～50％。

所述的抛光稳定剂乙醇、乙二醇、二甘醇、丙二醇、丙三醇、聚乙二醇二甲醚、聚乙二醇单甲醚、四乙二醇单甲醚中的两种或多种组成。

采用上述配方制得的的化学抛光剂在纯铜、铝青铜、锌青铜、锡青铜、含硅铸铜的抛光剂上的应用。

1、本发明的抛光剂将含酸性除锈剂、催化反应剂、络合除锈剂、整平光亮剂、缓蚀防锈剂、水的除锈光亮剂与含氧化性剂、抛光剂稳定剂、水的抛光添加剂配套使用，在水性体系下利用各种组分的协同作用对铜及其合金产生镜面抛光效果，同时辅以适当的抛光剂稳定剂、缓蚀防锈剂使抛光剂的使用寿命成倍延长、抛光后无需其它防锈工序在空气湿度大约80％的条件下可达到720h的防锈期。

2、本发明的抛光剂未添加任何无机酸，抛光过程中气体产生大大减少，反应缓和，抛光液升温慢，氧化剂的分解速率大大下降，同时采用大量助剂对抛光产生的金属离子进行络合，有效延长了其使用寿命；抛光剂中含有的催化剂与其它剂共同作用成倍提升了本发明抛光剂的抛光速度及除锈能力。

3、采用本发明的抛光剂通过对铜及其铜合金本身性质的研究，确立了对铜及其合金具有镜面光亮效果的抛光剂，具有除铜氧化层速度快、光洁度高、抛光效果好、抛光液稳定性强、溶液使用寿命长，抛光后零件表面显示铜的镜面本色，防锈期长。

4、本发明的抛光剂适用范围广、稳定性强、清洗过程无任何有毒有害气体放出的环保型抛光剂。

具体实施方式

化学抛光剂的制备方法：

按照重量份依次称取水、催化剂常温下搅拌溶解透明，在连续搅拌的条件下依次称取酸性除锈混合物、络合剂、缓蚀剂、整平光亮剂搅拌复合均匀，直至其完全溶解均匀，形成除锈光亮剂；

按照重量份依次称取水、抛光稳定剂在常温下搅拌混合均匀，在连续搅拌条件下加入氧化剂，制得抛光添加剂；

将上述除锈光亮剂与抛光添加剂按照次序混合，搅拌均匀后，即为化学抛光剂成品。

实施例1--4

表1：实施例1-4

实施例5--8

表2：实施例5-8

实施例9

将本发明的不同浓度氧化性剂对酸性除锈剂除锈效果的影响数据按照“失重法测试金属表面腐蚀速率”进行试验，结果如表3所示。

表3不同含量的氧化性剂对酸性除锈剂除锈效果影响的试验数据(腐蚀速率/[mg/(cm²*d)])

表1数据表明，有机酸氨基磺酸、羟乙基磺酸、酒石酸、苹果酸、羟基乙叉二膦酸、巯基乙酸、磺酸、丁二酸、水杨羟肟酸、乙醇酸与各浓度氧化性剂配合使用均可以取得较好的除氧化皮效果，其中磺酸与50％浓度双氧水的配比为最佳。

实施例10

将本发明的缓蚀防锈剂，按“金属防锈性评价方法”进行其对铜及其合金防锈性能的影响试验，结果如表4所示。

表4缓蚀防锈剂对纯铜、黄铜防锈性能的影响试验数据试片防锈期/h

表4数据表明，缓蚀防锈剂17-烷基咪唑、18-烷基咪唑在本发明抛光剂体系中发挥的缓蚀防锈效果已达到纯铜防锈期235小时，黄铜防锈期1101小时。

实施例11

将本发明的络合除锈剂，分别加入含有有机酸复合剂、氧化性剂以及缓蚀防锈剂的抛光液中，参照“失重法测试金属表面腐蚀速率”进行正交试验，观察其对抛光效果的影响，结果如表5所示。

表5络合除锈剂对铜及其合金抛光剂抛光速度、抛光光亮度、使用寿命影响试验数据，使用寿命(清洗面积m²/g)

表5数据表明，一种优良络合除锈剂的存在不仅对本发明抛光液的清洗速度和使用寿命具有决定性作用，还可以提升抛光零件表面的光洁度。

实施例12

将本发明的催化反应剂，分别加入含有有机酸复合剂、氧化性剂、缓蚀防锈剂以及络合除锈剂的抛光液中，参照“失重法测试金属表面腐蚀速率”进行试验，观察其对抛光效果的影响，结果如表6所示。

表6催化反应剂对铜及其合金抛光剂抛光速度、光亮度、使用寿命影响试验数据

表6数据表明，催化反应剂通过其对铜原子的强氧化性以及在抛光过程中与抛光剂中氧化性剂、络合除锈剂剂不断作用，成倍的提高了抛光速度，部分催化反应剂可以与铜原子作用产生不溶性沉淀膜覆盖在金属表面，促使金属表面凹凸部位的平衡溶解，提高了表面光亮度。

实施例13

将本发明的抛光剂稳定剂，分别加入含有有机酸复合剂、氧化性剂、缓蚀防锈剂以及络合除锈剂的抛光液中，参照“失重法测试金属表面腐蚀速率”进行试验，观察其对抛光效果的影响，结果如表7所示。

表7抛光剂稳定剂对铜及其合金抛光剂抛光速度、抛光光亮度、使用寿命影响试验数据

表7数据表明，本发明选择的抛光剂稳定剂以提高抛光液中氧化性剂的稳定性为出发点，同时结合抛光剂稳定剂与配方内络合除锈剂、催化反应剂、缓蚀防锈剂的协同作用效果，使用丙二醇、聚乙二醇单甲醚不仅可以成倍提升抛光液的使用寿命，光亮度也有一定程度的提高。

实施例14

将本发明的除锈光亮剂，分别加入含有有机酸复合剂、氧化性剂、缓蚀防锈剂以及络合除锈剂的抛光液中，参照“失重法测试金属表面腐蚀速率”进行正交试验，观察其对抛光效果的影响，观察其对抛光效果的影响，结果如表8所示

表8整平光亮剂对铜及其合金抛光剂抛光速度、光亮度、使用寿命影响试验数据

表8数据表明，本发明选择的整平光亮剂AOS分子内同时含有亲油基与亲水基团，在抛光过程中，除锈光亮剂分子定向排列，形成单分子保护层，金属表面微凸起部位较难吸附，吸附量小，因此首先受到溶解，微凹下部位较易吸附，吸附量多，溶解速度慢，导致金属表面被整平；聚二硫二丙烷磺酸钠分子内同时含有多个官能团，抛光过程中在铜合金表面定向吸附产生光亮效果。

Claims

1.一种化学抛光剂，其特征在于，包括如下重量份的原料组成：酸性除锈混合物5-38份，催化剂0.1-1.0份，络合剂0.1-5.0份，整平光亮剂0.5-2.5份，缓蚀剂0.8-2.5份，氧化剂3-25份，抛光稳定剂1-20份，水40-150份；

所述的酸性除锈混合物由羟乙基磺酸、氨基磺酸、柠檬酸、酒石酸、氨基乙酸、苹果酸、磺基水杨酸、水杨羟肟酸、乙二胺四乙酸、羟基乙叉二膦酸、巯基乙酸、磺酸、丁二酸、乳酸、乙醇酸、乙酸中的两种或多种制成；

所述的催化剂由氯化铜、氯化铁、硫酸铜、硫酸铁、硫酸高铁、硫酸铈、硫酸锆、硫酸高铈中的两种或多种制成；

所述的络合剂由氨基三亚甲基膦酸、羟基乙叉二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸钠、乙二胺四亚甲基膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷、多元醇磷酸酯、2-羟基膦酰基乙酸、己二胺四亚甲基膦酸、多氨基多醚基亚甲基膦酸、二己烯三胺五亚甲基膦酸中的一种或多种制成；

所述的整平光亮剂由阴离子表面活性剂LAS、净洗剂LS、AOS、AES中的一种与二硫丙烷磺酸钠、硫酸氨基葡萄糖、聚二硫二丙烷磺酸钠、2-氨基苯磺酸中一种化合物按照质量比为1:1混合制成；

所述的缓蚀剂由5-甲基苯并三氮唑、1-羟基苯并三氮唑、羧基苯并三氮唑、1-甲基咪唑、2-苯基咪唑、11-烷基咪唑、17-烷基咪唑、18-烷基咪唑中一种或多种组成；

氧化剂为过氧化氢，过氧化氢的质量浓度为27.5~50%；

2.根据权利要求1所述的化学抛光剂，其特征在于，包括如下重量份的原料组成：酸性除锈混合物21份，催化剂0.75份，络合剂1.6份，整平光亮剂0.8份，缓蚀剂2份，氧化剂20份，抛光稳定剂14份，水142份。

3.一种权利要求1或2所述的化学抛光剂在纯铜、铝青铜、锌青铜、锡青铜、含硅铸铜的抛光剂上的应用。