CN105505229A

CN105505229A - 一种金属抛光用复合抛光液及其制备方法

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Publication number: CN105505229A
Application number: CN201610039894.4A
Authority: CN
Inventors: 高礼明; 王森; 付存; 汪静
Original assignee: Henan Province Union Abrasive Material And Tools Co Ltd
Current assignee: Henan Province Union Abrasive Material And Tools Co Ltd
Priority date: 2016-01-21
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2036-01-21
Also published as: CN105505229B

Abstract

本发明公开了一种金属抛光用复合抛光液及其制备方法，该复合抛光液由以下质量百分比的组分组成：多晶金刚石微粉0.1％～2％、碳化硼微粉0.1％～2％、二氧化硅溶胶5％～60％、分散剂0.02％～5％、pH值调节剂0.001％～0.5％、腐蚀抑制剂0～1％，余量为水。本发明的金属抛光用复合抛光液，由多晶金刚石微粉与碳化硼微粉复配成混合磨料，辅以助抛剂二氧化硅溶胶，加入分散剂、pH值调节剂、腐蚀抑制剂制成；该复合抛光液在金属抛光中可显著提高抛光效率，防止磨料在金属工件表面产生镶嵌，提高工件亮度，减少了下一道工序的处理难度，适合推广使用。

Description

一种金属抛光用复合抛光液及其制备方法

技术领域

本发明属于金属抛光液技术领域，具体涉及一种金属抛光用复合抛光液，同时还涉及一种金属抛光用复合抛光液的制备方法。

背景技术

在我们的日常生活中，随处可见各种各样的金属制品，比如轻薄漂亮的铝合金手机外壳，高端质感的铝合金笔记本外壳，精致美观的不锈钢LOGO，耀眼闪亮的不锈钢饰条等等，这些金属材料的使用，给我们的生活增添了许多色彩。而这离不开我们对金属材料的精细加工，其中，金属抛光就是金属加工中一道非常重要的工艺。

金属抛光常用的是二氧化硅抛光液，使用二氧化硅抛光液可以得到较好的表面效果，但其抛光时间长，在大批量生产时效率低，并且过长的抛光容易导致金属表面产生腐蚀缺陷。有人使用金刚石抛光液对金属表面进行抛光，提高了抛光效率，但由于金刚石颗粒硬度大，容易导致金属表面出现划痕，并会产生磨料颗粒在金属表面的镶嵌，给下一道工序加工增加难度。

现有技术中，CN101353556A公开了一种铝合金用抛光液，包括磨料I、磨料II、表面活性剂、pH调节剂以及去离子水；各种组分所占的重量百分比为：磨料I为10％至40％，磨料II为5％至20％，表面活性剂为0.1％至3％，pH调节剂为1％至10％，去离子水为余量。所述磨料I是粒径为1至80nm的水溶性二氧化硅溶胶；所述磨料II是粒径为100至500nm的气相二氧化硅粉末；所述表面活性剂为聚合度为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)、月桂酰单乙醇胺；所述pH值调节剂为无机碱、有机碱或它们的组合。该铝合金用抛光液虽然可以有效减少铝合金抛光后的表面划伤，降低铝合金抛光后的表面粗糙度，但是抛光效率相对较低，不能满足使用要求。

CN103275620B公开了一种镁铝合金专用抛光液，由粒径为不大于0.5μm的金刚石微粉、混合脂、煤油和猪油混合而成，混合脂由硬脂酸颗粒(C₁₇H₃₅COOH)、石蜡或柏子油、锭子油组成；其中金刚石微粉为磨料，混合脂和猪油作为添加剂，煤油作为溶剂；抛光液按体积百分比为：3％的猪油、3％的金刚石微粉、10％的混合脂、84％的煤油；使用环境温度为20-35℃时，硬脂酸颗粒(C₁₇H₃₅COOH)、石蜡或柏子油、锭子油的体积比分别为45％、35％、20％。该抛光液具有良好的润湿和冷却性能，可以在保持高切削率的同时有效缓解对工件产生划伤，但是其抛光后的工件亮度相对较低，可能产生磨料在工件表面的镶嵌。

CN104131291A公开了一种新型复合金属抛光液，由下列重量份的原料制成：氧化铈11-13、氧化石墨烯2-4、菜籽油7-9、辛酸亚锡1-2、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸4-6、聚氧乙烯蓖麻油3-5、尿素4-6、柠檬酸2-4、乳化硅油4-6、助剂5-7、去离子水300；所述助剂由以下重量份的原料制成：三氧化二铝4-6、纳米二氧化钛5-7、硅酸钠1-2、丙二醇甲醚醋酸酯3-4、十二碳醇酯2-3、丙烯酸甲酯2-4、交联羧甲基纤维素钠2-3、乳化剂BP4-5、水50-54；制备方法是首先将三氧化二铝、纳米二氧化钛、交联羧甲基纤维素钠、乳化剂BP加入一半量的水中，研磨1-2小时，然后缓慢加入剩余成分，缓慢加热至70-80℃，在300-500转/分条件下搅拌反应30-50分钟，冷却至室温即得。该抛光液具有良好的分散、润湿、成膜性，在工件表面就形成一个阻隔空气层，防止空气对金属表面的腐蚀，但是其抛光效率相对较低，不能满足使用的要求。

因此，如何提供一种金属抛光用抛光液，具有较高的抛光效率，并提高抛光后工件的亮度，是需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属抛光用复合抛光液，具有较高的抛光效率，并能防止磨料在金属工件表面产生镶嵌，提高抛光后工件的亮度。

本发明的第二个目的是提供一种金属抛光用复合抛光液的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种金属抛光用复合抛光液，由以下质量百分比的组分组成：多晶金刚石微粉0.1％～2％、碳化硼微粉0.1％～2％、二氧化硅溶胶5％～60％、分散剂0.02％～5％、pH值调节剂0.001％～0.5％、腐蚀抑制剂0～1％，余量为水。

所述多晶金刚石微粉和碳化硼微粉均为纳米尺寸，两者组成混合磨料；其中，多晶金刚石微粉为研磨磨料，碳化硼微粉为助磨磨料。二氧化硅溶胶作为助抛剂，为纳米级二氧化硅溶胶。所述二氧化硅溶胶的固含量为20％～50％。

优选的，所述金属抛光用复合抛光液，由以下质量百分比的组分组成：多晶金刚石微粉0.1％～0.6％、碳化硼微粉0.1％～0.6％、二氧化硅溶胶40％～50％、分散剂0.04％～0.06％、pH值调节剂0.001％～0.004％、腐蚀抑制剂0～0.15％，余量为水。

所述多晶金刚石微粉的粒度为50～250nm；所述碳化硼微粉的粒度为50～200nm，且碳化硼微粉的粒度不大于多晶金刚石微粉的粒度；所述二氧化硅溶胶的粒度为10～150nm。优选的，所述多晶金刚石微粉的粒度为80～150nm；所述碳化硼微粉的粒度为80～150nm，且碳化硼微粉的粒度不大于多晶金刚石微粉的粒度；所述二氧化硅溶胶的粒度为80～150nm。所述多晶金刚石微粉和碳化硼微粉使用前经过净化处理；净化处理后表面杂质含量低于100ppm，在水中有良好的分散性。

所述分散剂为阿拉伯胶、偏硅酸钠、六偏磷酸钠、乙二醇、丙三醇、油酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基二乙基醇酰胺、N,N-油酰甲基牛磺酸钠、甲氧基脂肪酰胺基苯磺酸钠中的任意一种或组合。

所述pH值调节剂为无机碱与有机碱的质量比为1:1～20的复配物；其中，所述无机碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的任意一种或组合，所述有机碱为乙醇胺。

所述腐蚀抑制剂为磷酸钠、硅酸钠、重铬酸钾、二乙醇胺、油酸三乙醇胺中的任意一种或组合。

所用的水为电阻率大于0.1MΩ·cm的去离子水。优选的，所用的水为电阻率大于10MΩ·cm的去离子水。

本发明的金属抛光用复合抛光液中，多晶金刚石(微粉)是使用爆炸法生产的一种特殊金刚石，主要由小于20nm的微晶构成，遇到外力挤压冲击时，其微晶容易碎裂。

本发明的金属抛光用复合抛光液，由研磨磨料多晶金刚石微粉与助磨磨料碳化硼微粉复配成混合磨料，辅以助抛剂二氧化硅溶胶，加入分散剂、pH值调节剂、腐蚀抑制剂制成；该复合抛光液在金属抛光中可显著提高抛光效率，防止磨料在金属工件表面产生镶嵌，提高工件亮度，减少了下一道工序的处理难度。与传统的二氧化硅抛光液相比，本发明在抛光体系中引入了研磨磨料多晶金刚石微粉和助磨磨料碳化硼微粉，从而显著提高了抛光效率，缩短了抛光时间；由于多晶金刚石微粉独特的微晶结构，其在金属抛光加工中遇到外力挤压冲击容易碎裂的特性，可以防止磨料颗粒在金属工件表面的镶嵌，提高抛光后工件的亮度，从而减少下一道工序的处理难度，适合推广使用。

一种上述的金属抛光用复合抛光液的制备方法，包括下列步骤：

1)取多晶金刚石微粉和碳化硼微粉，加入其总重量5～10倍的水，再加入配方量的分散剂，超声分散，得润湿磨料；

2)向步骤1)所得润湿磨料中依次加入剩余的水和配方量的pH值调节剂、腐蚀抑制剂和二氧化硅溶胶，搅拌使其分散均匀，即得。

步骤1)中，所述多晶金刚石微粉和碳化硼微粉使用前经过净化处理，所述净化处理为：

分别取多晶金刚石微粉和碳化硼微粉，加入氧化性酸，经煮沸、静置冷却后，反复水洗至磨料与水的混合物的电阻率大于0.02MΩ·cm，将磨料烘干，备用。

上述净化处理中，所述氧化性酸为浓硫酸、硝酸、高氯酸中的任意一种或组合。所述煮沸的时间为1h以上。所述静置的时间为1h以上，至磨料沉在容器底部为止。

水洗所用的水温度不低于50℃。净化处理后磨料表面杂质含量低于100ppm，在水中有良好的分散性。

步骤1)中，所述超声分散的频率为25～30KHz，功率为1000～2000W；所述超声分散的时间为10～20min。

步骤2)中，所述搅拌的时间为至少30min，使磨料分散均匀。

上述制备方法中，所述搅拌的转速为20～60rpm。

上述制备方法中，所用的水均为电阻率大于0.1MΩ·cm的去离子水。

本发明的金属抛光用复合抛光液的制备方法，是采用超声分散的方法将研磨磨料多晶金刚石微粉、助磨磨料碳化硼微粉和分散剂分散在水中制得润湿磨料，再依次加入助抛剂二氧化硅溶胶、pH值调节剂、腐蚀抑制剂混合均匀；所得复合抛光液分散均匀，性质稳定；使用该复合抛光液抛光金属，抛光后的金属表面无划痕、磨料镶嵌、砂眼或雾面情况，抛光效率高，工件表面亮度高；该制备方法工序简单，操作方便，适合大规模工业化生产。

附图说明

图1为采用实施例1所得复合抛光液抛光后的工件表面形态图；

图2为采用实施例1所得复合抛光液抛光后的工件表面效果图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

具体实施方式中，所述的粒度均为磨料的平均粒度。

实施例1

本实施例的金属抛光用复合抛光液，由以下质量百分比的组分组成：

余量为电阻率大于0.1MΩ·cm的去离子水。

本实施例的金属抛光用复合抛光液的制备方法，包括下列步骤：

1)磨料净化处理：分别取多晶金刚石微粉和碳化硼微粉，加入氧化性酸(浓硫酸)，煮沸1h后，静置冷却1h以上至磨料沉在容器底部后，用温度不低于50℃的去离子水(电阻率大于0.1MΩ·cm)反复水洗至磨料与水的混合物的电阻率大于0.02MΩ·cm，将磨料烘干，备用；净化处理后磨料表面杂质含量低于100ppm，在水中有良好的分散性；

2)分别取净化处理后的多晶金刚石微粉4.0g、碳化硼微粉4.0g混合后，加入80g的去离子水，再加入六偏磷酸钠2.0g，超声分散10min(超声频率28KHz，功率1200W)，得润湿磨料；

3)向步骤2)所得润湿磨料中依次加入去离子水601.8g、氢氧化钾0.2g、乙醇胺2g、硅酸钠6g和二氧化硅溶胶300g，机械搅拌50min使其分散均匀，即得。

实施例2

余量为电阻率大于1MΩ·cm的去离子水。

1)磨料净化处理：分别取多晶金刚石微粉和碳化硼微粉，加入氧化性酸(硝酸)，煮沸1h后，静置冷却1h以上至磨料沉在容器底部后，用温度不低于50℃的去离子水(电阻率大于0.1MΩ·cm)反复水洗至磨料与水的混合物的电阻率大于0.02MΩ·cm，将磨料烘干，备用；净化处理后磨料表面杂质含量低于100ppm，在水中有良好的分散性；

2)分别取净化处理后的多晶金刚石微粉6.0g、碳化硼微粉6.0g混合后，加入120g的去离子水，再加入N,N-油酰甲基牛磺酸钠5.0g、十二烷基苯磺酸钠5.0g，超声分散15min(超声频率28KHz，功率1200W)，得润湿磨料；

3)向步骤2)所得润湿磨料中依次加入去离子水656g、氢氧化钾1.0g、乙醇胺1.0g、二氧化硅溶胶200g，机械搅拌50min使其分散均匀，即得。

实施例3

余量为电阻率大于10MΩ·cm的去离子水。

1)磨料净化处理：分别取多晶金刚石微粉和碳化硼微粉，加入氧化性酸(高氯酸)，煮沸1h后，静置冷却1h以上至磨料沉在容器底部后，用温度不低于50℃的去离子水(电阻率大于0.1MΩ·cm)反复水洗至磨料与水的混合物的电阻率大于0.02MΩ·cm，将磨料烘干，备用；净化处理后磨料表面杂质含量低于100ppm，在水中有良好的分散性；

2)分别取净化处理后的多晶金刚石微粉4.0g、碳化硼微粉4.0g混合后，加入80g的去离子水，再加入十二烷基二乙基醇酰胺5.0g，超声分散10min(超声频率28KHz，功率1200W)，得润湿磨料；

3)向步骤2)所得润湿磨料中依次加入去离子水802g、氢氧化钠1.0g、乙醇胺2.0g、油酸三乙醇胺2.0g、二氧化硅溶胶100g，机械搅拌50min使其分散均匀，即得。

实施例4

余量为电阻率大于10MΩ·cm的去离子水。

2)分别取净化处理后的多晶金刚石微粉2.0g、碳化硼微粉2.0g混合后，加入40g的去离子水，再加入阿拉伯胶0.2g，超声分散10min(超声频率28KHz，功率1200W)，得润湿磨料；

3)向步骤2)所得润湿磨料中依次加入去离子水899.8g、氢氧化钾1.0g、乙醇胺4.0g、油酸三乙醇胺1.0g、二氧化硅溶胶50g，机械搅拌50min使其分散均匀，即得。

实施例5

余量为电阻率大于10MΩ·cm的去离子水。

2)分别取净化处理后的多晶金刚石微粉20g、碳化硼微粉20g混合后，加入400g的去离子水，再加入阿拉伯胶5.0g、乙二醇20g，超声分散20min(超声频率28KHz，功率1200W)，得润湿磨料；

3)向步骤2)所得润湿磨料中依次加入去离子水20.8g、氢氧化钾0.2g、乙醇胺4.0g、油酸三乙醇胺10g、二氧化硅溶胶500g，机械搅拌60min使其分散均匀，即得。

实施例6

余量为电阻率大于10MΩ·cm的去离子水。

2)分别取净化处理后的多晶金刚石微粉10g、碳化硼微粉10g混合后，加入200g的去离子水，再加入阿拉伯胶5.0g、丙三醇10g，超声分散20min(超声频率28KHz，功率1200W)，得润湿磨料；

3)向步骤2)所得润湿磨料中依次加入去离子水356.98g、氢氧化钾0.01g、乙醇胺0.01g、油酸三乙醇胺8g、二氧化硅溶胶400g，机械搅拌60min使其分散均匀，即得。

实验例

本实验例采用实施例1-6所得复合抛光液，按照表1所示的抛光工艺条件对铝合金进行抛光，结果如表2所示。

表1铝合金抛光工艺条件

表2铝合金抛光结果

实施例	去除率	铝合金抛光效果	亮度
				1	0.82μm/min	抛光后表面无划痕、磨料镶嵌、砂眼或雾面情况	1910K
2	1.15μm/min	抛光后表面无划痕、磨料镶嵌、砂眼或雾面情况	1840K
				3	1.21μm/min	抛光后表面无划痕、磨料镶嵌、砂眼或雾面情况	1820K
4	1.09μm/min	抛光后表面无划痕、磨料镶嵌、砂眼或雾面情况	1810K
				5	0.91μm/min	抛光后表面无划痕、磨料镶嵌、砂眼或雾面情况	1980K
6	1.01μm/min	抛光后表面无划痕、磨料镶嵌、砂眼或雾面情况	1930K

图1和图2是实施例1所得复合抛光液按照表1所示的抛光工艺条件对铝合金进行抛光后，工件的表面形态图。如图1、2可以看出，抛光后的工件表面无划痕、磨料镶嵌、砂眼或雾面情况，亮度高。

从表2可以看出，实施例1-6所得复合抛光液在抛光铝合金时，去除率达到0.8μm/min以上，抛光后工件表面亮度达到1800K以上。实验结果表明，本发明的金属抛光用复合抛光液在金属抛光中可显著提高抛光效率，防止磨料在金属工件表面产生镶嵌，提高工件亮度，适合推广使用。

Claims

1.一种金属抛光用复合抛光液，其特征在于：由以下质量百分比的组分组成：多晶金刚石微粉0.1％～2％、碳化硼微粉0.1％～2％、二氧化硅溶胶5％～60％、分散剂0.02％～5％、pH值调节剂0.001％～0.5％、腐蚀抑制剂0～1％，余量为水。

2.根据权利要求1所述的金属抛光用复合抛光液，其特征在于：所述多晶金刚石微粉的粒度为50～250nm；所述碳化硼微粉的粒度为50～200nm，且碳化硼微粉的粒度不大于多晶金刚石微粉的粒度；所述二氧化硅溶胶的粒度为10～150nm。

3.根据权利要求1所述的金属抛光用复合抛光液，其特征在于：所述分散剂为阿拉伯胶、偏硅酸钠、六偏磷酸钠、乙二醇、丙三醇、油酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基二乙基醇酰胺、N,N-油酰甲基牛磺酸钠、甲氧基脂肪酰胺基苯磺酸钠中的任意一种或组合。

4.根据权利要求1所述的金属抛光用复合抛光液，其特征在于：所述pH值调节剂为无机碱与有机碱的质量比为1:1～20的复配物；其中，所述无机碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的任意一种或组合，所述有机碱为乙醇胺。

5.根据权利要求1所述的金属抛光用复合抛光液，其特征在于：所述腐蚀抑制剂为磷酸钠、硅酸钠、重铬酸钾、二乙醇胺、油酸三乙醇胺中的任意一种或组合。

6.根据权利要求1所述的金属抛光用复合抛光液，其特征在于：所用的水为电阻率大于0.1MΩ·cm的去离子水。

7.一种如权利要求1所述的金属抛光用复合抛光液的制备方法，其特征在于：包括下列步骤：

1)取多晶金刚石微粉与碳化硼微粉，加入其总重量5～10倍的水，再加入配方量的分散剂，超声分散，得润湿磨料；

8.根据权利要求7所述的金属抛光用复合抛光液的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述多晶金刚石微粉和碳化硼微粉使用前经过净化处理，所述净化处理为：

9.根据权利要求8所述的金属抛光用复合抛光液的制备方法，其特征在于：水洗所用的水温度不低于50℃。

10.根据权利要求7所述的金属抛光用复合抛光液的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述超声分散的时间为10～20min。