CN105714299A - 一种用于金属的化学抛光液和抛光工艺 - Google Patents

一种用于金属的化学抛光液和抛光工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于金属表面处理技术领域，公开了一种用于金属的化学抛光液和抛光工艺。所述抛光液包含60g/L～90g/L硝酸盐、60g/L～90g/L盐酸、120ml/L～180ml/L中强酸、20g/L～50g/L粘度调节剂、1g/L～10g/L缓蚀剂、2g/L～6g/L光亮剂和水。所述抛光工艺为：将金属工件进行脱脂活化前处理，然后置于抛光液中，在温度为60～100℃浸泡2.5～4min进行抛光，抛光完成后，将金属工件进行中和后处理，即可得到平整光滑的金属表面。本发明的化学抛光液安全环保，抛光效率高，成本低，适于工业化应用。

Description

一种用于金属的化学抛光液和抛光工艺
技术领域
本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及一种用于金属的化学抛光液和抛光工艺。
背景技术
不锈钢、黄铜、铝合金等合金被广泛用于装饰性精加工制品、机械零件及工具产品中。在这些制件的加工过程如喷涂和镀膜前，及最终产品的形成都需要对金属的表面进行表面处理来改善表面粗糙度及光亮度或者满足一些其它的特殊性能。目前，主要的表面处理技术主要有：电化学抛光、化学抛光及机械抛光三大类。相对于其他两种，化学抛光以成本低、操作简单、抛光效果均匀等优点而受到广泛应用，特别是针对形状复杂的零部件的表面处理。
化学抛光液按氧化剂来分类，主要有三种类型：(1)硝酸及其盐系列，该方法在化学抛光的过程中会产生大量的氮氧化物，俗称“黄烟”。氮氧化物气体毒性很大，对于人体以及环境都会造成严重的危害。(2)铬酸盐系列，该抛光方法因成本高，废水处理费用高，而且存在Cr6+的污染问题，因此在工业生产中应用越来越少。(3)过氧化氢系列，该方法存在过氧化氢不稳定，抛光剂寿命普遍不长，生产成本偏高等问题。由于不锈钢本身具有很强的抗腐蚀性能，要更好地进行化学抛光处理，就不得不使用具有强腐蚀性的物质。
发明内容
为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种用于金属的化学抛光液。
本发明的另一目的在于提供一种采用上述化学抛光液对金属进行抛光的工艺。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种用于金属的化学抛光液，包含硝酸盐、盐酸、中强酸、粘度调节剂、缓蚀剂、光亮剂和水，各组分的含量如下：
所述的硝酸盐优选为硝酸钾、硝酸钠和硝酸铵中的一种或两种以上。
所述的中强酸优选为磷酸、草酸和甲酸中的一种或两种以上。
所述粘度调节剂优选为甘油、聚乙二醇和丙二醇中的一种或两种以上。
所述缓蚀剂优选为六次甲基四胺、柠檬酸、甘氨酸、蛋氨酸、精氨酸、硫脲、尿素、若丁和有机胺中的一种或两种以上。
所述光亮剂优选为磺基水杨酸、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、硫酸亚铁、磺胺和苯并三氮唑中的一种或两种以上。所述光亮剂可以使抛光后的工件表面更光亮平整。
一种采用上述化学抛光液对金属进行抛光的工艺，包括以下步骤：
(1)将金属工件进行前处理，依次为脱脂、清洗、活化、清洗；
(2)将前处理后的金属工件置于抛光液中，在温度为60～100℃浸泡2.5～4min之后进行清洗；
(3)抛光完成后，将金属工件进行后处理，依次为中和、清洗、烘干，即可得到平整光滑的金属表面。
优选地，所述的金属是指不锈钢；更优选为304不锈钢。
优选地，步骤(1)中所述的脱脂是于常温下在氢氧化钠30g/L、碳酸钠20g/L、磷酸三钠50g/L和OP乳化剂5mL/L的水溶液中浸渍1～20min；所述的清洗是指依次用蒸馏水和去离子水清洗；所述的活化是在质量浓度为10％的硫酸溶液中处理10s。
优选地，步骤(3)中所述的中和是在常温下于质量浓度为5％的碳酸钠溶液中处理1min。
本发明的制备方法及所得到的产物具有如下优点及有益效果：
(1)本发明的抛光液对金属表面进行化学抛光得到的化学抛光面光亮度高、表面平整、抛光效果好可达到镜面抛光效果，可以广泛的应用于不锈钢等金属表面的化学抛光；
(2)本发明采用硝酸盐和盐酸及中强酸体系，配合粘度调整剂、缓蚀剂、光亮剂等制成化学抛光液，不含有有毒有害的物质，稳定不易分解，避免了在抛光过程中氮氧化物等有害气体的释放，且废液只需调节PH值至7即可排放，减少了对环境的污染和对生产人员的伤害；
(3)采用本发明的化学抛光液对金属进行抛光的工艺抛光效率高，成本低，适于工业化应用。
附图说明
图1为实施例3处理前金属SEM表面形貌图；
图2为实施例3处理后金属SEM表面形貌图；
图3为实施例3处理前金属表面的粗糙度轮廓曲线图；
图4为实施例3处理后金属表面的粗糙度轮廓曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例以304不锈钢为基体材料，应用下述化学抛光液和抛光方法在不锈钢表面进行表面处理方法，具体步骤如下：
(1)对金属表面进行前处理脱脂和活化：经过线切割成型的不锈钢试样，用砂纸将其表面进行打磨，并用蒸馏水冲洗后晾干；将试样置于由碱性脱脂溶液中浸泡1分钟除油，该碱性溶液中各组分的浓度为氢氧化钠30g/L，磷酸三钠50g/L，碳酸钠20g/L，OP乳化剂5mL/L，然后用蒸馏水冲洗后，用去离子水冲洗，再用吹风机吹干。之后进行酸洗活化处理10s，活化剂为10％硫酸，然后用蒸馏水冲洗后，用去离子水冲洗，再用吹风机吹干。
(2)将该样品置于化学抛光液中在80℃下浸渍3分钟，化学抛光过程中对溶液进行搅拌，搅拌速率为250r/min，然后用蒸馏水冲洗后，用去离子水冲洗，再用吹风机吹干。抛光液配制为：配制100mL化学抛光液，其中抛光液中各种组分和浓度如下：硝酸钠80g/L，盐酸80ml/L，磷酸150ml/L，聚乙二醇40g/L，磺基水杨酸3g/L，柠檬酸1g/L。将各组分硝酸钠8g，盐酸8ml，磷酸15ml，聚乙二醇4g，磺基水杨酸0.3g，柠檬酸0.1g溶于水，加水至体积为100mL，溶液配制后磁力搅拌至完全溶剂溶解。
(3)对抛光后的样品进行钝化中和：在常温下将试样置于浓度为在5％的碳酸钠溶液中，处理1分钟进行中和反应，然后用蒸馏水冲洗后，用去离子水冲洗，再用吹风机吹干。
经本实施例化学抛光后的试样表面平整，光亮。粗糙度由0.476μm下降至0.307μm，粗糙度下降率为35.5％。而且试样表面点腐蚀程度达到3级目测标准。试样抛光前后失重率为0.1363％。
实施例2
本实施例以304不锈钢为基体材料，应用下述化学抛光液和抛光方法在不锈钢表面进行表面处理方法，具体步骤如下：
(1)对金属表面进行前处理脱脂和活化：经过线切割成型的不锈钢试样，用砂纸将其表面进行打磨，并用蒸馏水冲洗后晾干；将试样置于由碱性脱脂溶液中浸泡1分钟除油，该碱性溶液中各组分的浓度为氢氧化钠30g/L，磷酸三钠50g/L，碳酸钠20g/L，OP乳化剂5mL/L，然后用蒸馏水冲洗后，用去离子水冲洗，再用吹风机吹干。之后进行酸洗活化处理10s，活化剂为10％硫酸，然后用蒸馏水冲洗后，用去离子水冲洗，再用吹风机吹干。
(2)将该样品置于化学抛光液中在60℃下浸渍4分钟，化学抛光过程中对溶液进行搅拌，搅拌速率为250r/min，，然后用蒸馏水冲洗后，用去离子水冲洗，再用吹风机吹干。抛光液配制为：配制100mL化学抛光液，其中抛光液中各种组分和浓度如下：硝酸钠90g/L，盐酸90ml/L，磷酸180ml/L，六次甲基四胺7g/L,聚乙二醇50g/L，柠檬酸1g/L，磺基水杨酸6g/L。将各组分硝酸钠8g，盐酸10ml，磷酸12ml，六次甲基四胺0.7g,聚乙二醇5g，柠檬酸0.1g，磺基水杨酸0.6g溶于水，加水至体积为100mL，溶液配制后磁力搅拌至完全溶剂溶解。
(3)对抛光后的样品进行钝化中和：在常温下将试样置于浓度为在5％的碳酸钠溶液中，处理1分钟进行中和反应，然后用蒸馏水冲洗后，用去离子水冲洗，再用吹风机吹干。
经本实施例化学抛光后的试样表面平整，光亮。粗糙度由0.623μm下降至0.432μm，粗糙度下降率为30.7％。而且试样表面点腐蚀程度达到3级目测标准。试样抛光前后失重率为0.1272％。
实施例3
本实施例以304不锈钢为基体材料，应用下述化学抛光液和抛光方法在不锈钢表面进行表面处理方法，具体步骤如下：
(1)对金属表面进行前处理脱脂和活化与实施例1、2完全相同，脱脂活化后用蒸馏水冲洗后，用去离子水冲洗，再用吹风机吹干。
(2)将该样品置于化学抛光液中在80℃下浸渍3分钟，化学抛光过程中对溶液进行搅拌，搅拌速率为300r/min，然后用蒸馏水冲洗后，用去离子水冲洗，再用吹风机吹干。抛光液配制为：配制100mL化学抛光液，其中抛光液中各种组分和浓度如下：硝酸钠80g/L，盐酸80ml/L，磷酸150ml/L，聚乙二醇40g/L，磺基水杨酸3g/L，柠檬酸1g/L，六次甲基四胺7g/L。将各组分硝酸钠8g，盐酸8ml，磷酸15ml，聚乙二醇4g，磺基水杨酸0.3g，柠檬酸0.1g，六次甲基四胺0.7g溶于水，加水至体积为100mL，溶液配制后磁力搅拌至完全溶剂溶解。
(3)对抛光后的样品进行钝化中和与实施例1、2完全相同，钝化中和后用蒸馏水冲洗后，用去离子水冲洗，再用吹风机吹干。
经本实施例化学抛光后的试样表面平整，光亮。粗糙度由0.623μm下降至0.388μm，粗糙度下降率为37.6％。而且试样表面点腐蚀程度达到3-4级目测标准。试样抛光前后失重率为0.1536％。该金属表面处理前后的SEM表面形貌图分别如图1和图2所示。处理前后金属表面的粗糙度轮廓曲线图分别如图3和图4所示。
实施例4
本实施例以304不锈钢为基体材料，应用下述化学抛光液和抛光方法在不锈钢表面进行表面处理方法，具体步骤如下：
(1)对金属表面进行前处理脱脂和活化与实施例1、2完全相同，脱脂活化后用蒸馏水冲洗后，用去离子水冲洗，再用吹风机吹干。
(2)将该样品置于化学抛光液中在100℃下浸渍4分钟，化学抛光过程中对溶液进行搅拌，搅拌速率为300r/min，，然后用蒸馏水冲洗后，用去离子水冲洗，再用吹风机吹干。抛光液配制为：配制100mL化学抛光液，其中抛光液中各种组分和浓度如下：硝酸钠60g/L，盐酸60ml/L，磷酸120ml/L，聚乙二醇25g/L，磺基水杨酸3g/L，柠檬酸1g/L，六次甲基四胺7g/L。将各组分硝酸钠6g，盐酸6ml，磷酸12ml，聚乙二醇2g，磺基水杨酸0.3g，柠檬酸0.1g，六次甲基四胺0.7g溶于水，加水至体积为100mL，溶液配制后磁力搅拌至完全试剂溶解。
(3)对抛光后的样品进行钝化中和与实施例1、2完全相同，钝化中和后用蒸馏水冲洗后，用去离子水冲洗，再用吹风机吹干。
经本实施例化学抛光后的试样表面平整，光亮。粗糙度由0.564μm下降至0.383μm，粗糙度下降率为32.1％。而且试样表面点腐蚀程度达到3级目测标准。试样抛光前后失重率为0.1135％。
实施例5
本实施例以304不锈钢为基体材料，应用下述化学抛光液和抛光方法在不锈钢表面进行表面处理方法，具体步骤如下：
(1)对金属表面进行前处理脱脂和活化与实施例1、2完全相同，脱脂活化后用蒸馏水冲洗后，用去离子水冲洗，再用吹风机吹干。
(2)将该样品置于化学抛光液中在80℃下浸渍4分钟，化学抛光过程中对溶液进行搅拌，搅拌速率为300r/min，，然后用蒸馏水冲洗后，用去离子水冲洗，再用吹风机吹干。抛光液配制为：配制100mL化学抛光液，其中抛光液中各种组分和浓度如下：硝酸钠80g/L，盐酸80ml/L，磷酸150ml/L，六次甲基四胺7g/L聚乙二醇50g/L，磺基水杨酸5g/L。将各组分硝酸钠18g，盐酸9ml，磷酸18ml，六次甲基四胺0.7g，聚乙二醇5g，磺基水杨酸0.5g溶于水，加水至体积为100mL，溶液配制后磁力搅拌至完全试剂溶解。
(3)对抛光后的样品进行钝化中和与实施例1、2完全相同，钝化中和后用蒸馏水冲洗后，用去离子水冲洗，再用吹风机吹干。
经本实施例化学抛光后的试样表面平整，光亮。粗糙度由0.576μm下降至0.377μm，粗糙度下降率为34.6％。而且试样表面点腐蚀程度达到3-4级目测标准。试样抛光前后失重率为0.1200％。
实施例6
本实施例以304不锈钢为基体材料，应用下述化学抛光液和抛光方法在不锈钢表面进行表面处理方法，具体步骤如下：
(1)对金属表面进行前处理脱脂和活化与实施例1、2完全相同，脱脂活化后用蒸馏水冲洗后，用去离子水冲洗，再用吹风机吹干。
(2)将该样品置于化学抛光液中在60℃下浸渍4分钟，化学抛光过程中对溶液进行搅拌，搅拌速率为250r/min，，然后用蒸馏水冲洗后，用去离子水冲洗，再用吹风机吹干。抛光液配制为：配制100mL化学抛光液，其中抛光液中各种组分和浓度如下：硝酸钠60g/L，盐酸60ml/L，磷酸120ml/L，六次甲基四胺10g/L，聚乙二醇50g/L，磺基水杨酸5g/L，柠檬酸3g/L。将各组分硝酸钠8g，盐酸8ml，磷酸15ml，六次甲基四胺1g，聚乙二醇5g，磺基水杨酸0.5g，柠檬酸0.3g溶于水，加水至体积为100mL，溶液配制后磁力搅拌至完全试剂溶解。
(3)对抛光后的样品进行钝化中和与实施例1、2完全相同，钝化中和后用蒸馏水冲洗后，用去离子水冲洗，再用吹风机吹干。
经本实施例化学抛光后的试样表面平整，光亮。粗糙度由0.542μm下降至0.370μm，粗糙度下降率为31.7％。而且试样表面点腐蚀程度达到3级目测标准。试样抛光前后失重率为0.1012％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于金属的化学抛光液，其特征在于：所述抛光液包含硝酸盐、盐酸、中强酸、粘度调节剂、缓蚀剂、光亮剂和水，各组分的含量如下：
2.根据权利要求1所述的一种用于金属的化学抛光液，其特征在于：所述的硝酸盐为硝酸钾、硝酸钠和硝酸铵中的一种或两种以上。
3.根据权利要求1所述的一种用于金属的化学抛光液，其特征在于：所述的中强酸为磷酸、草酸和甲酸中的一种或两种以上。
4.根据权利要求1所述的一种用于金属的化学抛光液，其特征在于：所述粘度调节剂为甘油、聚乙二醇和丙二醇中的一种或两种以上。
5.根据权利要求1所述的一种用于金属的化学抛光液，其特征在于：所述缓蚀剂为六次甲基四胺、柠檬酸、甘氨酸、蛋氨酸、精氨酸、硫脲、尿素、若丁和有机胺中的一种或两种以上。
6.根据权利要求1所述的一种用于金属的化学抛光液，其特征在于：所述光亮剂为磺基水杨酸、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、硫酸亚铁、磺胺和苯并三氮唑中的一种或两种以上。
7.一种采用权利要求1～6任一项所述的化学抛光液对金属进行抛光的工艺，其特征在于包括以下步骤：
(1)将金属工件进行前处理，依次为脱脂、清洗、活化、清洗；
(2)将前处理后的金属工件置于抛光液中，在温度为60～100℃浸泡2.5～4min之后进行清洗；
(3)抛光完成后，将金属工件进行后处理，依次为中和、清洗、烘干，即可得到平整光滑的金属表面。
8.根据权利要求7所述的一种化学抛光液对金属进行抛光的工艺，其特征在于：所述的金属是指不锈钢。
9.根据权利要求8所述的一种化学抛光液对金属进行抛光的工艺，其特征在于：所述的不锈钢为304不锈钢。
10.根据权利要求7所述的一种化学抛光液对金属进行抛光的工艺，其特征在于：步骤(1)中所述的脱脂是于常温下在氢氧化钠30g/L、碳酸钠20g/L、磷酸三钠50g/L和OP乳化剂5mL/L的水溶液中浸渍1～20min；所述的清洗是指依次用蒸馏水和去离子水清洗；所述的活化是在质量浓度为10％的硫酸溶液中处理10s；步骤(3)中所述的中和是在常温下于质量浓度为5％的碳酸钠溶液中处理1min。
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