CN106757039B - 一种铝氧化抛光液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铝氧化抛光液，以每升铝氧化抛光液计，包括以下含量的组分：磷酸550～660mL；硫酸250～350mL；过氧化氢5～20g；Al3+3～15g；Fe2+1～10g；增光剂0.5～1.5g；抑制剂1～4g；缓蚀剂1～5g。本发明还提供了一种铝氧化抛光液的制备方法，按配比加入磷酸，然后加入硫酸、Al3+、Fe2+，加热至70～110℃，再按配比加入增光剂、抑制剂和缓蚀剂，最后加入过氧化氢，得到所述铝氧化抛光液。本发明的铝氧化抛光液不含硝酸，具有酸洗速度快，色泽光亮，质量好等优点，同时彻底解决了酸洗车间冒黄烟、废水含氮等环境问题。
Description
技术领域
本发明涉及金属抛光液，尤其涉及一种铝氧化抛光液及其制备方法。
背景技术
铝合金在日常生活中应用越来越广泛，尤其是在数码产品的外壳中的应用。铝合金产品需要进行处理以获得更加靓丽的外观，而在自动化生产过程中，一般采用化学抛光的表面处理方法。
化学抛光是铝及铝合金表面处理中的一个重要工序，通过化学抛光可以获得光洁度高、平整性好的表面，使铝及铝合金的光反射能力、耐腐蚀性能以及热反射能力得到加强，同时该金属制品的装饰效果得到了提高。
传统的化学抛光是将铝制品在三酸(磷酸-硫酸-硝酸)溶液中浸蚀，从而得到增亮整平的效果，工艺成熟，抛光效果好，可用于纯铝和含铜量较低的铝材。但在该化学抛光过程中会产生大量的氮氧化合物(NOx)，像“黄烟”一样的NOx气体严重破坏环境、危害人们的身体健康，由于该方法存在严重大气污染而日益受到关注。目前国内外报道的无氮氧化物酸性化学抛光工艺(俗成无黄烟化学抛光工艺)和碱性化学抛光工艺还存在抛光亮度低或存在点腐蚀等主要缺陷，只能用于对抛光质量要求不高的一些场合，致使大气污染问题依然存在。
公开号为CN101476126A的中国专利文献公开了一种铝制品化学抛光液组合物，该组合物不含硝酸，以硫酸和磷酸为基础溶液，添加剂由硫酸铝(或硝酸铝)、高锰酸钾、硝酸钠、二苯胺磺酸钠、酒石酸、硫酸锌组成。该发明在铝材处理过程中无氮氧化物黄烟危害，但该抛光液由于空气的存在对铝表面产生过腐蚀、氧化在表面形成异色等不良。
另外，由于使用硝酸作为抛光液，使得酸洗过程中还会产生含有大量的硝酸根离子的酸洗废水，其中总氮浓度非常高，不能满足越来越严格的环境排放要求。废水脱氮处理一直是环境领域的难点，同时也要花费大量的处理成本含氮废水。目前一般在对污水进行处理的过程中只是对氮的形态上做了转化，并未真正将氮从环境中去除，不同形态氮污染物的过量存在都是导致水体富营养化的直接因素，因此未能彻底解决水体富营养化问题。国家环境保护部于2008年先后公布了制浆造纸、制药等13项含有水污染物特别排放限值的国家排放标准，针对不同行业制定了更加严格的氮污染物排放标准。在这些标准中除了氨氮之外，都设定了总氮的控制指标。因此，以硝酸为抛光液主要成分受到了严重挑战。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种不含硝酸的铝氧化抛光液及其制备方法。
一种铝氧化抛光液，以每升铝氧化抛光液计，包括以下含量的组分：
本发明提出一种不含硝酸的铝抛光液，由于该化学抛光液中不含硝酸，实现了氮氧化物的零排放，不存在环境污染可有效解决上述不足之处，其特点是以磷酸-硫酸为混合酸体系，并辅助利用H2O2的强氧化性，实现金属材质的酸洗除锈或表面抛光。
所述磷酸与硫酸的体积比为2～3：1。作为优选，所述磷酸与硫酸的体积比为2：1，该比例下抛光效果较好，且可以节省磷酸的使用量。
上述铝氧化抛光液中，所述的Al3+由铝盐溶解得到，所述的铝盐为氧化铝、硫酸铝、醋酸铝、柠檬酸铝或氯化铝。
上述铝氧化抛光液中，所述的Fe2+由亚铁盐溶解得到，所述的亚铁盐为硫酸亚铁或氯化亚铁。
所述的增光剂为硫酸铁、硫酸铜、硫酸镍、硫酸银、醋酸铅和硫酸钴中的一种或多种。在抛光溶液中少量的加入增光剂，可以提高或改善抛光亮度。增光剂主要是一些重金属，会在铝的表面发生置换反应，构成腐蚀原电池，加速铝微凸起部位的溶解反应，从而显著提高化学抛光亮度，同时提高铝管管线材酸洗抛光质量。
所述的抑制剂为多聚磷酸钠、硼酸、柠檬酸、柠檬酸钠、高锰酸钾、高氯酸钾、过硼酸钠、三氧化铬、硫脲、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、苯并三氮唑、二甲基亚砜、聚乙二醇、邻氨基苯甲酸、邻氨基苯酚和邻氨基苯甲酸甲酯中的一种或几种。过氧化氢是一种强氧化剂，如果其分解不受控制，不仅会导致H2O2用量的浪费，而且可能会对基体产生过腐蚀。在抛光液中加入一定量的抑制剂，可使双氧水在抛光过程中均匀、有效地分解，避免基体过多损伤。
所述的缓蚀剂为正癸胺、吡啶、苯并咪唑、苯并三唑、3(β-羟基乙氧基)-3-甲基-1-丁炔、1-碘-3(β-羟基-2-乙氧基)-3-甲基-1-丁炔、2-巯基苯并咪唑、2-巯基苯并噻唑、苯硫脲、二苄基亚砜、乌洛托品、二邻甲苯硫脲、烯丙基硫脲和咪唑啉酰胺中的一种或多种。酸洗时加入缓蚀剂，以抑制金属在酸性介质中的腐蚀，减少酸的使用量，提高酸洗效果。它的作用机理与不具表面活性的无机缓蚀剂在金属表面上发生化学反应不同，是依靠分子吸附作用在金属表面上形成分子定向排列的保护膜，以防止金属被腐蚀介质所腐蚀。
本发明还提供了一种上述铝氧化抛光液的制备方法，包括如下步骤：在抛光槽中按配比加入磷酸，然后加入硫酸、Al3+、Fe2+，加热至70～110℃，然后按配比加入增光剂、抑制剂和缓蚀剂，最后加入过氧化氢，得到所述的铝氧化抛光液。无机酸作为抛光液的基础配方，Al3+和Fe2+加入后加温快速溶解，然后加入少量增光剂、抑制剂和缓蚀剂，搅拌均匀，待完全溶解之后加入过氧化氢，过氧化氢快速分解产生·OH活性自由基，化学抛光液配制完成。
作为优选，每升所述铝氧化抛光液中，还包括氢氟酸10～50mL，适量的氢氟酸可以显著提高抛光的速率。
所述磷酸与氢氟酸的体积比为10～50：1。作为优选，所述磷酸与氢氟酸的体积比为40：1，该比例下可以较好地控制抛光速率，减少氢氟酸浓度过高，腐蚀过快等问题。
相应地，本发明还提供了另一种铝氧化抛光液的制备方法，包括如下步骤：在抛光槽中按配比加入磷酸，然后加入硫酸和氢氟酸、Al3+、Fe2+，加热至70～110℃，然后按配比加入增光剂、抑制剂和缓蚀剂，最后加入过氧化氢，得到所述的铝氧化抛光液。
初配时加入少量Al3+和Fe2+，依靠Al3+的氧化性，同时Fe2+与之后添加的H2O2形成Fenton试剂，会产生大量的·OH活性自由基，使之与氧化皮反应，同时借助硫酸和氢氟酸的活化作用，与磷酸形成粘性液膜脱落，同时添加的增光剂、抑制剂和缓蚀剂能够抑制点腐蚀、减缓全面腐蚀，同时具有较好的整平和光亮效果。本发明同时也适应于其他金属材质的酸洗除锈或表面抛光。
具体实施方式
实施例1
配制抛光液：预先在酸洗槽中加入600L磷酸，然后加入硫酸300L，氧化铝10kg，硫酸亚铁10kg，加热至100℃，然后加入硫酸铜0.8kg、乌洛托品0.5kg、二邻甲苯硫脲0.5kg、聚乙二醇0.5kg和多聚磷酸钠1kg，搅拌均匀后，加入过氧化氢5kg，得到所述的铝氧化抛光液，开启压缩空气泵连续鼓入一定流量的空气，在抛光液中放入未经处理的铝管件，3～5分钟后铝管件拿上来清水冲洗后表面光亮，未见黄色NOx酸雾产生。
实施例2
配制抛光液：预先在酸洗槽中加入600L磷酸，然后加入硫酸300L，醋酸铝25kg，氯化亚铁10kg，加热至75℃，然后依次加入硫酸银1kg、正癸胺0.5kg、吡啶1kg、邻氨基苯酚0.5kg、柠檬酸钠1.5kg和苯并三氮唑1.5kg，搅拌均匀后，加入过氧化氢10kg，得到所述的铝氧化抛光液，开启压缩空气泵连续鼓入一定流量的空气，在抛光液中放入未经处理的铝管件，3～5分钟后铝管件拿上来清水冲洗后表面光亮，未见黄色NOx酸雾产生。
实施例3
配制抛光液：预先在酸洗槽中加入600L磷酸，然后加入硫酸300L和氢氟酸20L，氧化铝10kg，硫酸亚铁10kg，加热至100℃，然后加入硫酸铜0.8kg、乌洛托品0.5kg、二邻甲苯硫脲0.5kg、聚乙二醇0.5kg和多聚磷酸钠1kg，搅拌均匀后，加入过氧化氢5kg，得到所述的铝氧化抛光液，开启压缩空气泵连续鼓入一定流量的空气，在抛光液中放入未经处理的铝管件，1～3分钟后铝管件拿上来清水冲洗后表面光亮，未见黄色NOx酸雾产生。
实施例4
配制抛光液：预先在酸洗槽中加入600L磷酸，然后加入硫酸300L和氢氟酸20L，硫酸铝30kg，硫酸亚铁10kg，加热至100℃，然后依次加入硫酸镍1kg、3(β-羟基乙氧基)-3-甲基-1-丁炔2kg、聚乙二醇0.5kg和柠檬酸0.5kg，，搅拌均匀后，加入过氧化氢5kg，得到所述的铝氧化抛光液，开启压缩空气泵连续鼓入一定流量的空气，在抛光液中放入未经处理的铝管件，1～3分钟后铝管件拿上来清水冲洗后表面光亮，未见黄色NOx酸雾产生。
实施例5
配制抛光液：预先在酸洗槽中加入600L磷酸，然后加入硫酸300L和氢氟酸30L，醋酸铝25kg，氯化亚铁10kg，加热至75℃，然后依次加入硫酸铜1kg、正癸胺0.5kg、吡啶1kg、邻氨基苯酚0.5kg、柠檬酸钠1.5kg和苯并三氮唑1.5kg，搅拌均匀后，加入过氧化氢10kg，得到所述的铝氧化抛光液，开启压缩空气泵连续鼓入一定流量的空气，在抛光液中放入未经处理的铝管件，1～3分钟后铝管件拿上来清水冲洗后表面光亮，未见黄色NOx酸雾产生。
实施例6
配制抛光液：预先在酸洗槽中加入600L磷酸，然后加入硫酸300L和氢氟酸30L，柠檬酸铝25kg，氯化亚铁15kg，加热至80℃，然后依次加入醋酸铅1kg、1-碘-3(β-羟基-2-乙氧基)-3-甲基-1-丁炔1.5kg、苯并三唑0.5kg、硼酸0.5kg、巯基苯并噻唑1kg和聚乙二醇1kg，搅拌均匀后，加入过氧化氢15kg，得到所述的铝氧化抛光液，开启压缩空气泵连续鼓入一定流量的空气，在抛光液中放入未经处理的铝管件，1～3分钟后铝管件拿上来清水冲洗后表面光亮，未见黄色NOx酸雾产生。
实施例7
配制抛光液：预先在酸洗槽中加入600L磷酸，然后加入硫酸300L和氢氟酸30L，氯化铝20kg，氯化亚铁15kg，加热至90℃，然后依次加入柠檬酸1kg、2-巯基苯并咪唑1.5kg、咪唑啉酰胺1.5kg、烯丙基硫脲0.5kg、硫酸镍0.5kg和十二烷基磺酸钠1kg，搅拌均匀后，加入过氧化氢20kg，得到所述的铝氧化抛光液，开启压缩空气泵连续鼓入一定流量的空气，在抛光液中放入未经处理的铝管件，1～3分钟后铝管件拿上来清水冲洗后表面光亮，未见黄色NOx酸雾产生。
实施例8
配制抛光液：预先在酸洗槽中加入600L磷酸，然后加入硫酸250L和氢氟酸15L，氧化铝10kg，硫酸亚铁10kg，加热至100℃，然后加入硫酸铜0.8kg、乌洛托品0.5kg、二邻甲苯硫脲0.5kg、聚乙二醇0.5kg和多聚磷酸钠1kg，搅拌均匀后，加入过氧化氢5kg，得到所述的铝氧化抛光液，开启压缩空气泵连续鼓入一定流量的空气，在抛光液中放入未经处理的铝管件，1～3分钟后铝管件拿上来清水冲洗后表面光亮，未见黄色NOx酸雾产生。
Claims (9)
1.一种铝氧化抛光液，其特征在于，以每升铝氧化抛光液计，包括以下含量的组分：
所述的抑制剂为多聚磷酸钠、硼酸、柠檬酸、柠檬酸钠、高锰酸钾、高氯酸钾、过硼酸钠、三氧化铬、硫脲、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、苯并三氮唑、二甲基亚砜、聚乙二醇、邻氨基苯甲酸、邻氨基苯酚和邻氨基苯甲酸甲酯中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的铝氧化抛光液，其特征在于，所述磷酸与硫酸的体积比为2～3：1。
3.根据权利要求1所述的铝氧化抛光液，其特征在于，所述的Al3+由铝盐溶解得到，所述的铝盐为氧化铝、硫酸铝、醋酸铝、柠檬酸铝或氯化铝。
4.根据权利要求1所述的铝氧化抛光液，其特征在于，所述的Fe2+由亚铁盐溶解得到，所述的亚铁盐为硫酸亚铁或氯化亚铁。
5.根据权利要求1所述的铝氧化抛光液，其特征在于，所述的增光剂为硫酸铁、硫酸铜、硫酸镍、硫酸银、醋酸铅和硫酸钴中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的铝氧化抛光液，其特征在于，每升所述铝氧化抛光液中，还包括氢氟酸10～50mL。
7.根据权利要求6所述的铝氧化抛光液，其特征在于，所述磷酸与氢氟酸的体积比为10～50：1。
8.一种由权利要求1～5任一项所述的铝氧化抛光液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在抛光槽中按配比加入磷酸，然后加入硫酸、Al3+、Fe2+，加热至70～110℃，然后按配比加入增光剂、抑制剂和缓蚀剂，最后加入过氧化氢，得到所述的铝氧化抛光液。
9.一种由权利要求6或7所述的铝氧化抛光液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在抛光槽中按配比加入磷酸，然后加入硫酸和氢氟酸、Al3+、Fe2+，加热至70～110℃，然后按配比加入增光剂、抑制剂和缓蚀剂，最后加入过氧化氢，得到所述的铝氧化抛光液。
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