CN107034472B - 一种316l不锈钢镜面抛光液及其抛光工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种316L不锈钢镜面抛光液，其组分配比为硝酸钠60~100g/L，过硫酸钠30~50g/L，密度为1.2g/mL的硫酸80~160mL/L，密度为1.7g/mL的磷酸110~160mL/L，十八烷胺1~5g/L，聚丙烯醇10~25g/L，改性聚醚有机硅消泡剂5~8g/L，OP乳化剂0.1~1g/L，溴化钠0.1~5g/L，其余为去离子水，其中，当硝酸根和过硫酸根的总量与氢离子的摩尔比为1:(3.5~6.8)时，可使得抛光液的抛光效果最佳。本发明提供的化学抛光液无污染，不会产生酸雾，能获得近似镜面的金属表面，常温抛光，无需加热，操作简便，抛光效率高。
Description
技术领域
本发明涉及金属化学抛光液领域，尤其涉及一种316L不锈钢镜面抛光液。
背景技术
不锈钢具有耐腐蚀、耐磨损、易加工等优良性能，被广泛用于建筑业、厨房器具、汽车排气系统等领域，还具有美观效果。不锈钢在热加工、机械加工或放置一定时间后其表面会形成毛刺、或一层灰黑色氧化膜，氧化膜的主要成分为Cr2O3、NiO以及十分难溶的FeO，它们的存在一方面影响外观质量，另一方面也影响产品的使用性能，因此要采取适当措施加以清除。对不锈钢表面进行抛光处理，是不锈钢制品中最为常用的处理工艺。在实际生产当中，对不锈钢的表面进行抛光处理不仅仅会对材料表面产生较大的改善，如在降低表面的粗糙度提高光亮度的同时，还能直接对不锈钢的寿命及其产品质量起到巨大的积极影响。
与机械抛光和电化学抛光相比，化学抛光由于成本低廉、效果较好、使用方便、操作简单、生产效率高、抛光后的表面光亮美观、平整等优点，被广泛应用于表面处理过程。然而，传统的不锈钢化学抛光液具有其局限性，含有硝酸的“三酸”抛光液会产生“黄烟”酸雾，不仅影响操作者的身体健康，也对环境有所污染；含有过氧化氢的抛光液在抛光过程容易分解，无形之中增加了抛光成本，降低抛光效果。
虽然现在很多研究都在着力于通过其它试剂吸收气体的作用来减少氮氧化物的生成，但这也降低了化学抛光的效率，如为了减少作业过程中NOx气体的产生，可向溶液添加尿素或氨基磺酸，或者加入一些聚合物，如粘土、硅酸钠铝等，可有效吸收反应过程中产生的氧化硫、硫化氢气体，以上方法虽然减少了在抛光过程中氮氧化物的产生，但是抛光后金属表面的光亮度受到了影响。所以现阶段亟需开发出一种抛光效果好、成本低、无污染而且制备工艺简单的化学抛光液。
316L不锈钢(00Cr17Ni14Mo2)塑性、韧性、冷变形焊接工艺性能、高温性能良好，相比304不锈钢，由于316L不锈钢含碳量低且含有2％-3％的钼，提高了对还原性盐的各种无机酸和有机酸、碱盐类的耐腐蚀性能，同时耐高温和高温抗氧化性也很好，因此，对其抛光液的要求也更加严苛。
发明内容
本发明提供了一种抛光效果良好的316L不锈钢抛光液，其成本低、无污染、制备简单，能达到近似镜面的效果。
本发明提出的一种316L不锈钢镜面抛光液，其特征在于，由以下配比的组分组成：
硝酸钠60~100g/L，
过硫酸钠30~50g/L，
密度为1.2g/mL的硫酸80~160mL/L，
密度为1.7g/mL的磷酸110~160mL/L，
十八烷胺1~5g/L，
柠檬酸3~6g/L，
聚丙烯醇10~25g/L，
改性聚醚有机硅消泡剂5~8g/L，
OP乳化剂0.1~1g/L，
溴化钠0.1~5g/L，
其余为去离子水，
其中，硝酸根和过硫酸根的总量与氢离子的摩尔比为1:(3.5~6.8)。
本发明抛光液中的氧化剂采用硝酸钠和过硫酸钠复配，避免了传统抛光液使用硝酸产生的“黄烟”酸雾。硝酸钠在酸性溶液中具有很强的氧化性，过硫酸钠还原后会生成硫酸钠，对环境不会造成污染，并具有一定的化学稳定性，能使金属表面氧化成金属氧化物或是固态钝化膜，通过正交试验确定得出，当硝酸钠60~100g/L和过硫酸钠30~50g/L配合使用时，可加剧不锈钢在化学抛光过程中的钝化现象。
本发明抛光液中的腐蚀剂采用密度为1.2g/mL的硫酸和密度为1.7g/mL的磷酸进行复配，硫酸不会产生烟雾，可保证抛光过程的绿色环保要求。磷酸在对不锈钢起腐蚀溶解作用的同时，会生成一层白色磷酸转化膜(FePO4•2H2O)，这层膜阻碍了金属表面溶液的扩散，减慢了对金属表面的腐蚀，降低了不锈钢表面的粗糙度并提高了光亮度。两者的浓度直接影响化学抛光的反应速率，其浓度越大，抛光液中的氢离子浓度越高，腐蚀反应就越迅速，但如果浓度过高，则易发生过腐蚀现象。经过多次正交试验，我们得出，当硫酸和磷酸的配合用量在分别80~160mL/L和110~160mL/L时，可使抛光效果最佳。
在进行试验过程中我们还发现，当抛光液中氧化剂相对腐蚀剂含量较高时，不锈钢表面会沉积部分氧化物，这些氧化物不能完全被腐蚀溶解，导致不锈钢表面光亮度下降、表面发黑变暗，当腐蚀剂相对氧化剂的含量较低时，则不锈钢表面的氧化反应不能够完全进行，易出现过腐蚀的现象，严重的还会出现“点蚀”。基于氧化剂和腐蚀剂这种相互协调相互制约的关系，导致抛光反应的过程比较复杂，选择合理的氧化剂和腐蚀剂的浓度配比至关重要。经过多次试验，我们发现，当抛光液中的硝酸根和过硫酸根的总量与氢离子的摩尔比达到一定比例时，会使抛光效果达到最佳。具体在本发明当中，硝酸根和过硫酸根的总量与氢离子的摩尔比优选为1:(3.5~6.8)。
本发明缓蚀剂选用十八烷胺和柠檬酸，当其浓度分别为1~5g/L和3~6g/L时可起到较好的减缓化学腐蚀的作用，聚丙烯醇是一种亲水性高分子，可起到增粘作用进而调控抛光速率，改性聚醚有机硅消泡剂在化学抛光过程中能够抑制泡沫产生或者消除已产生的泡沫，避免抛光液溢出引起其成分变化，OP乳化剂能够降低不锈钢表面与抛光液之间的表面张力，减慢金属表面的凹陷处反应的发生，来达到使表面平整光滑的效果，溴化钠可与十八烷胺协同作用产生更优良的缓释效果。上述添加剂与腐蚀剂和氧化剂协同作用，共同增强抛光液的抛光效果。
作为优选方案，该抛光液可由以下配比的组分组成：
硝酸钠60~80g/L，
过硫酸钠40~48g/L，
密度为1.2g/mL的硫酸80~140mL/L，
密度为1.7g/L的磷酸120~150mL/L，
十八烷胺2~3g/L，
柠檬酸4~6g/L，
聚丙烯醇15~20g/L，
改性聚醚有机硅消泡剂5~6g/L，
OP乳化剂0.3~0.5g/L，
溴化钠0.25g/L，
其余为去离子水，
其中，硝酸根和过硫酸根的总量与氢离子的摩尔比为1:4.5。
本发明还提供了一种316L不锈钢镜面抛光液的抛光工艺，在化学抛光之前需要对316L不锈钢基材进行脱脂除油、去离子水清洗等预处理，然后进行抛光，抛光工艺参数为常温，浸泡时间5-10min，优选的，浸泡时间为7min，然后用去离子水进行多次清洗，干燥，即可得到近似镜面的316L不锈钢表面。
有益效果
本发明提供的316L不锈钢抛光液，其优点为：
（1）针对316L不锈钢比一般不锈钢耐腐蚀、耐高温和抗氧化性更强的特点，通过正交试验得出氧化剂和腐蚀剂复配的最佳浓度以及配比，即可降低表面粗糙度，得到表面平整光滑、近似镜面的金属表面；
（2）不含硝酸、盐酸等可产生酸雾的溶剂，抛光液性能稳定，安全环保无污染；
（3）制备工艺简单，无需高温加热，常温即可进行抛光，抛光效率高。
附图说明
图1为处理前金属表面的透射电镜图；
图2为实施例2处理后金属表面的透射电镜图。
具体实施方式
测试方法：
在抛光之前对316L不锈钢板材进行脱脂除油、去离子水清洗预处理，然后进行抛光，温度为常温，分别在以下实施例、对比例的抛光液和市售常用抛光液中浸泡7min，然后用去离子水进行多次清洗，干燥即得。
抛光液中的氢离子浓度用pH计来测量；
表面粗糙度由表面粗糙度仪测量；
金属表面光泽度用测光仪（GB4550）测量；
表面平整度通过目测法评估。
实施例1
一种316L不锈钢抛光液，其组分配比为：硝酸钠70g/L，过硫酸钠44g/L，密度为1.2g/mL的硫酸100mL/L，密度为1.7g/L的磷酸130mL/L，十八烷胺3g/L，柠檬酸4g/L，聚丙烯醇15g/L，改性聚醚有机硅消泡剂5g/L，OP乳化剂0.5g/L，溴化钠0.25g/L，其余为去离子水，其中，硝酸根和过硫酸根的总量与氢离子的摩尔比约为1:4.2。
对比例1
一种316L不锈钢抛光液，其组分配比为：硝酸钠60g/L，过硫酸钠30g/L，密度为1.2g/mL的硫酸160mL/L，密度为1.7g/mL的磷酸160mL/L，十八烷胺3g/L，柠檬酸4g/L，聚丙烯醇15g/L，改性聚醚有机硅消泡剂5g/L，OP乳化剂0.5g/L，溴化钠0.25g/L，其余为去离子水，其中，硝酸根和过硫酸根的总量与氢离子的摩尔比约为1:8.1。
实施例2
一种316L不锈钢抛光液，其组分配比为：硝酸钠80g/L，过硫酸钠40g/L，密度为1.2g/mL的硫酸140mL/L，密度为1.7g/mL的磷酸130mL/L，十八烷胺2.5g/L，柠檬酸5g/L，聚丙烯醇18g/L，改性聚醚有机硅消泡剂5.5g/L，OP乳化剂0.4g/L，溴化钠0.25g/L，其余为去离子水，其中，硝酸根和过硫酸根的总量与氢离子的摩尔比约为1:5.2。
对比例2
一种316L不锈钢抛光液，其组分配比为：硝酸钠100g/L，过硫酸钠50g/L，密度为1.2g/mL的硫酸80mL/L，密度为1.7g/mL的磷酸120mL/L，十八烷胺2.5g/L，柠檬酸5g/L，聚丙烯醇18g/L，改性聚醚有机硅消泡剂5.5g/L，OP乳化剂0.4g/L，溴化钠0.25g/L，其余为去离子水，其中，硝酸根和过硫酸根的总量与氢离子的摩尔比约为1:3。
表1为测试结果：
由以上数据可以看出，采用实施例1和实施例2的抛光液，其中硝酸根和过硫酸根的总量与氢离子的摩尔比分别约为1:4.2和1:5.2，可以使不锈钢表面粗糙度大大降低、亮度高、表面平整度高、达到近似镜面的效果，对比例1和2虽然也能获得较好的抛光效果，但由于其硝酸根和过硫酸根的总量与氢离子的摩尔比不在本发明限定的1:(3.5~6.8) 的范围内（摩尔比过大或过小），因此比实施例1或2的镜面效果差，然而仍比市售常规三酸抛光剂具有更好的抛光效果。可见本发明限定的复配比例可以使氧化剂和腐蚀剂相互协调、并与各添加剂相互作用达到最佳抛光效果。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (4)
1.一种常温抛光的316L不锈钢镜面抛光液，其特征在于，由以下配比的组分组成：
硝酸钠60~100g/L，
过硫酸钠30~50g/L，
密度为1.2g/mL的硫酸80~160mL/L，
密度为1.7g/mL的磷酸110~160mL/L，
十八烷胺1~5g/L，
柠檬酸3~6g/L，
聚丙烯醇10~25g/L，
改性聚醚有机硅消泡剂5~8g/L，
OP乳化剂0.1~1g/L，
溴化钠0.1~5g/L，
其余为去离子水，
其中，硝酸根和过硫酸根的总量与氢离子的摩尔比为1:(3.5~6.8)。
2.如权利要求1所述的一种常温抛光的316L不锈钢镜面抛光液，其特征在于，由以下配比的组分组成：硝酸钠60~80g/L，
过硫酸钠40~48g/L，
密度为1.2g/mL的硫酸80~140mL/L，
密度为1.7g/L的磷酸120~150mL/L，
十八烷胺2~3g/L，
柠檬酸4~6g/L，
聚丙烯醇15~20g/L，
改性聚醚有机硅消泡剂5~6g/L，
OP乳化剂0.3~0.5g/L，
溴化钠0.25g/L，
其余为去离子水，
其中，硝酸根和过硫酸根的总量与氢离子的摩尔比为1:4.5。
3.如权利要求1或2所述的一种常温抛光的316L不锈钢镜面抛光液的抛光工艺，其特征在于，在化学抛光之前需要对316L不锈钢基材进行脱脂除油、去离子水清洗预处理，然后进行抛光，抛光工艺参数为常温，浸泡时间5-10min，然后用去离子水进行多次清洗，干燥，即可得到近似镜面的316L不锈钢表面。
4.如权利要求3所述的抛光工艺，其特征在于，所述浸泡时间为7min。
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