CN108315739B - 一种化学抛光液及化学抛光工艺 - Google Patents

一种化学抛光液及化学抛光工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于铜材抛光技术领域,具体涉及一种化学抛光液及化学抛光工艺。本发明提供的化学抛光液,包括以下组分及其质量浓度:密度为1.84g/cm3的硫酸30~45mL·L‑1,双氧水200~350mL·L‑1,络合剂1~2g/L,表面活性剂0.05~0.2g·L‑1,铁盐1~2g·L‑1,双氧水稳定剂0.3~0.6g·L‑1。本发明提供的化学抛光液不含硝酸、磷酸,无毒、无污染。使用本发明的化学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,可达到镜面抛光效果。另外,本发明提供的化学抛光工艺的工艺流程简单,操作方便。

Description

一种化学抛光液及化学抛光工艺
技术领域
本发明属于铜材抛光技术领域,具体涉及一种化学抛光液及化学抛光工艺。
背景技术
铜及铜合金广泛用于仪器仪表、日用五金、工艺装饰品、标牌及机械配件等行业。为了提高铜合金的装饰效果和综合性能,人们普遍采用化学抛光,化学抛光具有操作简单、节能、适用复杂件的处理,生产效率高等特点,因而倍受人们的青睐。而采用H3PO4、H2NO3、CH3COOH体系或H2SO4、H2NO3、Cr2O3体系的化学抛光液效果比较理想,但使用过程中产生大量黄烟以及有毒的CrO3,对环境产生严重污染,危害人体健康。
中国专利CN101851470B公开了一种化学抛光液,该抛光液包括硫酸、双氧水、乙酸、辅助氧化剂、光亮剂和调整剂,所述抛光液的pH为1~3,该发明的抛光液成分简单,管控容易,且所得到的化学抛光面光亮度高、表面平整,可达到镜面抛光效果。但是该抛光液中含有较高浓度的乙酸,乙酸具有腐蚀性和刺激性,不有利于操作工人身心健康;且该抛光液中同时含有乙酸和双氧水,在抛光过程中易发生爆沸,存在危险性。
中国专利申请CN105200434A公开了一种高光亮化学抛光液,尤其是一种铜及铜合金高光亮化学抛光液,具体成分为硝酸钠:120g/L,硫酸:500mL/L,氯化钠:0.5-1mL/L,硫酸铜:5g/L,聚乙烯亚胺烷基化合物GISS:2-3mL/L及余量水。该抛光液配方能使铜及铜合金化学抛光后获得极佳的光亮度,色泽金黄、亮度饱满的抛光层。但是该抛光液中含有较高浓度的硫酸。
目前,现有技术中仍缺少一种无毒、无污染,抛光效果好的化学抛光液。因此,研究和开发出一种无毒、无污染,抛光效果好的化学抛光液迫在眉睫。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种化学抛光液及抛光工艺。本发明提供的化学抛光液不含硝酸、磷酸,无毒、无污染。使用本发明的化学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,可达到镜面抛光效果。另外,本发明提供的化学抛光工艺的工艺流程简单,操作方便。
本发明的技术方案是:
一种化学抛光液,包括以下组分及其质量浓度:
密度为1.84g/cm3的硫酸30~45mL·L-1,双氧水200~350mL·L-1,络合剂1~2g/L,表面活性剂0.05~0.2g·L-1,铁盐1~2g·L-1,双氧水稳定剂0.3~0.6g·L-1
进一步地,化学抛光液由以下组分及其质量浓度组成:
密度为1.84g/cm3的硫酸36mL·L-1,双氧水220mL·L-1,络合剂1.4g/L,表面活性剂0.08g·L-1,铁盐1.5g·L-1,双氧水稳定剂0.4g·L-1
进一步地,所述络合剂为柠檬酸。
进一步地,所述表面活性剂由聚乙二醇、烷基酚聚氧乙烯醚和十三烷醇聚醚-4-羧酸钠按质量比12-15:7-9:3-5组成。
更进一步地,所述表面活性剂由聚乙二醇、烷基酚聚氧乙烯醚和十三烷醇聚醚-4-羧酸钠按质量比13:8:4组成。
进一步地,所述聚乙二醇的平均分子量为2000-4000。
更进一步地,所述聚乙二醇的平均分子量为3000。
进一步地,所述铁盐为硝酸铁。
进一步地,所述双氧水稳定剂由尿素和酒石酸按质量比4-6:1-3组成。
更进一步地,所述双氧水稳定剂由尿素和酒石酸按质量比5:2组成。
另外本发明还提供了化学抛光工艺,包括以下步骤:
S1除油脱脂:室温下,将工件放入铜材清洗剂中浸泡3min后取出,用清水冲洗干净,得除油脱脂处理后工件;
S2调理:将步骤S1所得除油脱脂处理后工件放入调理液中浸泡30s后取出,用清水冲洗干净,得调理处理后工件;
S3化学抛光:将步骤S2所得调理处理后工件放入化学抛光液中浸泡30s到3min,至工件表面出现暗黄色为止,得抛光处理后工件;
S4调理:将步骤S3所得抛光处理后工件放入调理液中浸泡5-15s,直到工件表面的金黄色褪去并呈现铜材的本色,光亮如新,取出工件,用清水冲洗干净,烘干;
步骤S3所述化学抛光液为本发明所述的化学抛光液。
本发明中,硫酸能够溶解铜及铜合金表面氧化物;双氧水作为氧化剂,能够与硫酸协同作用,使铜件表面光亮,且使抛光后的零件上形成一层均匀透明的膜。本发明意外发现,通过加入由尿素和酒石酸按一定质量比组成的双氧水稳定剂,不仅能够抑制双氧水的分解,还能够与金属离子相配位以抑制荷电子的转移或发生原子团的捕获而使链式反应停止,提高抛光表面质量。
本发明中,加入的络合剂能与反应产生的铜离子形成络合物,降低铜离子浓度,提高抛光质量。本发明中,由聚乙二醇、烷基酚聚氧乙烯醚和十三烷醇聚醚-4-羧酸钠按一定质量比组成的表面活性剂能够使抛光过程平稳进行,有效减少划痕等缺陷,抛光后清洗方便,且能够提高抛光表面质量,使抛光表面光亮平整。本发明中,铁盐的加入能够提高抛光速度,提高抛光质量。
与现有技术相比,本发明具有以下优势:
(1)本发明提供的化学抛光液不含硝酸,不会产生黄烟,改善了劳动条件,同时也降低了对周围环境的污染。
(2)本发明提供的化学抛光液不含磷酸,对化学抛光废水处理容易,降低了废液处理成本,同时也降低了对水体环境的污染。
(3)使用本发明提供的化学抛光液对金属表面进行抛光后清洗方便。
(4)使用本发明的化学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,可达到镜面抛光效果。
(5)本发明提供的化学抛光工艺的工艺流程简单,操作方便,槽液维护方便、溶液无毒、对环境无污染、有利于操作工人身心健康和环境保护,具有较高的经济效益和环境效益。
具体实施方式
以下通过具体实施方式的描述对本发明作进一步说明,但这并非是对本发明的限制,本领域技术人员根据本发明的基本思想,可以做出各种修改或改进,但是只要不脱离本发明的基本思想,均在本发明的范围之内。
实施例1、一种化学抛光液
所述化学抛光液由以下组分及其质量浓度组成:
密度为1.84g/cm3的硫酸30mL·L-1,双氧水200mL·L-1,柠檬酸1g/L,表面活性剂0.05g·L-1,硝酸铁1g·L-1,双氧水稳定剂0.3g·L-1;所述表面活性剂由平均分子量为2000的聚乙二醇、烷基酚聚氧乙烯醚和十三烷醇聚醚-4-羧酸钠按质量比3:9:15组成;所述双氧水稳定剂由尿素和酒石酸按质量比4:3组成。
化学抛光工艺,包括以下步骤:
S1除油脱脂:室温下,将工件放入铜材清洗剂中浸泡3min后取出,用清水冲洗干净,得除油脱脂处理后工件;
S2调理:将步骤S1所得除油脱脂处理后工件放入调理液中浸泡30s后取出,用清水冲洗干净,得调理处理后工件;
S3化学抛光:将步骤S2所得调理处理后工件放入化学抛光液中浸泡30s到3min,至工件表面出现暗黄色为止,得抛光处理后工件;
S4调理:将步骤S3所得抛光处理后工件放入调理液中浸泡5s,直到工件表面的金黄色褪去并呈现铜材的本色,光亮如新,取出工件,用清水冲洗干净,烘干。
实施例2、一种化学抛光液
所述化学抛光液由以下组分及其质量浓度组成:
密度为1.84g/cm3的硫酸45mL·L-1,双氧水350mL·L-1,柠檬酸2g/L,表面活性剂0.2g·L-1,硝酸铁2g·L-1,双氧水稳定剂0.6g·L-1;所述表面活性剂由平均分子量为4000的聚乙二醇、烷基酚聚氧乙烯醚和十三烷醇聚醚-4-羧酸钠按质量比5:7:12组成;所述双氧水稳定剂由尿素和酒石酸按质量比6:1组成。
化学抛光工艺,包括以下步骤:
S1除油脱脂:室温下,将工件放入铜材清洗剂中浸泡3min后取出,用清水冲洗干净,得除油脱脂处理后工件;
S2调理:将步骤S1所得除油脱脂处理后工件放入调理液中浸泡30s后取出,用清水冲洗干净,得调理处理后工件;
S3化学抛光:将步骤S2所得调理处理后工件放入化学抛光液中浸泡30s到3min,至工件表面出现暗黄色为止,得抛光处理后工件;
S4调理:将步骤S3所得抛光处理后工件放入调理液中浸泡15s,直到工件表面的金黄色褪去并呈现铜材的本色,光亮如新,取出工件,用清水冲洗干净,烘干。
实施例3、一种化学抛光液
所述化学抛光液由以下组分及其质量浓度组成:
密度为1.84g/cm3的硫酸36mL·L-1,双氧水220mL·L-1,柠檬酸1.4g/L,表面活性剂0.08g·L-1,硝酸铁1.5g·L-1,双氧水稳定剂0.4g·L-1;所述表面活性剂由平均分子量为3000的聚乙二醇、烷基酚聚氧乙烯醚和十三烷醇聚醚-4-羧酸钠按质量比13:8:4组成;所述双氧水稳定剂由尿素和酒石酸按质量比5:2组成。
化学抛光工艺,包括以下步骤:
S1除油脱脂:室温下,将工件放入铜材清洗剂中浸泡3min后取出,用清水冲洗干净,得除油脱脂处理后工件;
S2调理:将步骤S1所得除油脱脂处理后工件放入调理液中浸泡30s后取出,用清水冲洗干净,得调理处理后工件;
S3化学抛光:将步骤S2所得调理处理后工件放入化学抛光液中浸泡30s到3min,至工件表面出现暗黄色为止,得抛光处理后工件;
S4调理:将步骤S3所得抛光处理后工件放入调理液中浸泡10s,直到工件表面的金黄色褪去并呈现铜材的本色,光亮如新,取出工件,用清水冲洗干净,烘干。
对比例1、一种化学抛光液
所述化学抛光液由以下组分及其质量浓度组成:
密度为1.84g/cm3的硫酸36mL·L-1,双氧水220mL·L-1,柠檬酸1.4g/L,表面活性剂0.08g·L-1,硝酸铁1.5g·L-1,双氧水稳定剂0.4g·L-1;所述表面活性剂由平均分子量为3000的聚乙二醇、烷基酚聚氧乙烯醚和十三烷醇聚醚-4-羧酸钠按质量比1:1:1组成;所述双氧水稳定剂由尿素和酒石酸按质量比5:2组成。
所述化学抛光工艺与实施例3类似。
与实施例3的区别在于,所述表面活性剂由平均分子量为3000的聚乙二醇、烷基酚聚氧乙烯醚和十三烷醇聚醚-4-羧酸钠按质量比1:1:1组成。
对比例2、一种化学抛光液
所述化学抛光液由以下组分及其质量浓度组成:
密度为1.84g/cm3的硫酸36mL·L-1,双氧水220mL·L-1,柠檬酸1.4g/L,表面活性剂0.08g·L-1,硝酸铁1.5g·L-1,双氧水稳定剂0.4g·L-1;所述表面活性剂由平均分子量为800的聚乙二醇、烷基酚聚氧乙烯醚和十三烷醇聚醚-4-羧酸钠按质量比13:8:4组成;所述双氧水稳定剂由尿素和酒石酸按质量比5:2组成。
所述化学抛光工艺与实施例3类似。
与实施例3的区别在于,所述表面活性剂中聚乙二醇的平均分子量为800。对比例3、一种化学抛光液
所述化学抛光液由以下组分及其质量浓度组成:
密度为1.84g/cm3的硫酸36mL·L-1,双氧水220mL·L-1,柠檬酸1.4g/L,表面活性剂0.08g·L-1,硝酸铁1.5g·L-1,双氧水稳定剂0.4g·L-1;所述表面活性剂由平均分子量为3000的聚乙二醇和烷基酚聚氧乙烯醚按质量比13:8组成;所述双氧水稳定剂由尿素和酒石酸按质量比5:2组成。
所述化学抛光工艺与实施例3类似。
与实施例3的区别在于,所述表面活性剂由平均分子量为3000的聚乙二醇和烷基酚聚氧乙烯醚按质量比13:8组成。
对比例4、一种化学抛光液
所述化学抛光液由以下组分及其质量浓度组成:
密度为1.84g/cm3的硫酸36mL·L-1,双氧水220mL·L-1,柠檬酸1.4g/L,表面活性剂0.08g·L-1,硝酸铁1.5g·L-1,双氧水稳定剂0.4g·L-1;所述表面活性剂由平均分子量为3000的聚乙二醇、烷基酚聚氧乙烯醚和十三烷醇聚醚-4-羧酸钠按质量比13:8:4组成;所述双氧水稳定剂由尿素和酒石酸按质量比1:1组成。
所述化学抛光工艺与实施例3类似。
与实施例3的区别在于,所述双氧水稳定剂由尿素和酒石酸按质量比1:1组成。
对比例5、一种化学抛光液
所述化学抛光液由以下组分及其质量浓度组成:
密度为1.84g/cm3的硫酸36mL·L-1,双氧水220mL·L-1,柠檬酸1.4g/L,表面活性剂0.08g·L-1,硝酸铁1.5g·L-1,双氧水稳定剂0.4g·L-1;所述表面活性剂由平均分子量为3000的聚乙二醇、烷基酚聚氧乙烯醚和十三烷醇聚醚-4-羧酸钠按质量比13:8:4组成;所述双氧水稳定剂为尿素。
所述化学抛光工艺与实施例3类似。
与实施例3的区别在于,所述双氧水稳定剂为尿素。
试验例一、抛光效果试验
将铜工件分别使用本发明实施例1、实施例2、实施例3、对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5制得的化学抛光液,按照本发明提供的化学抛光工艺进行抛光试验。采用反射率测量仪表征金属工件表面抛光后的反射率数值,反射率数值与光亮度成正比,结果如表1所示。观察抛光后的铜工件的表面抛光情况,结果如表2所示。
表1:铜工件抛光后反射率比较
由表1可以看出,实施例1、实施例2、实施例3铜工件表面抛光后的反射率分别为92.8%、93.6%、95.4%,这说明本发明制得的化学抛光液具有良好的抛光效果,其中,实施例3的抛光效果最为优异,为本发明的最佳实施例;与对比例1-5相比,实施例3具有更佳的抛光效果。
表2:铜工件抛光后效果比较
由表2可以看出,实施例1、实施例2、实施例3铜工件表面抛光后镜面光亮,这说明本发明制得的化学抛光液具有良好的抛光效果;与对比例1-5相比,实施例3具有更佳的抛光效果。

Claims (8)

1.一种化学抛光液,其特征在于,包括以下组分及其质量浓度:
密度为1.84g/cm3的硫酸30~45mL·L-1,双氧水200~350mL·L-1,络合剂1~2g/L,表面活性剂0.05~0.2g·L-1,铁盐1~2g·L-1,双氧水稳定剂0.3~0.6g·L-1;所述表面活性剂由聚乙二醇、烷基酚聚氧乙烯醚和十三烷醇聚醚-4-羧酸钠按质量比12-15:7-9:3-5组成;所述双氧水稳定剂由尿素和酒石酸按质量比4-6:1-3组成。
2.如权利要求1所述的化学抛光液,其特征在于,由以下组分及其质量浓度组成:密度为1.84g/cm3的硫酸36mL·L-1,双氧水220mL·L-1,络合剂1.4g/L,表面活性剂0.08g·L-1,铁盐1.5g·L-1,双氧水稳定剂0.4g·L-1
3.如权利要求1或2所述的化学抛光液,其特征在于,所述络合剂为柠檬酸。
4.如权利要求1所述的化学抛光液,其特征在于,所述表面活性剂由聚乙二醇、烷基酚聚氧乙烯醚和十三烷醇聚醚-4-羧酸钠按质量比13:8:4组成。
5.如权利要求1所述的化学抛光液,其特征在于,所述聚乙二醇的平均分子量为2000-4000。
6.如权利要求5所述的化学抛光液,其特征在于,所述聚乙二醇的平均分子量为3000。
7.如权利要求1所述的化学抛光液,其特征在于,所述双氧水稳定剂由尿素和酒石酸按质量比5:2组成。
8.一种化学抛光工艺,其特征在于,包括以下步骤:
S1除油脱脂:室温下,将工件放入铜材清洗剂中浸泡3min后取出,用清水冲洗干净,得除油脱脂处理后工件;
S2调理:将步骤S1所得除油脱脂处理后工件放入调理液中浸泡30s后取出,用清水冲洗干净,得调理处理后工件;
S3化学抛光:将步骤S2所得调理处理后工件放入化学抛光液中浸泡30s到3min,至工件表面出现暗黄色为止,得抛光处理后工件;
S4调理:将步骤S3所得抛光处理后工件放入调理液中浸泡5-15s,直到工件表面的金黄色褪去并呈现铜材的本色,光亮如新,取出工件,用清水冲洗干净,烘干;
步骤S3所述化学抛光液为权利要求1-7任一项所述的化学抛光液。
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