CN108724014A - 一种材料表面砂面哑光处理方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种材料表面砂面哑光处理方法与装置，属于材料表面改性技术领域。本方法利用材料点蚀的形成机理，以通过机械冲击力作用，使分布均匀的砂粒硬粒子不断撞击材料表面来加快点蚀坑的形成，与此同时，通过蚀刻液在材料表面这些新鲜的点蚀坑处快速腐蚀，来制备具有均匀分布的材料表面孔洞结构；结合本发明的装置，可非常方便地制备出具有均匀分布、孔洞粗糙结构的砂面哑光表面，实现材料表面砂面哑光的大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于材料表面改性技术领域，具体地涉及一种材料表面砂面哑光处理方法与装置。
背景技术
广泛应用于工业、建筑装饰、五金、车辆和家具、装饰行业、食品、医疗等行业的很多种材料，如：不锈钢、铜合金及其它钢铁合金、铜合金、铝合金、镁合金、钛合金、陶瓷、玻璃、塑料…等，由于材料在加工成型过程中，外观受到加工设备（如轧制设备）或者模具外表的影响，很难满足不同客户的需求，为了能满足人民不同的需求，争取好的市场，在表面处理行业便发展起来了砂面处理技术。
到目前为止，砂面处理技术的方法基本集中在：干法喷砂法、湿法喷砂法、化学腐蚀法。干法喷砂法因为设备简单，操作方便，是最早发展起来的工艺。然而，由于其操作过程中粉尘太大，污染环境，有害工人健康，于是后面就发展起来了湿法喷砂法。湿法喷砂法的特点就是把喷砂用砂粒，放入水中，通过一个循环系统，不断送入喷砂枪，这样喷砂就很好地避免了粉尘污染。然而由于上述操作过程中，都必须要喷砂设备，同时喷砂过程中，由于是完全靠机械作用在材料表面打成不同大小的微小砂坑，以达到砂面效果的，这样在喷较硬的材料表面（如不锈钢表面）时，就会很容易把砂粒喷碎，导致砂粒很快损失，所以成本很高。于是，后来为了生产方便，减少成本，就发展起来了化学腐蚀法，也就是化学砂面技术，该技术靠一种特定的含有点蚀离子（如氯离子）的化学腐蚀液，通过点腐蚀原理，完全靠腐蚀剂把材料腐蚀成不同的点蚀坑，最后达到砂面哑光的效果；然而，这种技术生产的哑光材料，由于点蚀坑的大小很不一致，而且很难有均匀的大的点蚀坑，这样，化学砂面法制备的材料砂面哑光表面外观不是很美观，很难达到客户的要求。所以，到目前为止，工业上普遍采用的材料表面砂面哑光处理方法就是湿法喷砂法。
中国专利“一种不锈钢表面粗化处理的方法”，申请号201711020213.0，又如中国专利“基于刻蚀法的铝材料表面超疏水性处理工艺”，申请号201310323052.8，应用点蚀离子（如氯离子）的化学腐蚀液，完全靠腐蚀剂把材料腐蚀成不同的点蚀坑，最后达到砂面哑光的效果，然而，这种技术生产的哑光材料，由于点蚀坑的大小很不一致，而且很难有均匀的大的点蚀坑，制备的材料砂面哑光表面外观不是很美观。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种材料表面砂面哑光处理的制备方法，本方法利用材料点蚀的形成机理，以及通过机械冲击力（如：超声波）作用，使分布均匀的砂粒硬粒子（如石英砂）不断撞击材料表面来加快点蚀坑的形成，与此同时，通过蚀刻液在材料表面这些新鲜点蚀坑处的快速腐蚀，来制备具有均匀分布的材料表面孔洞结构，以达到材料表面砂面哑光效果，该方法工艺简单，成本低。
发明人经过大量实验和不懈努力，最终获得了一种材料表面砂面哑光处理方法，该制备方法包括如下步骤：
步骤一，将材料表面除油、清洗；
步骤二，将步骤一处理好的材料进行抛光处理、洗净，得到光亮、平整的材料表面；
步骤三，材料砂面蚀刻液的配制：由去离子水配制含有能腐蚀步骤一材料的腐蚀液和硬纳米粒子的砂面蚀刻液，所述硬纳米粒子不被所述腐蚀液所腐蚀，粒径为1纳米～1毫米；
所述腐蚀液能够腐蚀步骤一中所述的材料，为酸性、碱性、中性溶液或有机溶剂中的任一种；
所述硬纳米粒子可耐酸性溶液或耐碱性溶液或有机溶剂不溶解的纳米粒子；
所述耐酸性溶液的硬纳米粒子，优选纳米siO2、纳米Al2O3微粒；
所述耐碱性溶液的硬纳米粒子，优选纳米重晶石微粒、纳米石英微粒；
步骤四，将步骤二抛光处理好的材料表面置于由步骤三制备的材料砂面蚀刻液中，在一定温度下通过机械震荡，使蚀刻液中的硬质砂粒不断冲击被处理的材料表面，同时使蚀刻液中的腐蚀液蚀刻材料表面一定时间，取出、清洗、干燥；
所述的机械震荡可以为超声波机械震荡，也可以是其它震荡设备产生的机械震荡冲击作用。
优选地，如上所述的一种材料表面砂面哑光处理方法，所述步骤一中的材料可以为任何能够被特定腐蚀液腐蚀的材料。
优选地，如上所述的一种材料表面砂面哑光处理方法，所述步骤二中的抛光处理可以是在一定溶液中进行的化学或者电化学抛光处理，也可以是机械抛光处理，只要达到所需光洁度就行。
优选地，如上所述的一种材料表面砂面哑光处理方法，所述步骤四中所指温度、时间为：砂面蚀刻液腐蚀该材料所需的温度、时间。
本发明同时提供了一种材料表面砂面哑光处理装置，该装置目的是为了实现一种材料表面砂面哑光处理方法，来制备具有均匀分布的材料表面孔洞结构，以达到材料表面砂面哑光效果。
一种材料表面砂面哑光处理装置，该装置包括：装材料砂面蚀刻液的上位反应槽（3）、装材料砂面蚀刻液的下位储液槽（4）、泥沙泵（5）、机械震荡发生器（6）。
一种材料表面砂面哑光处理装置的工作原理是：当材料（1）通过装材料砂面蚀刻液的反应槽（上位反应槽）时，上位反应槽（3）中的材料砂面蚀刻液（2）中的硬质砂粒，在机械震荡发生器（6）的机械震荡下，不断地冲击材料的下表面，使其表面的原来表面膜被击破；然后，上位反应槽中的材料砂面蚀刻液中的腐蚀液化学点蚀腐蚀，迅速产生点蚀。上述反应连续不断进行，于是最终就形成了材料均匀的砂面哑光表面。
在上位反应槽不断工作过程中，泥沙泵（5）不断把装材料砂面蚀刻液的下位储液槽（4）中的材料砂面蚀刻液往上抽到上位反应槽，上位反应槽多出来的材料砂面蚀刻液由于重力作用又落回到了下位储槽，这样不断循环，补充上位反应槽的材料砂面蚀刻液。
与现有技术相比，本发明方法具有以下技术优点：
（1）本发明在化学、电化学或机械抛光、腐蚀液蚀刻的基础上创新性的提出了利用材料点蚀的快速形成机理：以通过机械冲击作用，使分布均匀的硬质砂粒不断撞击材料表面来加快点蚀坑的形成，与此同时，通过蚀刻液在材料表面这些新鲜的点蚀坑处，快速腐蚀，来制备具有均匀分布的孔洞粗糙结构的材料表面。本发明的原理是利用材料在本发明所述材料砂面蚀刻液中硬质砂粒的人为机械冲击作用+材料砂面蚀刻液中腐蚀液的化学点腐蚀作用产生协调效果，最终获得均匀的砂面哑光表面。
（2）本发明制备的材料表面砂面孔洞粗糙结构，很容易通过控制反应时间、反应温度和刻蚀液的浓度、蚀刻液中硬质砂粒的粒径控制，这便于按照不同客户的需求，生产加工具有不同砂面外观的表面材料。
（3）本发明因为不是单纯的机械喷砂，也不是单纯的化学腐蚀，它是前面二者功能的的综合。它既克服了干法喷砂由于其操作过程中粉尘太大，污染环境，有害工人健康的缺点；又克服了湿法喷砂法完全靠机械作用在材料表面打成不同大小的微小砂坑，砂粒容易破碎，导致砂粒很快损失，成本很高的缺点；同时还克服了化学砂面腐蚀法完全靠腐蚀剂的点蚀作用，很难有均匀一致的点蚀坑、砂面哑光表面不美观的缺点。
（4）正因为本方法生产过程简单、材料表面的砂面孔洞粗糙结构大小一致，分布均匀，重现性好，成本低，所以很易实现材料砂面哑光表面新材料的大规模工业化生产。
附图说明
图1是本发明的材料表面砂面哑光处理的制备装置。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明实施例提供一种砂面哑光不锈钢表面的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将厚度为0.5mm的不锈钢板试片剪裁成10cm*10cm的块状，清洗；
步骤二：不锈钢置于机械抛光机中磨抛光3min，抛光结束后洗净烘干，待处理；
步骤三：不锈钢砂面蚀刻液的配制：按重量份数计，取20份浓度为38%的盐酸、20份FeCl3·6H2O和3份粒径为50纳米的石英砂粒以及60份去离子水为原料混合而成；
步骤四：将抛光后不锈钢试样置于步骤三制备好的砂面蚀刻液中，在25℃下进行60min的超声蚀刻，反应完成后取出试片，用去离子水冲洗，并烘干，制备得到具有孔洞均匀的砂面哑光粗糙表面不锈钢材料。
实施例2
本实施例提供一种砂面哑光铜合金表面的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将厚度为0.5mm的铜合金板试片剪裁成10cm*10cm的块状，清洗；
步骤二：铜合金置于机械抛光机中磨抛光3min，抛光结束后洗净烘干，待处理；
步骤三：铜合金砂面蚀刻液的配制：按重量份数计，取20份浓度为38%的盐酸、20份FeCl3·6H2O和0.5份粒径为100纳米的石英砂粒以及60份去离子水为原料混合而成；
步骤四：将抛光后铜合金试样置于步骤三制备好的蚀刻液中，在25℃下进行60min的超声蚀刻，反应完成后取出试片，用去离子水冲洗，并烘干，制备得到具有孔洞均匀的砂面哑光粗糙表面铜合金材料。
实施例3
本实施例提供一种砂面哑光铝合金表面的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将厚度为1mm的铝合金板试片剪裁成10cm*10cm的块状，清洗；
步骤二：铝合金置于机械抛光机中磨抛光3min，抛光结束后洗净烘干，待处理；
步骤三：铝合金砂面蚀刻液的配制：按重量份数计，铝合金砂面蚀刻液的配制：按重量份数计，取10份氢氧化钠、90份水、1份粒径为300纳米的石英砂粒为原料混合而成；
步骤四：将抛光后铝合金试样置于步骤三制备好的砂面蚀刻液中，在25℃下进行60min的超声蚀刻，反应完成后取出试片，用去离子水冲洗，并烘干，制备得到具有孔洞均匀的砂面哑光粗糙表面铝合金材料。
实施例4
本实施例提供一种砂面哑光塑料表面的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将厚度为1mm的聚氯乙烯硬塑料板试片剪裁成10cm*10cm的块状，清洗；
步骤二：聚氯乙烯硬塑料置于机械抛光机中磨抛光，抛光结束后洗净烘干，待处理；
步骤三：聚氯乙烯硬塑料砂面蚀刻液的配制：按重量份数计，取30份.1,2-二氯乙烷、80份乙醇、1份粒径500纳米的石英砂粒为原料混合而成；
步骤四：将抛光后聚氯乙烯硬塑料试样置于步骤三制备好的蚀刻液中，在25℃下进行60min的超声蚀刻，反应完成后取出试片，用去离子水冲洗，并烘干，制备得到具有孔洞均匀的砂面哑光粗糙表面聚氯乙烯硬塑料材料。
实施例5
步骤一：将厚度为1mm的镁合金试片剪裁成10cm*10cm的条状，置于丙酮溶液中超声清洗，并使用洗洁精水溶液除油，再由去离子水进行清洗。
步骤二：镁合金置于抛光机中，机械打磨抛光3min，抛光结束后用去离子水洗净烘干。
步骤三：镁合金纳米蚀刻液的配制：按重量份数计，取10份氯化钠、90份水、1份粒径为1毫米的Al2O3微粒为原料混合而成；。
步骤四：将抛光后的镁合金试样置于上述蚀刻液中，在25℃下进行5小时的超声震荡蚀刻，反应完成后取出试片，用去离子水冲洗，并烘干，制备得到具有孔洞均匀的砂面哑光粗糙表面的镁合金表面材料。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (3)
1.一种材料表面砂面哑光处理方法，其特征在于：该处理方法包括如下步骤：
步骤一，将材料表面除油、清洗；
步骤二，将步骤一处理好的材料进行抛光处理、洗净，得到光亮、平整的材料表面；
步骤三，材料砂面蚀刻液的配制：由去离子水配制含有能腐蚀步骤一材料的腐蚀液和硬纳米粒子的砂面蚀刻液，所述硬纳米粒子不被所述腐蚀液所腐蚀，粒径为1纳米～1毫米；
所述腐蚀液能够腐蚀步骤一中所述的材料，为酸性、碱性、中性溶液或有机溶剂中的任一种；
所述硬纳米粒子可耐酸性溶液或耐碱性溶液或有机溶剂不溶解的纳米粒子；
所述耐酸性溶液的硬纳米粒子，优选纳米siO2、纳米Al2O3微粒；
所述耐碱性溶液的硬纳米粒子，优选纳米重晶石微粒、纳米石英微粒；
步骤四，将步骤二抛光处理好的材料表面置于由步骤三制备的材料砂面蚀刻液中，在一定温度下通过机械震荡，使蚀刻液中的硬质砂粒不断冲击被处理的材料表面，同时使蚀刻液中的腐蚀液蚀刻材料表面一定时间，取出、清洗、干燥；
所述的机械震荡可以为超声波机械震荡，也可以是其它震荡设备产生的机械震荡冲击作用。
2.如权利要求1所述的一种材料表面砂面哑光处理方法，其特征在于：所述步骤四中所指温度、时间为：砂面蚀刻液腐蚀该材料所需的温度、时间。
3.一种材料表面砂面哑光处理装置，该装置包括：装材料砂面蚀刻液的上位反应槽（3）、装材料砂面蚀刻液的下位储液槽（4）、泥沙泵（5）、机械震荡发生器（6）。
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