CN110592604A - 一种环保型光亮酸洗剂及其配制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保型光亮酸洗剂及其配制方法，酸洗剂的原料由磷酸、过硫酸氢钾复合盐、过硫化物、硫酸氢盐、稳定剂、氧化剂和水组成。本发明的酸洗剂为磷酸/过硫酸氢钾复合盐体系，酸洗剂整体为中强酸环境，最佳工作温度为25‑37℃，过硫酸氢钾复合盐与磷酸、稳定剂、过氧化物等配合对铜或铜合金起微蚀作用，对工件的腐蚀量小，清洗速度均匀、稳定可控，对铜材质有明显的抛光、整平作用，得到的工件表面光洁度高，清洗后工件表面微观平坦性优于硫酸等强酸酸洗液的清洗效果。同时，对酸洗后的工件表面有保护作用，克服了实际生产中铜表面变色问题。而且，磷酸酸洗剂体系无色无味，无挥发性物质，废水处理简单，对环境污染小。

Description

一种环保型光亮酸洗剂及其配制方法

技术领域

本发明涉及清洁剂技术领域，具体涉及一种环保型光亮酸洗剂及其配制方法。

背景技术

近年来，对纯铜或铜合金表面在铸造、焊接、退火过程中形成的氧化层的处理上进展并不大，一般用硝酸对工件进行腐蚀，其缺点是硝酸为强酸，容易对工件造成过腐蚀等现象，有挥发性，在酸洗过程中会产生红棕色气体，对环境危害大，随着国家对环境保护工作的逐步深入，此种工艺已逐渐被淘汰。目前，较为先进和常用的工艺方法是用硫酸/过硫酸氢钾复合物体系的酸洗液对纯铜或铜合金进行酸洗，解决了有害挥发气体的处理，工件表面酸洗质量也有所改善，但是这种工艺方法处理的铜表面呈半光亮状，其微观表面呈不均匀的凸凹不平状，故难以达到光亮清洗的目的。对于一些表面精度要求较高的工件，不满足光亮酸洗的要求。另外，现有酸洗剂产生的废水对环境污染大，处理难度增加，成本高，达不到环保型酸洗剂的要求。因此有必要提供一种环保型的酸洗剂。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种酸洗剂，能够有效去除纯铜或铜合金表面的氧化物且不会产生过腐蚀现象。

为了解决上述问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种环保型光亮酸洗剂，所述酸洗剂的原料组成如下：

上述成分中，磷酸是非氧化酸，在常态下，铜和磷酸不之间不反应，只有在强氧化剂存在的情况下，铜和磷酸才进行反应。

具体反应方程式为：

Cu+2H₃PO₄+H₂O₂＝Cu(H₂PO₄)₂+2H₂O

或者

2KMnO₄+16H₃PO₄+5Cu＝5Cu(H₂PO₄)₂+2KHPO₄+2Mn(H₂PO₄)₂+8H₂O

同时，铜在酸洗液中也发生如下反应：

2H₃PO₄+3KHSO₅+3Cu＝Cu₃(PO₄)₂+3KHSO₄+3H₂O

Cu²⁺+Cu＝2Cu⁺

Cu++2HSO₅ ^-→Cu²⁺+2SO₄ ^2-+H₂O+1/2O₂

磷酸二氢钾作为稳定剂可以在很大范围内缓冲溶液的PH值，使溶液氧化剂保持在一定的最佳酸度值，利于稳定反应。其反应如下：

过硫酸氢钾复合盐是一种无机酸性氧化剂，又称过一硫酸氢钾三合盐过氧化硫酸钾盐、单过硫酸氢钾复合盐，简称PMPS或KMPS，分子式为2KHSO₅·KHSO₄·K₂SO₄，CAS号为70693-62-8。

磷酸不仅用于与金属表面的氧化物反应，在过氧化氢或高锰酸钾等氧化剂存在下，磷酸和铜反应生成可溶性的磷酸二氢铜。过硫酸氢钾复合盐在水溶液中产生活性氧，酸性环境下对金属有氧化和腐蚀的作用。稳定剂可抑制过硫酸氢钾复合盐产生氧气逸出，使得溶液中活性氧保持在一定的浓度，对铜或铜合金腐蚀速率保持稳定。

优选地，所述过硫化物为过硫酸钾、过硫酸、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种或两种以上的混合物。

优选地，所述稳定剂为磷酸氢二钾、磷酸氢二铵、磷酸氢二钠、磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠中的一种或两种以上的混合物。

优选地，所述硫酸氢盐为一水合硫酸氢钠、硫酸氢铵、硫酸氢钾中的一种或两种以上的混合物。

优选地，所述酸洗剂的原料组成如下：

优选地，所述氧化剂为双氧水或高锰酸钾。氧化剂的含量以有效成分的含量计。

特别优选地，所述酸洗剂的原料组成如下：

特别优选地，所述酸洗剂的原料组成如下：

优选地，所述磷酸的质量浓度为80-90％。

本发明还提供了上述酸洗剂的配制方法，包括如下步骤：

(1)向配制装置中加入以所述配制装置的容积计25-35％的水，投入过硫酸氢钾复合盐，搅拌，不断加入清水至配制装置的容积的45-55％；

(2)搅拌下加入磷酸，然后加入过硫化物、硫酸氢盐和稳定剂，搅拌至完全溶解，加入氧化剂，搅拌均匀，加入清水补足，即得酸洗剂。

本发明的有益效果体现在：

1、本发明的酸洗剂为磷酸/过硫酸氢钾复合盐体系，酸洗剂整体为中强酸环境。酸洗剂的各成分中，过硫酸氢钾复合盐分解活性氧的反应活性较只使用过氧化氢或者使用硫酸/过硫酸氢钾复合盐体系的酸洗液更加缓和，与磷酸、稳定剂、过氧化物等配合对金属起微蚀作用，酸洗剂中各组分在一定范围变化一致，腐蚀速率均一，对工件的清洗速度均匀、可控，得到的工件表面光洁度高，清洗后工件表面微观平坦性好于硫酸等强酸酸洗液的清洗效果。

2、过硫酸氢钾复合盐与磷酸、稳定剂、过氧化物等配合对铜或铜合金起微蚀作用，对工件的腐蚀量小，清洗速度均匀、稳定可控，对铜材质有明显的抛光、整平作用，得到的工件表面光洁度高，清洗后工件表面微观平坦性好于硫酸等强酸酸洗液的清洗效果。同时，对酸洗后的工件表面有保护作用，克服了实际生产中铜表面变色的问题。

3、本发明的酸洗剂体系无色无味，无挥发性物质，废水处理程序简单，节省了生产成本，且对环境污染小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为纯铜工件经磷酸/过硫酸氢钾复合盐体系腐蚀后的SEM图；

图2为纯铜工件经硫酸/过硫酸氢钾复合盐体系腐蚀后的SEM图；

图3为纯铜工件经磷酸/过硫酸氢钾复合盐体系和硫酸/过硫酸氢钾复合盐体系腐蚀后的Ra对比图；

图4为纯铜工件经磷酸/过硫酸氢钾复合盐体系和硫酸/过硫酸氢钾复合盐体系腐蚀后的Rz对比图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

本发明的磷酸的含量为85％，相对密度为1.69g/cm³。

双氧水的质量分数为30％，相对密度为1.11g/cm³。

实施例1

配制本发明的酸洗剂，包括如下步骤：

(1)向配制装置中加入以所述配制装置的容积计30％的水，投入过硫酸氢钾复合盐130g，搅拌，并不断加入清水至配制装置的容积的50％；

(2)搅拌的条件下加入磷酸35g，然后加入过硫酸钾3g、硫酸氢钠3g和磷酸氢二钾30g，并搅拌至完全溶解，加入双氧水2g(双氧水含量),搅拌均匀,加入清水至1L，即得酸洗剂。

实施例2

配制本发明的酸洗剂，包括如下步骤：

(1)向配制装置中加入以所述配制装置的容积计25％的水，投入过硫酸氢钾复合盐140g，搅拌，并不断加入清水至配制装置的容积的45％；

(2)搅拌的条件下加入磷酸40g，然后加入过硫酸钾2.5g、硫酸氢钠2.5g和磷酸氢二钾35g，并搅拌至完全溶解，加入双氧水5mL,搅拌均匀,加入清水至1L，即得酸洗剂。

实施例3

配制本发明的酸洗剂，包括如下步骤：

(1)向配制装置中加入以所述配制装置的容积计35％的水，投入过硫酸氢钾复合盐180g，搅拌，并不断加入清水至配制装置的容积的60％；

(2)搅拌的条件下加入磷酸58g，然后加入过硫酸钾5g、硫酸氢钠5g和磷酸氢二钾30g，并搅拌至完全溶解，加入双氧水8mL,搅拌均匀,加入清水至1L，即得酸洗剂。

实施例4

配制本发明的酸洗剂，包括如下步骤：

(1)向配制装置中加入以所述配制装置的容积计30％的水，投入过硫酸氢钾复合盐135g，搅拌，并不断加入清水至配制装置的容积的50％；

(2)搅拌的条件下加入磷酸45g，然后加入过硫酸钾3.5g、硫酸氢钠4g和磷酸氢二钾175g，并搅拌至完全溶解，加入高锰酸钾40g,加入清水至1L，即得酸洗剂。

对比例1

其与实施例1的区别在于，其所用酸成分为50ml质量浓度为98％的硫酸。

试验例

取规格为40mm×40mm×2mm的标准纯铜工件，清洗干净，用滤纸吸干工件表面的水分，然后将工件在110℃下烘干15-20min，自然冷却后放入装有磷酸系酸洗液和硫酸系酸洗剂的烧杯中，并分别加入3倍的清水进行稀释，将两他们分别加温到30℃，同时放入标准工件，浸泡搅动酸洗液，30秒钟后取出工件，迅速清洗干净，用热风枪迅速吹干，将工件于电子显微镜和粗糙度测量仪下进行比较。

图1和图2为磷酸/过硫酸氢钾复合盐体系(以下简称磷酸体系)和目前为止较为先进的硫酸/过硫酸氢钾复合盐体系(以下简称硫酸体系)的不同酸洗液酸洗后在扫描电子显微镜(SEM Hitachi S3000N)下放大3000倍后表面不同的效果，图3和图4为在粗糙度测量仪(Advanced SPGCS3-E)下表面粗糙度(Ra、Rz)对比图。得到的结论如下：

1)表面形态

从图1和图2的电镜图可以看出，磷酸系酸洗液处理后的表面比硫酸系酸洗液处理的表面更加光滑平坦。

2)粗糙度对比

由图3和图4可知，铜面经过磷酸系酸洗液处理后，表面粗糙度明显比硫酸系酸洗液处理的铜表面粗糙度小。其光滑蚀铜性优于硫酸系酸洗液。

磷酸酸洗液使用后的废水处理：

酸洗液生产后的废水可以电解沉积、碱性的氢氧化铜淤泥沉淀或由金属铁置换出反应后的酸洗液中的铜。还可以用氢氧化钠+絮凝剂反应沉淀方法回收铜的淤泥或者将废液直接送废水管理公司再生为硫酸铜。这些方法可以将废液中的溶解铜的浓度降低到PPM级。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种环保型光亮酸洗剂，其特征在于，所述酸洗剂的原料组成如下：

2.根据权利要求1所述的环保型光亮酸洗剂，其特征在于，所述过硫化物为过硫酸钾、过硫酸、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种或两种以上的混合物。

3.根据权利要求1所述的环保型光亮酸洗剂，其特征在于，所述稳定剂为磷酸氢二钾、磷酸氢二铵、磷酸氢二钠、磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠中的一种或两种以上的混合物。

4.根据权利要求1所述的环保型光亮酸洗剂，其特征在于，所述硫酸氢盐为一水合硫酸氢钠、硫酸氢铵、硫酸氢钾中的一种或两种以上的混合物。

5.根据权利要求1所述的环保型光亮酸洗剂，其特征在于，所述氧化剂为双氧水或高锰酸钾。

6.根据权利要求5所述的环保型光亮酸洗剂，其特征在于，所述酸洗剂的原料组成如下：

7.根据权利要求5所述的环保型光亮酸洗剂，其特征在于，所述酸洗剂的原料组成如下：

8.根据权利要求5所述的环保型光亮酸洗剂，其特征在于，所述磷酸的质量浓度为80-90％。

9.权利要求1-8任意一项所述的环保型光亮酸洗剂的配制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)向配制装置中加入以所述配制装置的容积计25-35％的水，投入过硫酸氢钾复合盐，搅拌，不断加入清水至配制装置的容积的45-55％；

(2)搅拌下加入磷酸，然后加入过硫化物、硫酸氢盐和稳定剂，搅拌至完全溶解，加入氧化剂，搅拌均匀，加入清水补足，即得酸洗剂。