CN111032929A - H2so4在用于通过游离固体进行离子迁移对金属进行平滑和抛光的方法中作为电解质的用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及H2SO4在用于通过经由游离固体的离子迁移对金属进行平滑和抛光的方法中作为电解质的用途，特别是金属部件(例如在珠宝中)，所述方法基于在气体环境中导电的游离固体的离子迁移，所述固体由球形颗粒组成，所述球形颗粒具有用于保留电解质的孔隙率和亲和力，从而该固体具有明显的导电性，其中所述用途为根据待抛光部件的金属或合金的类型而具有可变浓度的H2SO4溶液，并且其中游离固体为交换磺化苯乙烯‑二乙烯基苯共聚物离子的大孔聚合物球体。
Description
发明目的
如通过本说明书的标题所表达的，本发明涉及H2SO4在用于通过经由游离固体的离子迁移对金属进行平滑和抛光的方法中作为电解质的用途，提供的优点和特征将在下面详细描述，并且与该应用的领域中目前已知的相比，本发明是特别新颖的。
本发明的目的特别是H2SO4的溶液在用于基于通过游离固体进行离子迁移对金属部件(例如珠宝件)进行平滑和抛光的方法中作为电解质的用途，其中所述主体是导电的并且在气体环境中合并在一起，金属部件布置成连接到电源(例如直流发生器)的正极，并且优选地相对于固体(颗粒)组件移动并布置成使得它们与电源的负极电接触，并且其中上述固体为大孔聚合物颗粒，该大孔聚合物颗粒能够在其中保留特定量的所述电解液，使得其具有明显的使其导电的导电性，根据待平滑或抛光的金属或合金的类型，所涉及的电解质由不同比例所使用的H2SO4溶液组成。
特别地，本发明的目的是保护用于对钢、不锈钢、Cr-Co、钛和铝合金进行抛光的特定的电解质的用途。
技术领域
本发明的应用领域属于工业领域，该工业领域致力于对金属部件(例如金饰和合金)进行平滑和抛光，尤其是包括通过颗粒进行的电解抛光方法。
背景技术
用于在具有游离固体(颗粒)的媒介中对金属进行平滑和抛光的不同系统是已知的。
长期以来，已经使用了广泛的不同装置，其中经由使用未附着到任何载体上的颗粒产生机械磨蚀，该颗粒具有不同的几何形状和尺寸并且比待处理的材料具有更大的硬度。
由于待处理部件和颗粒在两者之间产生相对运动的事实，所以所述装置在待处理部件上产生颗粒的摩擦。
这些装置包括例如旋转容器(鼓)、振动容器或喷砂机。
然而，所有基于直接机械磨蚀的系统，例如前面提到的系统，都具有严重的缺点，因为它们以缺乏均匀性的方式影响部件，这意味着由磨蚀器件(颗粒)对部件施加的压力和被腐蚀的材料量之间存在一定的比例，部件的突出部分经常被磨损和平滑至过度的程度。
此外，在许多情况下，在所述系统中使用的总机械能是导致部件损坏的原因，这是由过度的力引起的冲击和变形引起的。
另外，基于机械磨蚀的系统在金属部件上产生具有塑性变形的表面，并且通过这样做它们不可避免地吸收大量的异物，在许多情况下，由于材料的表面层的污染，使处理不恰当。
同样，已知凭借电镀处理进行的抛光系统，其中将正在被处理的金属部件浸没在电解液中并且没有固体颗粒(例如阳极)，这被称为电解抛光。
所述方法的优点在于，它们产生的表面没有表面污染，这与先前所述的仅有机械磨蚀的方法是不同的。
现在，在许多情况下所达到的对大于几微米的粗糙度的拉平效应是不充分的，并且因此所述处理主要用作用于现有机械磨蚀方法的精加工。
此外，存在电镀方法，其中正在被处理的金属部件被浸没在电解液中，该电解液含有在其中自由移动的固体(颗粒)。
为所述方法开发的电解质比没有颗粒的电镀方法产生更厚的阳极层，这使得当其中包含的颗粒与阳极层机械地进行相互作用时，粗糙度被有效地平滑降至1毫米。
然而，在这两种情况下，迄今为止使用的电镀方法通常会产生缺陷，例如点蚀或台阶面，这与正在被处理的金属的晶体结构和组成有关，在许多情况下，其使用仅限于以下部件：由于部件的组成(合金)以及模塑和成形处理，已在经验上证明该部件可以被处理而不产生所述不可接受的缺陷。
为了解决这些缺点，本申请人是申请号为ES2604830A1的专利申请的持有者，该专利申请公开了一种用于通过游离固体进行离子迁移对金属进行平滑和抛光的方法，以及用于实施所述方法的导电的固体，包括凭借与装置相关联的夹持元件将部件连接到电流发生器的正极，以及使其经受与导电的游离固体的颗粒的摩擦，所述游离固体包括在容器中，所述容器具有占据间隙空间的气体环境，并且游离固体通过容器直接或通过用作阴极的环与电流发生器的负极(阴极)电接触，并且其中固体是颗粒，其具有孔隙率和亲和力，能够保留低于饱和水平的电解液，这使得其具有导电性。
现在，本发明的目的是向市场提供H2SO4作为用于这种类型的方法的理想电解质的用途，此外，基于待抛光部件的金属或合金的类型，以其在溶液中的理想比例来获得最佳结果。
众所周知，H2SO4是一种酸，其广泛用于各种金属的剥离、蚀刻和电解抛光方法。由于H2SO4是一种多元酸，因此它几乎与所有金属形成可溶性盐，并形成阳极层，从而可能进行电解抛光。
同样，到目前为止，由于在聚合物球体的核心和待抛光部件的表面上的蒸发和随后的凝结，使用具有高蒸气压力的酸，例如：HNO3、HF、HCl等，不可避免地运输了电解质。这导致电化学侵蚀，其不限于球体与待抛光表面之间严格的几何关系，因此是有缺陷的结果。
另一方面，使用具有非常低的蒸气压力的H2SO4导致所述侵蚀的风险较小。因此，该结果(例如在Ti上的)是非常适合的，从而导致引人注目的光亮表面和非常低的最终粗糙度。
另一方面，并且参考当前技术水平，可以肯定的是，申请人没有找到到H2SO4在用于通过游离固体进行离子迁移或其他电解抛光方法对金属进行平滑和抛光的方法中作为电解质的用途。
发明内容
特别地，如前所述，本发明提出H2SO4在用于通过游离固体进行离子迁移对金属进行平滑和抛光的方法中作为电解质的用途，并且更特别地，用于对金属部件(例如珠宝件)进行平滑和抛光，但不限于此，该方法基于利用在气体环境中是导电的游离固体(颗粒)进行的离子迁移，所述固体由球形颗粒组成，所述球形颗粒具有用于保留特定量的所述电解液的孔隙率和亲和力，使得其具有明显的导电性。
优选地，用于所述方法的上述游离固体是交换磺化聚苯乙烯离子的大孔聚合物球体，更特别地，是由具有磺酸官能团SO3-的固体苯乙烯-二乙烯基苯共聚物基体构成的球体，该球体密度为1.24Kg/m3，离子交换容量等于或大于：1.7eq/L，直径为0.6mm-0.8mm，以及持水能力为52％-58％，例如，由树脂(比如以AMBERLITE
名称销售的树脂)组成。
使用这些类型的球体的原因是，考虑到它们是由有机聚合物组成的，进而包含高比例的相互连接的孔，该相互连接的孔均匀地分布在球体的核心中，它们形成了一种提供合适折衷的材料，该折衷为硬度和对电解液的保持能力之间的折衷，同时为在压力下电解液的瞬时释放能力和由此产生的球体变形之间的折衷。
此外，该球体还具有高的耐化学性，经得起高浓度的强酸，例如硫酸H2SO4。
该球体还具有合适的直径，用于有利地对大多数金属假牙的部件中的存在的粗糙度进行抛光和拉平。
具体实施方式
在任何情况下，如上所述，要使用的电解液是基于待抛光部件的金属或合金的类型而具有可变浓度的H2SO4水溶液。已在钢、不锈钢、Cr-Co合金以及镍、钛和铝合金上对该电解质的使用进行了专门研究。
钢、不锈钢或Cr-Co合金
特别地，作为被吸收的电解质以及对于其在待抛光的由钢、不锈钢或Cr-Co合金制成的部件上的应用，设想使用浓度为8％-25％(优选地15％)的H2SO4水溶液，并且优选地电解质占干燥聚合物的比例为40％-50％。
Ni合金
作为用于处理由“Inconel”型Ni合金制成的部件而被吸收的电解质，设想使用浓度为15％-30％(优选地20％)的H2SO4水溶液。
Ti
作为用于处理由Ti及其合金制成的部件而被吸收的电解质，设想使用H2SO4的醇溶液，该醇的分子量小于100，所述醇能够为单独使用或同时使用的简单醇或多元醇，例如：甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、二甘醇、丙二醇、甘油。
用于Ti的电解质具有非常低的水含量，小于5％，因此根据下式来抵消所述金属通过氧化被钝化的强烈趋势：Ti+2H2O＝TiO2+4H+4e-
通过使用低粘度的醇，例如甲醇和乙醇(甲醇：0.5cps，水：1cps)，一方面，可以在苯乙烯-二乙烯基苯共聚物的聚合物颗粒中实现良好的吸收能力，并且另一方面，电解质通过颗粒孔隙网络的高迁移率，从而导致平滑和抛光方法的速度类似于用于钢和Cr-Co合金的方法的速度(2-10微米的厚度/分钟)。
优选地，并且由于上述原因，使用由甲醇和硫酸组成的电解质，相对于甲醇的硫酸浓度为10％-30％，优选为20％。
水含量必须优选地限制为最大为5％。
实施例：H2O：80％H2SO4：18％H2O：2％
该方法优选在无O2的无水气氛中进行(例如：N2、CO2、Ar等)。
优选地，施加电压为30V-80V，并且周期性极性反转，半周期暂时占优势，其中待抛光的部件是阳极，例如：2秒+0.5秒。
优选设想添加卤化物(优选为比例为0.05％-0.4％的氯化物和/或氟化物)作为添加剂以加速该方法。
实施例：H2O：80％H2SO4：17.8％H2O：2％NaCl:0.2％
除了Ti的氯化物易于溶解的事实之外，Cl原子的小尺寸还证明了由于形成氧化物层而有效地抵消了钝化的可能性，因此，导致了有效的离子迁移。
为了对铝进行平滑和抛光，优选使用与适用于Ti的电解质相似的电解质，但该电解质中的水和氯的含量较高。
甲醇：30％水：40％H2SO4：17％NaCl:13％
相对于聚合物吸收体的电解液含量优选为40％-50％。
已经充分描述了本发明的性质以及实施本发明的方式，认为不需要再延长其解释，以使本领域技术人员理解其范围和由此产生的优点，并且明确指定在其本质上，其可以在与通过示例提供的实施方式在细节上不同的其他实施方式中进行，并且，只要它们不变换、改变或修改其基本原理则也在所要求保护的范围内。
Claims (13)
1.H2SO4在用于通过游离固体进行离子迁移对金属进行平滑和抛光的方法中作为电解质的用途，并且特别是用于对例如珠宝件的金属部件进行平滑和抛光，所述方法基于用在气体环境中导电的游离固体进行的离子迁移，所述固体由球形颗粒组成，所述球形颗粒具有足够孔隙率和亲和力用于保留特定量的所述电解质，从而所述固体具有明显的导电性，其特征在于，所述用途为基于待抛光部件的金属或合金的类型而具有可变浓度的H2SO4溶液。
2.根据权利要求1所述的H2SO4在用于通过游离固体进行离子迁移对金属进行平滑和抛光的方法中作为电解质的用途，其特征在于，对于其在由钢、不锈钢或Cr-Co合金制成的部件上的应用，设想使用浓度为8％-25％的H2SO4水溶液。
3.根据权利要求2所述的H2SO4在用于通过游离固体进行离子迁移对金属进行平滑和抛光的方法中作为电解质的用途，其特征在于，对于其在由钢、不锈钢或Cr-Co合金制成的部件上的应用，所述溶液中的H2SO4的浓度为15％。
4.根据权利要求2或3所述的H2SO4在用于通过游离固体进行离子迁移对金属进行平滑和抛光的方法中作为电解质的用途，其特征在于，对于其在由钢、不锈钢或Cr-Co合金制成的部件上的应用，所述H2SO4水溶液占干燥聚合物的比例为40％-50％。
5.根据权利要求1-4所述的H2SO4在用于通过游离固体进行离子迁移对金属进行平滑和抛光的方法中作为电解质的用途，其特征在于，对于其在由Ni合金制成的部件上的应用，设想使用浓度为15％-30％的H2SO4水溶液。
6.根据权利要求5所述的H2SO4在用于通过游离固体进行离子迁移对金属进行平滑和抛光的方法中作为电解质的用途，其特征在于，对于其在由Ni合金制成的部件上的应用，设想使用浓度为20％的H2SO4水溶液。
7.根据权利要求1所述的H2SO4在用于通过游离固体进行离子迁移对金属进行平滑和抛光的方法中作为电解质的用途，其特征在于，对于其在由Ti合金制成的部件上的应用，设想使用H2SO4的醇溶液，所述醇的分子量小于100。
8.根据权利要求7所述的H2SO4在用于通过游离固体进行离子迁移对金属进行平滑和抛光的方法中作为电解质的用途，其特征在于，所述使用的电解质的水含量低于5％。
9.根据权利要求7-8中任一项所述的H2SO4在用于通过游离固体进行离子迁移对金属进行平滑和抛光的方法中作为电解质的用途，其特征在于，对于其在由Ti合金制成的部件上的应用，设想使用由甲醇和硫酸组成的电解质，所述电介质具有相对于甲醇为10％至30％的硫酸浓度。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的H2SO4在用于通过游离固体进行离子迁移对金属进行平滑和抛光的方法中作为电解质的用途，其特征在于，对于其在由Ti合金制成的部件上的应用，所述方法是根据以下条件下进行的：在无O2的无水气氛中，施加电压为30V-80V，并且周期性极性反转且半周期暂时占优势，其中所述待抛光部件为阳极。
11.根据权利要求7-10中任一项所述的H2SO4在用于通过游离固体进行离子迁移对金属进行平滑和抛光的方法中作为电解质的用途，其特征在于，对于其在由Ti合金制成的部件上的应用，设想添加卤化物作为添加剂以加速所述方法。
12.根据权利要求11所述的H2SO4在用于通过游离固体进行离子迁移对金属进行平滑和抛光的方法中作为电解质的用途，其特征在于，对于其在由Ti合金制成的部件上的应用，所述卤化物为比例为0.05％-0.4％的氯化物和/或氟化物。
13.根据前述任一权利要求所述的H2SO4在用于通过游离固体进行离子迁移对金属进行平滑和抛光的方法中作为电解质的用途，其特征在于，所述方法中使用的所述游离固体为交换磺化苯乙烯-二乙烯基苯共聚物离子的大孔聚合物球体。
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