CN112158867A - 氧化铝浆料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属加工技术领域，特别是涉及一种氧化铝浆料及其制备方法和应用。本发明采用“球磨+砂磨”二级研磨工艺，并选用合适的混合分散剂，所得产品颗粒形貌规整圆滑、粒径分布窄、颗粒小；后续经精密过滤，产品为浆料形式，无需干燥即可使用，克服了传统的氧化铝粉体假颗粒团聚的缺点，具备更好的分散性和稳定性，且不易沉淀，确保了抛光的效果，可替代经气流磨加工的高品质氧化铝抛光粉，用于不锈钢镜面抛光、蓝宝石镜面抛光等高精度镜面抛光场合。

Description

氧化铝浆料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及金属加工技术领域，特别是涉及一种氧化铝浆料及其制备方法和应用。

背景技术

在抛光加工中，抛光粉平均粒径大小决定了其所能应用的抛光工序。通常情况下，20μm-45μm粒径用在粗抛工序，4μm-20μm粒径用在中抛工序，1μm-4μm粒径用在精抛工序，1μm以下用在镜面抛光。

目前高品质的氧化铝抛光粉一般由气流磨加工，粉体各项理化指标比较稳定，但气流磨加工能耗高，产量小，因此多采用湿法研磨来进行氧化铝抛光粉的大规模生产。但传统的湿法研磨存在以下问题：第一，难以保证在1μm的小尺寸下粒径分布仍然能维持在较窄的范围，且颗粒有毛刺，因此产品质量不够稳定和均衡；第二，研磨后产品需要干燥，干燥的粉体一般会产生团聚，从而存在假颗粒，使用时不利于分散，影响实际使用效果。

发明内容

基于此，有必要提供一种粒径小且粒径分布窄、颗粒形貌规整圆滑、分散性好的氧化铝浆料产品及其制备方法和应用。

本发明的一个方面，提供了一种氧化铝浆料的制备方法，具体技术方案如下。

一种氧化铝浆料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将氧化铝原料、溶剂和分散剂混合后进行球磨，制备第一磨料，其中所述分散剂为含有至少两种不同成分的混合分散剂；

S2：将第一磨料进行至少一次砂磨，直至粒径D50＜1μm、D99＜3μm，制备第二磨料；

S3：将第二磨料经过滤后得到浆料成品。

在其中一个实施例中，所述氧化铝原料为煅烧α-Al₂O₃，α-Al₂O₃含量＞98％，原晶粒度＜2μm。

在其中一个实施例中，所述氧化铝原料与溶剂的比例按所述浆料成品的固含量为25％-45％计算确定。

在其中一个实施例中，步骤S3中的过滤精度为3μm-8μm。

在其中一个实施例中，步骤S1中球磨介质和/或步骤S2中砂磨介质为纯度不低于99.99％的氧化铝球，其直径为0.1mm-10mm。

在其中一个实施例中，所述混合分散剂包括乙二醇、三乙醇胺、三聚磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚和马来酸-苯乙烯型改性共聚物中的至少两种。

在其中一个实施例中，所述混合分散剂使用量为所述氧化铝原料质量的0.3％-3％。

在其中一个实施例中，所述溶剂为超纯水，水质电阻率18MΩ。

上述氧化铝浆料的制备方法采用“球磨+砂磨”的二级研磨工艺，以获得粒径合格的产品，产品D50小于1μm，D99小于3μm，无需分级，粒径分布窄；通过选用混合分散剂，所得产品颗粒形貌规整圆滑；后续经精密过滤，产品为浆料形式，无需干燥即可使用，克服了传统的氧化铝粉体假颗粒团聚的缺点，具备更好的分散性和稳定性，且不易沉淀，确保了抛光的效果，可用于替代经气流磨加工的高品质氧化铝抛光粉。

本发明的另一方面，提供了一种由前述制备方法制得的氧化铝浆料。

该氧化铝浆料可用于不锈钢镜面抛光、蓝宝石镜面抛光等高精度镜面抛光场合。

附图说明

图1为实施例1的产品粒径分布图；

图2为实施例2的产品粒径分布图；

图3为实施例3的产品粒径分布图；

图4为对比例1的产品粒径分布图；

图5为对比例2的产品粒径分布图；

图6为对比例3的产品粒径分布图；

图7为对比例4的产品粒径分布图；

图8为对比例5的产品粒径分布图；

图9为实施例1的扫描电镜图；

图10为实施例2的扫描电镜图；

图11为实施例3的扫描电镜图；

图12为对比例1的扫描电镜图；

图13为对比例2的扫描电镜图；

图14为对比例3的扫描电镜图；

图15为对比例4的扫描电镜图；

图16为对比例5的扫描电镜图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本发明的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供了一种氧化铝浆料的制备方法，其包括以下步骤：

步骤S1：将氧化铝原料、溶剂和分散剂混合后进行球磨，制备第一磨料，其中分散剂为含有至少两种不同成分的混合分散剂；

步骤S2：将第一磨料进行至少一次砂磨，直至粒径D50＜1μm、D99＜3μm，制备第二磨料；

步骤S3：第二磨料经过滤后得到浆料成品。

在一个具体示例中，氧化铝原料为煅烧α-Al₂O₃，煅烧温度在1600℃以上，α-Al₂O₃含量＞98％，总Al₂O₃含量＞99％，原晶粒度＜2μm，优选原晶粒度为＜0.5μm。可理解，在其他实施例中，也可以使用其他规格和品级相近或更高的原料。

可选地，溶剂为水，且氧化铝原料与溶剂的比例按浆料的固含量为25％-45％计算确定，例如在一个具体示例中可以是30％-40％，又如还可以是30％、35％或40％。

进一步可选地，水选用超纯水，水质电阻率18MΩ，例如可以采用二级反渗透(RO)+电渗析(EDI)工艺来制备。

在一个具体示例中，混合分散剂包括乙二醇、三乙醇胺、三聚磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚和马来酸-苯乙烯型改性共聚物中的至少两种，例如可以选用两种分散剂混合制备，又如还可以选用三种分散剂来混合制备。可选地，当混合分散剂为两种混合分散剂时，两种分散剂的质量比为(0.7-1.3):(0.8-1.2)；可选地，当混合分散剂为三种混合分散剂时，三种分散剂的质量比为(0.6-1.2)：1：(0.7-1.2)。

在一个具体示例中，混合分散剂的使用量为氧化铝原料质量的0.3％-3％，可选地，例如可以是0.4％-2.2％，又如还可以是0.5％、0.8％、1.2％、1.5％、2％或2.5％。

在一个具体示例中，步骤S1中球磨介质和/或步骤S2中砂磨介质为纯度不低于99.99％的氧化铝球，其直径为0.1mm-10mm。可选地，用于球磨的氧化铝球的直径可以是3mm-8mm，又如还可以是3mm、5mm、7mm、9mm；可选地，用于砂磨的氧化铝球的直径可以是0.2mm-1.2mm，又如还可以是0.3mm、0.5mm、0.8mm、1mm、2mm、

在一个具体示例中，球磨阶段研磨介质与物料的质量比是(4-9):1。

在一个具体示例中，球磨时间为4-8小时。

在一个具体示例中，球磨机的转速为20-30RPM。

在一个具体示例中，砂磨阶段研磨介质与物料的体积比是(50％-70％):(50％-30％)。

在一个具体示例中，砂磨机的转速为550-750RPM。

在一个具体示例中，步骤S3中的过滤精度为3μm-8μm，可选地，例如可以是3.5μm-7.5μm，又如还可以是4μm、4.5μm、5μm、5.5μm、6μm、6.5μm、7μm。

在抛光过程中，决定最终抛光效果的主要质量因素有两点：(1)抛光微粉粒度分布；(2)抛光微粉颗粒的微观形貌。就抛光微粉粒度分布而言，抛光粉颗粒中的最大粒径决定了最终抛光的精度，而颗粒的平均粒径决定了抛光效率，本发明采用“球磨+砂磨”二级研磨工艺，并可通过设置额外的中间储罐，方便在必要时进行额外次数的研磨，以获得粒径合格的产品，产品D50小于1μm，D99小于3μm，无需分级，粒径分布窄，因此抛光精度高，抛光效果好，且抛光效率高。就抛光微粉颗粒的微观形貌而言，表面圆滑的颗粒不容易产生划痕，抛光后表面光洁度高，棱角分明的颗粒极易产生划痕，造成抛光面粗糙等抛光缺陷，本发明通过选用合适配比的混合分散剂，所得产品颗粒形貌规整圆滑，因此抛光效果好，抛光面为光洁度高的镜面。

传统的氧化铝抛光粉需要经湿法研磨后干燥，干燥的粉体通常会产生团聚，从而存在假颗粒，使用时不利于分散，对后续使用效果造成影响。本发明设置了后续精密过滤步骤，产品为浆料形式，无需干燥即可使用，克服了传统的氧化铝粉体假颗粒团聚的缺点，具备更好的分散性和稳定性，且不易沉淀，确保了抛光的效果，可用于替代经气流磨加工的高品质氧化铝抛光粉。

本发明的另一方面，提供了一种由前述制备方法制得的氧化铝浆料。

该氧化铝浆料可用于不锈钢镜面抛光、蓝宝石镜面抛光等高精度镜面抛光场合，抛光精度好，抛光面为光洁度高的镜面，且抛光效率高。

以下结合具体实施例和对比例对本发明的氧化铝浆料及其制备方法和应用做进一步详细的说明。可理解，以下实施例所用的仪器和原料较为具体，在其他具体实施例中，可不限于此，例如可以不限于通过中间储罐的形式实现不同研磨阶段的中转；再例如可以不限于通过滤袋过滤器实现过滤，也可以通过其他同等过滤精度的过滤器实现过滤。

如无说明，以下实施例中的原料及仪器设备均为市售。

卧式球磨机购自淄博启明星新材料股份有限公司；

煅烧α-Al₂O₃购自中国铝业郑州有色金属研究院有限公司；

氧化铝球购自淄博启明星新材料股份有限公司；

砂磨机购自东莞市琅菱机械有限公司。

实施例1

S1：向直径为2200mm，调频转速为26RPM的卧式球磨机中投入500kg的煅烧α-Al₂O₃，投入3000kg的99.99％氧化铝球(直径为8mm)作为磨介，投入2.4kg混合分散剂(乙二醇0.8kg+壬基酚聚氧乙烯醚0.8kg+马来酸-苯乙烯型改性共聚物0.8kg)，投入水928kg，研磨6小时后转入中间储罐A，连接软管泵，转入50L砂磨机；

S2：向砂磨机中投入直径为0.8mm的99.99％氧化铝球作为磨介，其使用量为总体积的70％。砂磨后若粒径达标，直接进行过滤得到成品；若粒径未达标，则磨料从中间储罐B通过砂磨机再次研磨至中间储罐C，粒径达标后进行过滤；若仍未达标，则经砂磨机再次砂磨后转入中间储罐B，如此循环，直至粒径达标，即D50小于1μm、D99小于3μm；

S3：粒径达标的磨料经中间储罐B或C，连接软管泵，然后由精度为5μm的滤袋过滤器过滤，经包装入桶为成品。

实施例2

S1：向直径为2200mm，调频转速为26RPM的卧式球磨机中投入500kg的煅烧α-Al₂O₃，投入4500kg的99.99％氧化铝球(直径为8mm)作为磨介，投入2.72kg混合分散剂(乙二醇0.96kg+壬基酚聚氧乙烯醚0.8kg+马来酸-苯乙烯型改性共聚物0.96kg)，投入水928kg，研磨6小时后转入中间储罐A，连接软管泵，转入50L砂磨机；

S2：向砂磨机中投入直径为0.8mm的99.99％氧化铝球作为磨介，其使用量为总体积的70％。砂磨后若粒径达标，直接进行过滤得到成品；若粒径未达标，则磨料从中间储罐B通过砂磨机再次研磨至中间储罐C，粒径达标后进行过滤；若仍未达标，则经砂磨机再次砂磨后转入中间储罐B，如此循环，直至粒径达标，即D50小于1μm、D99小于3μm；

S3：粒径达标的磨料经中间储罐B或C，连接软管泵，然后由精度为5μm的滤袋过滤器过滤，经包装入桶为成品。

实施例3

S1：向直径为2200mm，调频转速为26RPM的卧式球磨机中投入500kg的煅烧α-Al₂O₃，投入2000kg的99.99％氧化铝球(直径为8mm)作为磨介，投入1.84kg混合分散剂(乙二醇0.48kg+壬基酚聚氧乙烯醚0.8kg+马来酸-苯乙烯型改性共聚物0.56kg)，投入水928kg，研磨6小时后转入中间储罐A，连接软管泵，转入50L砂磨机；

S2：向砂磨机中投入直径为0.8mm的99.99％氧化铝球作为磨介，其使用量为总体积的70％。砂磨后若粒径达标，直接进行过滤得到成品；若粒径未达标，则磨料从中间储罐B通过砂磨机再次研磨至中间储罐C，粒径达标后进行过滤；若仍未达标，则经砂磨机再次砂磨后转入中间储罐B，如此循环，直至粒径达标，即D50小于1μm、D99小于3μm；

S3：粒径达标的磨料经中间储罐B或C，连接软管泵，然后由精度为5μm的滤袋过滤器过滤，经包装入桶为成品。

对比例1

对比例1的制备方法与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：步骤S1中采用单一分散剂三乙醇胺代替实施例1中的混合分散剂。

对比例2

S1：向直径为2200mm，调频转速为26RPM的球磨机中投入500kg的煅烧α-Al₂O₃，投入3000kg的99.99％氧化铝球(直径为3mm)作为磨介，投入2.4kg混合分散剂(乙二醇0.8kg+壬基酚聚氧乙烯醚0.8kg+马来酸-苯乙烯型改性共聚物0.8kg)，投入水928kg，研磨至D50小于1μm、D99小于3μm，得到氧化铝浆料；

S2：用精度为5μm的滤袋过滤器对步骤S1中所得浆料进行过滤。

对比例3

S1：向直径为2200mm，调频转速为26RPM的球磨机中投入500kg的煅烧α-Al₂O₃，投入3000kg的99.99％氧化铝球(直径为3mm)作为磨介，投入2.4kg三乙醇胺作为分散剂，投入水928kg，研磨至D50小于1μm、D99小于3μm，得到氧化铝浆料；

S2：用精度为5μm的滤袋过滤器对S1中所得浆料进行过滤。

对比例4

对比例4的制备方法与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：步骤S1中2.4kg混合分散剂配比不一样：乙二醇0.4kg+壬基酚聚氧乙烯醚1.2kg+马来酸-苯乙烯型改性共聚物0.8kg。

对比例5

对比例5的制备方法与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：步骤S1中2.4kg混合分散剂配比不一样：乙二醇1.2kg+壬基酚聚氧乙烯醚0.5kg+马来酸-苯乙烯型改性共聚物0.7kg。

对比例6

对比例6的制备方法与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：步骤S1中投入1000kg的99.99％氧化铝球(直径为8mm)作为磨介。

对比例7

对比例7的制备方法与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：步骤S1中投入5000kg的99.99％氧化铝球(直径为8mm)作为磨介。

实施例1-3及对比例1-5制备得到的氧化铝浆料粒径分布、颗粒形貌、不锈钢抛光效果及效率等参数列表如下表1：

表1

从表1可知，对比例1为二级磨工艺，但分散剂为单一分散剂，产品的颗粒形貌不合格，有毛刺，说明分散剂的成分和比例影响也很大，分散剂配方采用不好，对产品的分散性及颗粒形貌影响很大。

对比例2为一级磨工艺，没有二级磨的砂磨机研磨，所以，产品颗粒分布宽，细颗粒多，粗颗粒也多，导致无法经过精度为5μm的滤袋过滤器；对比例2的分散剂与实施例1相同，因此产品的颗粒形貌圆滑，但因为颗粒大无法过滤，导致抛光略有划痕，且移除量较实施例1小，说明其抛光效率不及实施例1。

对比例3为一级磨工艺，没有二级磨的砂磨机研磨，所以，产品颗粒分布宽，细颗粒多，粗颗粒也多，导致无法经过精度为5μm的滤袋过滤器；对比例3的分散剂与实施例不一样，因此产品的颗粒形貌也不合格，有毛刺，导致抛光效果不好，表面亮场划伤。

对比例4中混合分散剂配比低于预设范围下限，颗粒形貌出现毛刺，抛光效果不好。

对比例5中混合分散剂配比高于预设范围上限，分散效果差，物料团聚较多，需超声分散检测才能确认D50＜1μm，SEM团聚颗粒多，抛光效果不好。

对比例6由于投入磨介偏少，导致研磨效率偏低，步骤S1中研磨时间超过16小时后得到的产品粒径才达到实施例1中步骤S1研磨6小时后的产品粒径。

对比例7由于投入磨介过多，导致研磨电流过高，物料过于粘稠，需额外补加水，导致浆料固含量达不到指标范围，因而影响了浆料成品的分散性。

由此说明，研磨过程中磨介与物料的配比、研磨工艺的选择以及分散剂的选择和配比等各项参数的设置对最终生产得到的氧化铝浆料的品质具有直接影响。本发明提供的氧化铝浆料的制备方法制备得到的氧化铝浆料具有优异的性能，其粒径小且粒径分布窄，颗粒形貌圆滑，分散性好，因此抛光精度高、抛光效果好。需要说明的是，本发明其它可任意组合的实施例的氧化铝浆料同样具有相近的性能。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种氧化铝浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将氧化铝原料、溶剂和分散剂混合后进行球磨，制备第一磨料，其中所述分散剂为含有至少两种不同成分的混合分散剂；

S2：将第一磨料进行至少一次砂磨，直至粒径D50＜1μm、D99＜3μm，制备第二磨料；

S3：将第二磨料经过滤后得到浆料成品。

2.如权利要求1所述的氧化铝浆料的制备方法，其特征在于，所述氧化铝原料为煅烧α-Al₂O₃，α-Al₂O₃含量＞98％，原晶粒度＜2μm。

3.如权利要求1所述的氧化铝浆料的制备方法，其特征在于，所述氧化铝原料与溶剂的比例按所述浆料成品的固含量为25％-45％计算确定。

4.如权利要求1所述的氧化铝浆料的制备方法，其特征在于，步骤S3中的过滤精度为3μm-8μm。

5.如权利要求1-4中任一项所述的氧化铝浆料的制备方法，其特征在于，步骤S1中球磨介质和/或步骤S2中砂磨介质为纯度不低于99.99％的氧化铝球，其直径为0.1mm-10mm。

6.如权利要求1-4中任一项所述的氧化铝浆料的制备方法，其特征在于，所述混合分散剂包括乙二醇、三乙醇胺、三聚磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚和马来酸-苯乙烯型改性共聚物中的至少两种。

7.如权利要求6所述的氧化铝浆料的制备方法，其特征在于，所述混合分散剂使用量为所述氧化铝原料质量的0.3％-3％。

8.如权利要求1-4中任一项所述的氧化铝浆料的制备方法，其特征在于，所述溶剂为超纯水，水质电阻率18MΩ。

9.一种氧化铝浆料，其特征在于，采用如权利要求1-8中任一项所述的氧化铝浆料的制备方法制得。

10.如权利要求9所述的氧化铝浆料在镜面抛光过程中的应用。

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