CN114807945A - 一种铝合金精抛组合物、精抛液及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝合金精抛组合物、精抛液及其制备方法与应用。所述组合物包括硅溶胶和抗结晶剂，其中，所述抗结晶剂包括玫红三羧酸盐。本发明方案通过添加特定的抗结晶剂至精抛组合物中，从而防止精抛组合物制备成精抛液时，硅溶胶易结晶；在使用硅溶胶类精抛液对铝合金精抛时，铝离子不可避免地溶解于精抛液中。当精抛液中铝离子积累到一定浓度，且精抛液呈静态地暴露于空气中时，其组分中的硅溶胶容易结晶成固态。玫红三羧酸盐能与铝离子结合生成相应的絮状沉淀，通过降低精抛液中的铝离子浓度，从而能防止硅溶胶结晶。
Description
技术领域
本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及一种铝合金精抛组合物、精抛液及其制备方法与应用。
背景技术
铝合金在生产加工过程中为了获得较好表面平坦度和光洁度，通常需要对其表面进行抛光处理。抛光是通过抛光垫在一定压力下与加工面作复杂的相对运动而完成的。抛光垫和工件之间的精抛组合物(含磨料与辅助成分)在相对运动中，分别起机械切削作用和物理、化学抛光作用，使磨料能在工件表面切去极薄的一层材料，从而得到极高的尺寸精度和极细的表面粗糙度。
在铝合金的精抛过程中，为了达到镜面的效果，通常需要使用弱碱性的纳米硅溶胶类精抛组合物。然而，在使用此类纳米硅溶胶精抛组合物后，铝合金表面会沾有一层乳白色的硅溶胶膜，此种硅溶胶膜暴露于空气中数十秒内就会结晶固化，形成一层固态的薄膜。此种固态薄膜会造成后续铝合金表面清洗困难。因而，现阶段经硅溶胶类精抛组合物抛光后的铝合金工件需立即浸泡于清水中，尽快进行清洗。这种方法对工艺和人员操作要求比较高，导致自动化产线经常由于清洗不及时从而造成产品良率低。
如中国专利文件CN 104109482B公开了一种铝合金抛光液及其制备方法，其主要成分为硅溶胶、稳定剂、活性剂和增效剂。此种抛光液无相应的抗结晶作用，因而抛光后需要在短时间内进行清洗。此外其组分中的表面活性剂虽然有利于后端的清洗，但长链的非离子表面活性剂同时也有较强的润滑作用，从而降低抛光液的切削速度。中国专利申请文件CN 105970228A公开了一种铝合金抛光液，其主要成分为硅溶胶、络合剂、表面活性剂、缓蚀剂和光亮剂。此种抛光液也无相应的抗结晶作用，且同样存在表面活性剂降低切削速度的问题。
因此，寻找一种抗结晶、容易被清洗的铝合金精抛组合物，尤其是还能不影响切削速度的铝合金精抛组合物，一直是业内关注的问题。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种铝合金精抛组合物，能够有效防止硅溶胶结晶，容易被清洗的铝合金精抛组合物。
本发明还提出含上述精抛组合物的精抛液及其制备方法。
本发明还提出上述精抛组合物及精抛液的的应用。
根据本发明的一个方面，提出了铝合金精抛组合物，包括硅溶胶和抗结晶剂，其中，所述抗结晶剂包括玫红三羧酸盐。
根据本发明的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：本发明方案通过添加特定的抗结晶剂至精抛组合物中，从而防止精抛组合物制备成精抛液时，硅溶胶易结晶；在使用硅溶胶类精抛液对铝合金精抛时，铝离子不可避免地溶解于精抛液中。当精抛液中铝离子积累到一定浓度，且精抛液呈静态地暴露于空气中时，其组分中的硅溶胶容易结晶成固态。玫红三羧酸盐能与铝离子结合生成相应的絮状沉淀，通过降低精抛液中的铝离子浓度，从而能防止硅溶胶结晶。采用玫红三羧酸盐作为抗结晶剂，其加入过程不会增大弱碱性的精抛液对铝合金的化学腐蚀，从而破坏精抛液化学腐蚀与机械去除作用的平衡。其他有机膦类铝离子絮凝沉淀剂，虽然也有抗结晶的作用，但其会增大精抛液的化学腐蚀，因而造成精抛后铝合金表面光泽度的下降。
在本发明的一些实施方式中，所述玫红三羧酸盐包括玫红三羧酸铵、玫红三羧酸钠、玫红三羧酸钾中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述硅溶胶选用碱性钠型硅溶胶，其中二氧化硅含量为40-41％，pH值介于9.0-10.0，平均粒径介于41-100nm。
在本发明的一些实施方式中，所述组合物还包括表面活性剂。
在本发明的一些实施方式中，所述表面活性剂包括含有中短碳链(C6-C10)和烯基的双羧酸盐类表面活性剂。中短碳链使得表面活性剂在保持表面活性的同时，具有低泡的作用。而烯基与双羧酸基团的引进能显著降低表面活性剂的润滑性能。从而使得精抛组合物维持较强的切削力同时，后续只需简单用清水进行清洗，即可完全去除表面的精抛组合物残留。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述表面活性剂包括辛烯基琥珀酸盐。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述辛烯基琥珀酸盐通过如下步骤制备得到：辛烯基琥珀酸酐经碱中和，得到。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述辛烯基琥珀酸盐包括辛烯基琥珀酸钠。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述辛烯基琥珀酸钠为辛烯基琥珀酸酐经氢氧化钠中和后的产物。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述铝合金精抛组合物还包括保水剂。保水剂的作用在于其能降低精抛组合物中的水分向空气中挥发，使精抛组合物不易在空气中丧失水分而干燥，从而有利于后端精抛组合物的清洗。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述保水剂选自淀粉系保水剂。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述保水剂包括淀粉-丙烯酸盐接枝共聚物、淀粉-丙烯腈接枝共聚物中的至少一种。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述淀粉-丙烯酸盐接枝共聚物选自淀粉-丙烯酸钠接枝共聚物。
在本发明的一些实施方式中，所述精抛组合物包括如下重量份的组分：
根据本发明的另一个方面，提出了含有上述精抛组合物的精抛液，所述精抛液还含有水。
在本发明的一些实施方式中，所述精抛液包括如下重量份的组分：
根据本发明的再一个方面，提出了上述精抛液的制备方法，包括如下步骤：
将除硅溶胶外的其他组分混合，再与硅溶胶混合，即得所述铝合金精抛液。
根据本发明的一种优选的实施方式的制备方法，至少具有以下有益效果：本发明方案的精抛组合物制备步骤简便，条件温和，无需高温或复杂设备，利于工业化大规模生产。
在本发明的一些实施方式中，所述方法还包括与硅溶胶混合后进行搅拌的步骤。
在本发明的一些实施方式中，所述搅拌时间为20～30min。
在本发明的一些实施方式中，所述搅拌在常温常压下进行。
在本发明的一些实施方式中，所述常温为10～40摄氏度。
在本发明的一些实施方式中，所述搅拌速度为40～60rpm。
根据本发明的再一个方面，提出了一种抛光方法，包括以下步骤：将上述精抛组合物制备成精抛液或将上述精抛液用于对工件进行抛光处理。
根据本发明的再一个方面，提出了一种铝合金加工工艺，所述加工工艺包括将上述精抛组合物制备成精抛液或将上述精抛液用于对铝合金进行抛光处理的步骤。
根据本发明的一种优选的实施方式的抛光方法及铝合金加工工艺，至少具有以下有益效果：采用本发明方案的精抛组合物或精抛液进行抛光，能有效防止硅溶胶结晶，可适用于自动化产线，产品良率高。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到的试剂和材料。如无特殊说明，各实施例和对比例的同一成分采购自同一厂家同一批次；相应参数如无特殊说明，则与实施例1同。
本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。实施例和对比例中的硅溶胶为市购所得，二氧化硅含量为40-41％，pH值在9～10之间，平均粒径为80nm。实施例和对比例中辛烯基琥珀酸钠为同一批次通过辛烯基琥珀酸酐经氢氧化钠按常规操作中和后的产物。
本发明的描述中，如无特殊规定，所述“约”的含义是指正负2％。
实施例1
本实施例制备了一种铝合金精抛组合物及由该精抛组合物加水后制备成的精抛液。精抛液由如下重量的组分组成：
将玫红三羧酸铵、淀粉-丙烯酸钠接枝共聚物、辛烯基琥珀酸钠与水先混合均匀，再将其缓慢地加入硅溶胶中，常温搅拌25分钟，即可得到铝合金精抛液。
将上述操作制得的精抛液可用于铝合金加工的抛光工序，取得了良好的效果。
实施例2
本实施例制备了一种铝合金精抛组合物及由该精抛组合物加水后制备成的精抛液。精抛液由如下重量的组分组成：
将玫红三羧酸铵、淀粉-丙烯腈接枝共聚物、辛烯基琥珀酸钠与水先混合均匀，再将其缓慢地加入硅溶胶中，常温搅拌25分钟，即可得到铝合金精抛液。
将上述操作制得的精抛液可用于铝合金加工的抛光工序，取得了良好的效果。
实施例3
本实施例制备了一种铝合金精抛液，由如下重量的组分组成：
将玫红三羧酸铵、辛烯基琥珀酸钠与水先混合均匀，再将其缓慢地加入硅溶胶中，常温搅拌25分钟，即可得到铝合金精抛液。
实施例4
本实施例制备了一种铝合金精抛液，由如下重量的组分组成：
将玫红三羧酸铵、淀粉-丙烯酸钠接枝共聚物与水先混合均匀，再将其缓慢地加入硅溶胶中，常温搅拌25分钟，即可得到铝合金精抛液。
实施例5
本实施例制备了一种铝合金精抛组合物及由该精抛组合物加水后制备成的精抛液。精抛液由如下重量的组分组成：
将玫红三羧酸钠、淀粉-丙烯腈接枝共聚物、辛烯基琥珀酸钠与水先混合均匀，再将其缓慢地加入硅溶胶中，常温搅拌30分钟，即可得到铝合金精抛液。
实施例6
本实施例制备了一种铝合金精抛组合物及由该精抛组合物加水后制备成的精抛液。精抛液由如下重量的组分组成：
将玫红三羧酸钠、淀粉-丙烯腈接枝共聚物、辛烯基琥珀酸钠与水先混合均匀，再将其缓慢地加入硅溶胶中，常温搅拌30分钟，即可得到铝合金精抛液。
对比例1
本对比例制备了一种铝合金精抛液，由如下重量的组分组成：
将淀粉-丙烯酸钠接枝共聚物与辛烯基琥珀酸钠与水先混合均匀，再将其缓慢地加入硅溶胶中，常温搅拌25分钟，即可得到铝合金精抛液。
试验例
取上述实施例和对比例制得的精抛液，测试其性能，具体试验方法如下：
(1)抗结晶性
将上述实施例和对比例制得的精抛液用于铝合金中框精抛(搭配海绵轮，抛光8min，抛光后工件光泽度≥900GU)(精抛过程中除精抛液不同外，其他条件均一致)，取经精抛液抛光后的铝合金中框，每隔2min观察铝合金中框表面硅溶胶是否结晶固化。如出现结晶固化，则记录相应结晶时间，最多测试30min。相关测试结果如表1所示。
(2)保水性能
取如上所制得的精抛液100g置于蒸发皿中，保持恒温25℃，静置24h后测量精抛液中挥发的水分，并计算挥发的水分占整个精抛液的百分比(挥发水分占比)。相关测试结果如表1所示。
(3)清洗性能
取经精抛液抛光后的铝合金中框，在空气中放置4h后，再放入70℃清洗中超声清洗5min，显微镜下观察铝合金表面精抛液清洗情况。相关测试结果如表1所示。
表1测试结果
实施例5和6的结果与实施例1和2相近，为避免冗余未逐一示出。通过表1中实施例1和2和对比例1可以看出，抗结晶剂的加入能显著延长精抛液的结晶时间。对比实施例1和实施例3可以看出，保水剂的加入能有效降低精抛液中水分的挥发，从而工件长时间的存放，精抛液也不会因为失水而变得干涸，从而有利于降低后端清洗的难度。对比实施例1和实施例4，辛烯基琥珀酸钠能增加精抛液的被清洗性，从而后续只需简单用清水即可清洗干净。由此可见保水剂和辛烯基琥珀酸钠均能一定程度上有效提高精抛液的被清洗性，两者在提升可清洗性上存在一定的协同作用，当两者共同添加时，可使得精抛液直接被水更彻底地清洗干净。
上述实施例和对比例中的常温为25摄氏度。
上面对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
Claims (10)
1.一种铝合金精抛组合物，其特征在于：包括硅溶胶和抗结晶剂，其中，所述抗结晶剂包括玫红三羧酸盐。
2.根据权利要求1所述的铝合金精抛组合物，其特征在于：所述玫红三羧酸盐包括玫红三羧酸铵、玫红三羧酸钠、玫红三羧酸钾中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的铝合金精抛组合物，其特征在于：所述硅溶胶选用碱性钠型硅溶胶，其中二氧化硅含量为40-41％，pH值介于9.0-10.0，平均粒径介于41-100nm。
4.根据权利要求1所述的铝合金精抛组合物，其特征在于：所述组合物还包括表面活性剂；优选地，所述表面活性剂包括含有中短碳链和烯基的双羧酸盐类表面活性剂，其中，所述中短碳链中的碳原子数为6～10个；更优选地，所述表面活性剂包括辛烯基琥珀酸盐；更优选地，所述辛烯基琥珀酸盐通过如下步骤制备得到：辛烯基琥珀酸酐经碱中和，得到；更优选地，所述辛烯基琥珀酸盐包括辛烯基琥珀酸钠。
5.根据权利要求1所述的铝合金精抛组合物，其特征在于：所述铝合金精抛组合物还包括保水剂；优选地，所述保水剂选自淀粉系保水剂；更优选地，所述保水剂包括淀粉-丙烯酸盐接枝共聚物、淀粉-丙烯腈接枝共聚物中的至少一种；更优选地，所述淀粉-丙烯酸盐接枝共聚物选自淀粉-丙烯酸钠接枝共聚物。
6.根据权利要求1所述的铝合金精抛组合物，其特征在于：所述精抛组合物包括如下重量份的组分：
7.一种含有如权利要求1至6任一项所述的精抛组合物的铝合金精抛液，其特征在于：所述精抛液还含有水；优选地，所述精抛液包括如下重量份的组分：
8.根据权利要求7所述的铝合金精抛液的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
将除硅溶胶外的其他组分混合，再与硅溶胶混合，即得所述铝合金精抛液；优选地，所述方法还包括与硅溶胶混合后进行搅拌的步骤；更优选地，所述搅拌时间为20～30min；更优选地，所述搅拌速度为40～60rpm。
9.一种抛光方法，其特征在于：包括以下步骤：将如权利要求1至6任一项所述的精抛组合物制备成铝合金精抛液或将如权利要求7所述的铝合金精抛液用于对工件进行抛光处理。
10.一种铝合金加工工艺，其特征在于：所述加工工艺包括将如权利要求1至6任一项所述的精抛组合物制备成铝合金精抛液或将如权利要求7所述的铝合金精抛液用于对工件进行抛光处理的步骤。
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