DK170861B1 - Poler-bad til kemisk polering af rustfrit stål og fremgangsmåde til sådan kemisk polering - Google Patents

Description

i DK 170861 B1

Den foreliggende opfindelse angår et poler-bad til kemisk polering af rustfrit stål og fremgangsmåde til sådan kemisk polering. Opfindelsen angår sammensætningen af bade til kemisk polering af overflader af rustfrit stål.

5

Kemisk polering af metalliske overflader udgør et velkendt teknisk område (Polissage électrolytique et chemigue des métaux - W.J. Mc G. TEGART Dunod - 1960 - p. 122 og følgende). Den består i at behandle metalliske overflader, 10 der skal poleres, med oxyderende bade. Man anvender i almindelighed til kemisk polering af austenitiske rustfrie stålarter bade omfattende en blanding i vandig opløsning af saltsyre, phosphorsyre og salpetersyre (US patentskrift nr. 2 662 814). Det er for at forbedre kvaliteten af pole-15 ringen sædvanligt at inkorporere i disse bade egnede additiver, såsom overfladeaktive midler, viskositetsreguleringsmidler og glansdannende midler. I US patentskrift nr.

3 709 824 omtales således en sammensætning af et bad til kemisk polering af overflader af rustfrit stål omfattende 20 i vandig opløsning en blanding af phosphorsyre, salpetersyre og saltsyre, en regulator for viskositeten valgt blandt vandopløselige polymere, et overfladeaktivt middel og sulfosalicylsyre som middel til fremkaldelse af glans.

25 Disse kendte poler-bade udviser den særegenhed, at de angriber metallet med meget stor hastighed. En poleringsbehandling af en overflade af rustfrit stål med sådanne bade kan i almindelighed ikke overstige et par minutter uden risiko for at fremkalde lokale korrosioner. Denne store 30 indvirkningshastighed for de kendte poler-bade er en ulempe, eftersom det gør dem uanvendelige ved visse anvendelsesområder, især til polering af den indre overflade af væggene af beholdere med store dimensioner, såsom kedler, autoklaver eller krystallisatorer. Idet den tid, der er DK 170861 B1 2 nødvendig til fyldning og til tømning af sådanne beholdere i almindelighed er meget betydeligt større end varigheden af den optimale kemiske polerings-behandling, bliver det faktisk umuligt at opnå en ensartet polering af væggen, 5 idet disse zoner af denne vil være utilstrækkeligt poleret, medens andre zoner vil være dybt korroderet. Den høje indvirkningshastighed af de kendte kemiske poler-bade gør i øvrigt reguleringen af poleringen vanskelig. Disse kendte bade er i øvrigt umulige at anvende ved poleringen af 10 overflader, hvor fornyelsen af badet ved kontakten med sådanne er vanskelig, eftersom det resulterer i voldsomme modifikationer i den lokale sammensætning af badet. De er ikke egnet til polering af apparatur, i hvilket arealet af den overflade, der skal poleres, er meget stor i forhold 15 til det rum, der er til disposition for badet, f.eks. var-meudvekslere med en meget stor udvekslings-overflade.

Man har i det europæiske patentskrift nr. 19 964 (Solvay & Cie) foreslået kemiske poler-bade med meget langsom ind-20 virkning, hvorved man undgår de ovenfor nævnte ulemper. Disse bade består af en blanding i passende mængde andele af saltsyre, phosphorsyre og salpetersyre, sulfosalicylsy-re, alkylpyridiniumchlorid og methylcellulose. De har vist sig særligt egnede til langsom polering af homogene over-25 flader af austenitisk rustfrit stål, især af typen ASTM-304L eller ASTM-316L, som er stål legeret med chrom og med nikkel.

Man har nu fundet andre sammensætninger af bade til lang-30 som kemisk polering af overflader af rustfrit stål, især af austenitisk art, som gør det muligt ikke alene at opnå en bedre polering, men også samtidigt at polere overflader af stål af forskellige typer, således som det f.eks. kan DK 170861 B1 3 foreligge ved nittede, svejsede eller sammenboltede samlinger, uden risiko for galvanisk korrosion.

Den foreliggende opfindelse angår således poler-bade til 5 kemisk polering af overflader af rustfrit stål omfattende i vandig opløsning af en blanding af saltsyre, phosphorsy-re og salpetersyre, samt af sulfosalicylsyre, hvilke bade er ejendommelige ved, at de i vandig opløsning indeholder mindst én opløselig abietylgruppeholdig forbindelse omfat-10 tende en abietylgruppe med den almene formel: ch3

I f|V

H —c -l J

20 ch3 eller en hydroabietylgruppe eller dehydroabietylgruppe.

25

Ifølge opfindelsen skal den abietylgruppeholdige forbindelse være opløselig i den vandige opløsning.

Abietaminer er abietylgruppeholdige forbindelser, der er 30 anvendelige i poler-badene ifølge opfindelsen.

DK 170861 B1 4 Særligt anbefalede abietaminer til poler-badene ifølge opfindelsen er sådanne, som har den almene formel: 5 /Xl

RiN

hvori: 10 R^ betegner en abietyl-, hydroabietyl- eller dehydroa-bietylgruppe som ovenfor defineret, X^ betegner en gruppe omfattende mindst én carbonyl-15 gruppe, og X2 betegner et hydrogenatom eller en gruppe omfattende mindst én carbonylgruppe.

20 Eksempler på sådanne abietaminer, der egner sig godt i poler-badene ifølge opfindelsen, er sådanne, i hvilket mindst én af grupperne X^ og X2 er en gruppe med den almene formel: 25 -CH2-R2 hvori R2 betegner en mættet eller umættet, eventuelt substitueret, cyclisk eller lineær alkylgruppe omfattende mindst én carbonylgruppe. Blandt disse forbindelser fore-30 trækker man sådanne, i hvilken gruppen -CH2- er bundet til en carbonylgruppe i gruppen R2 gennem et carbonatom, der er bærer af mindst én hydrogenatom. Sådanne substituerede abietaminer og midlet til opnåelse deraf, er omtalt i britisk patentskrift nr. 734 665. Eksempler på abietaminer af DK 170861 B1 5 denne type, der er anvendelige i badene ifølge opfindelsen, er sådanne i hvilke alkylgruppe R2 er valgt blandt grupperne acetonyl, 2-ketobutyl, 4-methyl-2-keto-3-pente-nyl, 4-hydroxy-4-methyl-2-ketopentyl, 2-ketocyclopentyl, 5 4-hydroxy-2-keto-3-pentenyl, 2-ketocyclohexyl, 2,5-diceto-hexyl og 2-phenyl-2-ketoethyl.

I de kemiske poler-bade ifølge opfindelsen er de respektive indhold af saltsyre, phosphorsyre og salpetersyre, af 10 sulfosalicylsyre og af en af abietylgruppeholdig forbindelse valgt som en funktion af arten af det metal, der skal behandles, af arbejdstemperaturen og af den ønskede varighed af behandlingen til polering. Bade i overensstemmelse med opfindelsen, der egner sig godt til at sikre den 15 kemiske polering af overflader af rustfrit stål legeret med chrom og/eller med nikkel indenfor en tid mellem 2 og 24 timer er sådanne, i hvilke den vandige opløsning omfatter pr. liter mellem 1 og 6 mol saltsyre, mellem 0,01 og 1 mol phosphorsyre, mellem 0,005 og, 0,5 mol salpetersyre, 20 mellem 0,05 og 20 g sulfosalicylsyre og mellem 0,001 og 3 g af den abietylgruppeholdige forbindelse. Særligt fordelagtige bade er sådanne, i hvilke den samlede molaritet af blandingen af saltsyre i phosphorsyre og salpetersyre befinder sig mellem 1 og 7, fortrinsvis 1,8-6, indholdet af 25 sulfosalicylsyre udtrykt i g/liter af den vandige opløsning befinder sig mellem 0,05 og 1,5 gange den samlede normalitet af blandingen af saltsyre, phosphorsyre og salpetersyre.

30 Ved en særlig udførelsesform for badene ifølge opfindelsen omfatter disse yderligere en alkohol, en ether eller en ether-alkohol opløst i den vandige opløsning. Den optimale mængde af den yderligere forbindelse i den vandige opløsning af badet afhænger af forskellige parametre, især af DK 170861 B1 6 den valgte abietylgruppeholdige forbindelse af koncentrationen af komponenterne i badet. I praksis egner en koncentration af denne yderligere forbindelse på mellem 0,001 og 10 g pr. liter vandig opløsning sig godt.

5

Under i øvrigt helt lige forhold gør poler-badene ifølge denne udførelsesform for opfindelsen det muligt at fremstille overfladepoleringer af den bedste kvalitet, som især er karakteriseret ved en meget høj glans.

10

Poler-badene ifølge opfindelsen kan eventuelt indeholde additiver, der sædvanligvis er til stede i badene ifølge den kendte teknik til kemisk polering af metaller, f.eks. overfladeaktive midler og midler til regulering af visko-15 siteten.

Badene som ifølge opfindelsen er særlig egnede til langsom polering af overflader af austenitiske rustfrie stålsorter omfatter pr. liter vandig opløsning i badet: 20 mellem 2 og 5 mol saltsyre, mellem 0,02 og 0,5 mol phosphorsyre, mellem 0,01 og 0,2 mol salpetersyre, mellem 0,1 og 10 g sulfosalicylsyre, mellem 0,010 og 2,5 g abietylgruppeholdig forbindelse, mellem 0,002 og 5 g alkohol, ether eller ether-alkohol, mellem 0,005 og 6 g af et overfladeagtigt middel.

En stor fordel knyttet til poler-badene ifølge opfindelsen er knyttet til deres evne til efter tilpasning af de respektive koncentrationer af komponenterne deri at gennem-25 føre poleringer med moderat indvirkningshastighed, som kan være fordelt over adskillige timer, på en sådan måde, at det muliggør ensartet polering af overflader med store di- DK 170861 B1 7 mensioner eller af overflader, der er vanskeligt tilgængelige. De er særlig godt egnede til polering af metalliske overflader, hvis areal er meget stort i sammenligning med det rum, der er til rådighed for badet. Som et eksempel 5 finder de en interessant anvendelse ved polering af metalliske overflader, hvis areal (udtrykt i m^) er på mellem 1 og 10 gange rumfanget (udtrykt i m^) af poler-badet, som befinder sig i kontakt dermed.

10 Badene ifølge opfindelsen egner sig til polering af alle overflader af austenitisk rustfrit stål. De finder en særlig fordelagtig anvendelse ved polering af austinitiske rustfrie stålsorter legeret med chrom og med nikkel, især sådanne, der indeholder mellem 12 og 26% chrom, mellem 6 15 og 30% nikkel og mellem 0 og 6% molybdæn, såsom f.eks. stålsorterne 18/8 og 18/10/2,5.

Badene ifølge opfindelsen finder for øvrigt en interessant anvendelse ved polering af samlinger en stålsorter af for-20 skellige typer, især svejsede samlinger, uden at de fremkalder lokale galvaniske korroderinger i sammenføjningerne. De gør det f.eks. muligt at polere svejsede samlinger, som kombinerer elementerne af stål legeret med chrom og med nikkel af arten 18/8 (ASTM-304 og 304L) med elementer 25 af stålsorter legeret med chrom, med nikkel og med molybdæn af arten 18/10(2,5 (ASTM 316 og 316L).

Opfindelsen angår ligeledes en fremgangsmåde til polering af overflade af rustfrit stål, ifølge hvilken man bringer 30 denne overflade i kontakt med et kemisk poler-bad ifølge opfindelsen.

Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan poler-badet anvendes ved ethvert tryk og enhver temperatur, ved hvilken DK 170861 B1 8 man ikke løber risiko for at nedbryde komponenterne deri.

Det har dog vist sig fordelagtigt at anvende badet ved atmosfæretryk, ved en temperatur højere end 25 °C og mindre end 100 °C, idet man foretrækker temperaturer mellem 50 °C 5 og 80 °C.

Kontaktdannelsen mellem den metalliske overflade og badet kan gennemføres på enhver passende måde, f.eks. ved ned-dypning. Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen bør kon-10 takttiden mellem den overflade, der skal poleres, og badet være tilstrækkelig stor til at gennemføre en effektiv polering af overfladen; den kan dog ikke overskride en kritisk værdi, ud over hvilken man risikerer, at der opstår lokale korrosioner på overfladen. Den optimale kontakttid 15 afhænger af talrige parametre, såsom det metal eller den legering, der udgør den overflade, der skal poleres, konfigurationen og den oprindelige ruhed af denne, badets sammensætning, arbejdstemperaturen, den eventuelle turbulens i badet under kontakt med overfladen, forholdet mel-20 lem arealet af den metalliske overflade, der skal poleres, og volumen af det bad, der anvendes. Den bør bestemmes i hvert enkelt tilfælde ved hjælp af rutinemæssigt laborato-riearbejde.

25 Ved en speciel udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen sætter man efter at have bragt den metalliske overflade i kontakt med badet, en kompletterende mængde salpetersyre til badet for at regenerere dette. Den kompletterende tilsætning af salpetersyre kan gennemføres på 30 kontinuerlig måde eller med intervaller. Den reguleres for at holde indholdet af salpetersyre i badet permanent inden for en ramme af værdier, som er forligelige med en optimal polering af den metalliske overflade.

DK 170861 B1 9

Den interesse, der er knyttet til opfindelsen, vil fremgå af de efterfølgende eksempler på anvendelsen.

EKSEMPEL 1 5

En plade med arealet 21,50 cm2 af rustfrit stål af typen ASTM-304L (stål legeret med chrom (18,0-20,0%) og med nikkel (0,8-12,0%)) blev neddyppet i 500 cm2 af et bad ved 55 °C indeholdende pr. liter: 10 - 3 mol saltsyre, - 0,15 mol phosphorsyre, - 0,01 salpetersyre, - 0,5 g sulfosalicylsyre, 15 - 1 g af produktet "RODINE 213®" (Amchem Products Inc. ) (blanding af substituerede abietaminer, isopropanol og overfladeaktive midler).

Pladen udviste fra begyndelsen en gennemsnitlig aritme-20 trisk ruhed Ra = 0,27 μιη.

Efter udløbet af 13 timers behandling (idet badet til stadighed blev holdt under omrøring), målte man en gennemsnitlig tykkelse af angrebet på metallet udøvet af badet 25 lig med 20 μπι. På dette tidspunkt blev pladen udtaget fra badet, vasket med vand og tørret. Den udviste et glat og skinnende udseende. Man måler dens glans (norman ASTM E430) og dens gennemsnitlige aritmetiske ruhed (Ra): 30 - glans: 22% - Ra: 0,13 μπι.

DK 170861 B1 10 EKSEMPÆL 2

Man gentog det i eksempel 1 beskrevne forsøg under følgende betingelser: 5

Plade af rustfrit stål af arten ASTM-316L (stål legeret med chrom (16,0-18,0%), med nikkel (10,0-14,0%) og med molybdæn (2,0-3,0%)).

10 Overflade af pladen: 50 cm^.

Sammensætningen af poler-badet (mængderne omregnet til 1 liter af badet): 15 - 2,7 mol saltsyre, - 0,2 mol phosphorsyre, - 0,02 mol salpetersyre, - 1 g sulfosalicylsyre, - 1 g af produktet "RODINE 213®", 20 - 2 g af produktet "TRITON N101®" (Rohm & Haas Co.) (blanding af overfladeaktive midler baseret på alkyl arylpo-lyetheralkoholer).

Badets temperatur: 65 °C.

25

Badets volumen: 1250 cm^.

Behandlingens varighed: 6 timer.

30 Pladen udviste en oprindelig ruhed Ra = 0,28 μπι.

Ved afslutningen af behandlingen målte man: DK 170861 B1 11 - en dybde af angrebet: 22 μπι, - en glans på 35%, - en ruhed Ra = 0,09 μπι.

5 EKSEMPEL 3

Man gentog det i eksempel 1 beskrevne forsøg under følgende betingelser: 10 Plade af martensitisk rustfrit stål af typen ASTM-430 (stål legeret med chrom (16,0-18,0%), hvori indholdet af nikkel og af carbon ikke overskrider henholdsvis 0,75% og 0,12%).

15 Overflade af pladen: 22,50 cm^.

Sammensætning af poler-badet (mængderne omregnet til 1 liter af badet): 20 - 2,7 mol saltsyre, - 0,2 mol phosphorsyre, - 0,02 mol salpetersyre, - 3 g sulfosalicylsyre, - 1 g af produktet "RODINE 213®" (defineret i eksempel 1), 25 - 2 g af produktet "TRITON N101®" (defineret i eksempel 2).

Temperatur af badet: 65 °C.

30 Volumen af badet: 500 cm^.

Behandlingens varighed: 10 timer.

12 DK 170861 B1

Pladen udviste en ruhed fra begyndelsen Ra = 0,70 μπι. Ved afslutningen af behandlingen målte man: - en dybde af angrebet: 25 μπι, 5 - en glans på 12%, - en ruhed Ra = 0,22 μπι.

EKSEMPEL 4 10 Man gentog det forsøg, der er beskrevet i eksempel 1, under følgende betingelser:

Samling af to rektangulære plader af rustfrit stål, sammensvej set langs med en fælles kant: 15 - 1 plade med arealet 30 cm^ af stål af typen ASTM-304L, - 1 plade med arealet 30 cm^ af stål af typen ASTM-316L.

Sammensætning af poler-badet (mængder omregnet til 1 liter 20 af badet): - 4 mol saltsyre, - 0,1 mol phosphorsyre, - 0,02 mol salpetersyre, 25 - 1 g sulfosalicylsyre, - 1 g af produktet "RODINE 213®",

O

- 1,3 cm0 af en blanding af isopropanol og n-propanol.

Temperatur af badet: 65 °C.

30

Volumen af badet: 1000 cm^.

Behandlingens varighed: 10 timer.

DK 170861 B1 13

De plader, der indgik i sammenføjningen, udviste følgende ruheder fra begyndelsen: - plade af ASTM-304L: Ra - 0,29 μπι, 5 - plade af ASTM-316L: Ra 0,28 μπι.

Det samlede system, udtaget ved afslutningen af behandlingen, udviste en glat og skinnende fremtoning uden spor af korrosion. Man målte for hver plade dybden af angrebet, 10 glansen og ruheden: - plade ASTM-304L: dybde af angrebet: 27 μπι, glans: 21%, ruhed: Ra = 0,13 μπι, 15 - plade ASTM-316L: dybde af angrebet: 22 μπι, glans: 22%, ruhed: Ra = 0,11 μπι,

Claims (10)

1. Poler-bad til kemisk polering af overflader af rustfrit 5 stål, hvilket bad består af en blanding af saltsyre, phos-phorsyre og salpetersyre samt sulfosalicylsyre i vandig opløsning, kendetegnet ved, at det i vandig opløsning indeholder mindst en opløselig abietyl-gruppeholdig forbindelse omfattende en abietylgruppe med 10 den almene formel ch3 15 H —c

20 I ch3 eller en hydroabietylgruppe eller en dehydroabietylgruppe.

2. Poler-bad ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den abietylgruppeholdige forbindelse er en substitueret abietamin med den almene formel: X, 30 / 1 RiN \ X2 DK 170861 B1 hvori: R-L betegner en abietyl-, hydroabietyl- eller dehydroa-bietylgruppe som ovenfor defineret, 5 Xj betegner en gruppe omfattende mindst én carbonyl-gruppe, og X2 betegner et hydrogenatom eller en gruppe omfattende 10 mindst én carbonylgruppe.

3. Poler-bad ifølge krav 2, kendetegnet ved, at i det mindste én af grupperne Xj og X2 er en gruppe med den almene formel -ch2-r2 hvori R2 betegner en umættet eller mættet, eventuelt substitueret, cyclisk eller lineær alkylgruppe omfattende 20 mindst én carbonylgruppe.

4. Poler-bad ifølge krav 3, kendetegnet ved, at i gruppen med den almene formel:

25 -CH2-R2 er gruppen -CH2- bundet til en carbonylgruppe i gruppen R2 gennem et carbonatom, der er bærer af mindst ét hydrogenatom. 30

5. Poler-bad ifølge krav 4, kendetegnet ved, at alkylgruppen R2 er valgt blandt grupperne aceto-nyl, 2-ketobutyl, 4-methyl-2-keto-3-pentenyl, 4-hydroxy-4-methyl-2-ketopentyl, 2-ketocyclopentyl, 4-hydroxy-2-keto- DK 170861 B1 3-pentenyl, 2-ketocyclohexyl, 2,5-dicetohexyl og 2-phenyl- 2-ketoethyl.

6. Poler-bad ifølge ethvert af kravene 1-5, kende-5 tegnet ved, at det yderligere omfatter en alkohol, en ether eller en etheralkohol opløst i den vandige opløsning.

7. Poler-bad ifølge krav 6, kendetegnet 10 ved, at det pr. liter vandig opløsning indeholder: - 2-5 mol saltsyre, - 0,02-0,5 mol phosphorsyre, - 0,01-0,5 mol salpetersyre, 15 - 0,1-10 g sulfosalicylsyre, - 0,1-2,5 g abietylgruppeholdig forbindelse, - 0,002-5 g alkohol, ether eller etheralkohol og - 0,005-6 g af et overfladeaktivt middel.

8. Fremgangsmåde til polering af en overflade af rustfrit stål, hvorved man bringer overfladen i kontakt med et kemisk poler-bad, kendetegnet ved, at man anvender et poler-bad ifølge ethvert af kravene 1-7.

9. Fremgangsmåde ifølge krav 8, kendetegnet ved, at man anvender poler-badet ved en temperatur på 40 °C.

10. Fremgangsmåde ifølge krav 8 eller 9, kende-30 tegnet ved, at man efter at have bragt overfladen af stål i kontakt med poler-badet, til dette sætter en kompletterende mængde salpetersyre.