FI81611B - Bad och foerfarande foer kemisk polering av en yta av rostfritt staol. - Google Patents

Description

1 81611

Kylpy ja menetelmä ruostumattoman teräksen pinnan kemialliseksi kiillottamiseksi

Keksintö koskee ruostumattomien teräspintojen ke-5 mialliseen kiillotukseen käytettyjen kylpyjen koostumusta.

Metallipintojen kemiallinen kiillotus muodostaa sinänsä hyvin tunnetun menetelmän (Polissage ölectrolytique et chimique des mötaux - W.J. Mc G. TEGART - Dunod - 1960 - sivusta 122 eteenpäin); se käsittää kiillotettavien rae-10 tallipintojen käsittelyä mineraalihappokylvyissä. Auste-niittisen ruostumattoman teräksen kiillotukseen käytetään yleensä suolahapon, fosforihapon ja typpihapon seoksen sisältävää vesipohjaista kylpyä (patenttijulkaisu US-A-2662814). Parantaakseen kiillotuksen laatua sisällytetään 15 tavallisesti kylpyihin tarkoituksenmukaisia lisäaineita, kuten pinta-aktiivisia aineita, viskositeettia säätäviä aineita ja kiillotusaineita. Täten patenttijulkaisussa US-A-370 9824 annetaan ruostumattomien teräspintojen kemiallisen kiillotuskylvyn koostumus, joka sisältää fosfo-20 rihapon, typpihapon ja suolahapon seoksen vesipohjaisessa liuoksessa, viskositeettia säätävän vesiliukoisen polymeerin, pinta-aktiivisen aineen sekä kiillotusaineena sulfo-salisyylihappoa. Tämä tunnettu kiillotuskylpy on osoittautunut erittäin tehokkaaksi. Sillä on kuitenkin se haitta-25 puoli, että se sisältää useita orgaanisia lisäaineita, jotka nostaen kustannuksia vaikeuttavat sen käyttöä, sekä muodostavat saastelähteen käytetyn kylvyn hävityksessä.

Tunnetuille kiillotuskylvyille on ominaista, että ne syövyttävät metallia erittäin nopeasti. Ruostumattoman 30 teräspinnan kiillotuskäsittely tämänkaltaisissa kylvyissä ei yleensä saa kestää muutamaa minuuttia pitempää aikaa, jottei aiheudu paikallista korroosiota. Tämä tunnettujen kiillotuskylpyjen nopea vaikutus on haitta, koska se estää niiden käyttöä eräisiin sovellutuksiin, erityisesti suur-35 ten säiliöiden, kuten höyrykattiloiden, autoklaavien tai 2 81611 kiteyttämisaltaiden, väliseinien sisäpintojen kiillotukseen. Tämänkaltaisten säiliöiden täyttöön ja tyhjennykseen tarvittava aika on yleensä huomattavasti pitempi kuin kemiallisen kiillotuksen optimaalinen aika, jolloin tulee 5 mahdottomaksi saavuttaa väliseinämän tasainen kiillotus; jotkut alueet jäävät riittämättömästi kiillotetuiksi kun toiset syöpyvät vakavasti. Tunnettujen kemiallisten kiil-lotuskylpyjen suuri reaktionopeus vaikeuttaa erityisesti kiillotuksen kontrollia. Tunnetut kylvyt ovat lisäksi käyt-10 tökelvottomia kosketuspintojen kiillotuksessa, koska kylvyn uusiminen on vaikeaa, koska tästä aiheutuu kylvyn pai-kalliskoostumukseen voimakasta vaihtelua. Niitä ei ole kehitetty laitteiden kiillotukseen, jolloin pinnan pinta-ala on erittäin suuri verrattuna kylvyn käytettävissä olevaan 15 tilavuuteen, esimerkiksi erittäin suuren vaihtopinta-alan omaavien lämmönvaihtimien tapauksessa.

Patenttijulkaisussa FR-A 2463820 esitetään kemiallisia kiillotuskylpyjä, jotka sisältävät suolahapon, typpihapon ja fosforihapon sekä tiourean seoksen. Siinä ilmoi-20 tetaan, että tiourean tarkoitus on lisätä kemiallisen kiillotuksen nopeutta.

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on luoda keino, joka estää tunnettujen kylpyjen yllämainittuja haittoja, antamalla austeniittisen ruostumattoman teräksen erityises-25 ti kromi- ja nikkeliseostetun teräksen, kemialliseen pintakiillotukseen tarkoitettujen kylpyjen koostumus, jotka eivät vaadi useiden lisäaineiden käyttöä, ja jotka aikaansaavat erinomaisen kiillotuslaadun, erityisesti tapauksissa, jolloin kiillotettavan pinnan pinta-ala on erittäin 30 suuri verrattuna kylvyn käytettävissä olevaan tilavuuteen.

Keksintö koskee täten ruostumattomien teräspintojen kemiallisia kiillotuskylpyjä, jotka sisältävät vesipohjaisen suolahapon, fosforihapon ja typpihapon seoksen; keksinnön mukaisesti kylvyt sisältävät vesiliuoksessa ferrisyani-35 dikompleksin ioneja sekä typpihapoketta hajoittavaa lisäainetta.

Il 3 81611

Keksinnön mukaisen kylvyn ferrisyanidikompleksi- III 3— ionit ovat yleiskaavan Fe (CN)g mukaisia syanidikomp-lekseja, joita myös kutsutaan heksasyanoferraateiksi (III) (Encylopedia of Chemical Technology - Kirk Othmer - John 5 Wiley & Sons, Inc. - 1967 - Voi. 12 - sivut 25, 26, 31, 32). Ne voivat esiintyä vesiliuoksessa kaikissa allamainituissa yhdistemuodoissa, kuten esimerkiksi heksasyanoferri(III) happona, ammoniumferrisyanidina sekä alkalimetallien tai maa-alkalimetallien ferrisyanideina. Edulliset yhdisteet 10 ovat alkalimetallien ferrisyanidit, kaliumferrisyanidin ollessa erityisen edullinen.

Typpihapoketta hajoittavan lisäaineen tarkoitus on hajoittaa ainakin osittain ruostumattoman teräspinnan kiillotuksen aikana muodostunutta typpihapoketta, joka muodos-15 tuu kiillotuksen aikana kylpyyn vapautuneiden rautaioninen hapetuksesta. Periaatteessa lisäaine voidaan valita kaikista typpihapoketta vesiliuoksessa hajoittavien orgaanisten tai epäorgaanisten aineiden joukosta; on sopivaa valita sellainen aine, joka ei syövytä kiillotettavaa terästä ja joi-20 den typpihapokkeen kanssa muodostuneet reaktiotuotteet eivät syövytä kiillotettavaa terästä. On edullista valita aineita, jotka ovat liukoisia happoseosta sisältävään vesi-liuokseen. Sulfamiinihappo, hydroksyyliamiini, hydratsiini, vetyperoksiidi, asetoni, urea sekä primaariamiinit, sekun-25 daariamiinit ja tertiaariamiinit ovat esimerkkejä käyttökelpoisista lisäaineista esillä olevan keksinnön mukaiseen kylpyyn. Atsoyhdisteet muodostavat erityisen edullisen aineryhmän esillä olevan keksinnön mukaisen kylvyn lisäaineeksi; esimerkkejä atsoyhdisteistä ovat urea ja ureajohdannai-30 set, erityisesti tiourea ja ureiinit.

Urea on edullisin keksinnön mukainen atsoyhdiste.

Esillä olevan keksinnön mukaisissa kemiallisissa kiillotuskylvyissä fosforihapon, suolahapon, typpihapon sekä ferrisyanidikompleksi-ionien konsentraatiot valitaan kä-35 siteltävän metallin ominaisuuden, työskentelylämpötilan sekä 81611 kiillotuskäsittelyn toivotun kestoajan mukaisesti. Typpi-hapoketta hajoittavan lisäaineen määrä on riippuvainen eri parametreistä, kuten kyseisen lisäaineen ominaisuudesta, fosforihapon, typpihapon ja suolahapon sekä ferrisya-5 nidikompleksi-ionien konsentraatioista, käytetyn kylvyn tilavuudesta, kiillotettavan metallipinnan muodosta sekä metallin ominaisuudesta. On todettu, että kaikkien muiden muuttujien pysyessä muuttumattomana, esillä olevan keksinnön mukaisen kiillotuskylvyn lisäaineen optimaalinen määrä 10 on suoraan verrannollinen kylvyn metallia syövyttävän vaikutuksen voimakkuuteen, sekä kiillotettavan metallipinnan pinta-alan ja käytetyn kylpytilavuuden suhteeseen.

Yleisellä tavalla esillä olevan keksinnön mukainen kylpy, joka on edullinen ruostumattomien austeniittisten 15 terästen, kuten kromi- ja/tai nikkeliseosteiden, 2-24 tunnin pintakiillotuskäsittelyyn, sisältää: - 0,5-10, edullisesti 1-8, mol/1 suolahappoa, - 0,01-2,5, edullisesti 0,05-1, mol/1 fosforihappoa, - 0,001-1,5, edullisesti 0,005-1, mol/1 typpihappoa, 20 - 0,3x10~6-0,3x1 O-2, edullisesti 0,3x10-5-0,3x1 O-3, mol/1 ferrisyanidia, ja - lisäainetta (mol/1 kylpyä), jonka määrä määräytyy g yhtälön k.r^.Ae mukaisesti, jossa: v 2 S = kiillotettavan metallipinnan pinta-ala (m ), 3 25 V = käytettävän kylvyn tilavuus (m ), e = kylvyn kiillotettavan metallipintaan aiheuttama keskimääräinen syövytys-syvyys (pm); k = suhteellinen tekijä -foP—‘HL joka on 10 ®-10 2, edul- _7 _3 1 lisesti 10 -10 30 Erityisen edulliset ovat kylvyt, joissa vesiliuoksen happoseoksen yleismolariteetti on 1-7, edullisesti 2-6. Erityisen edullista enimmissä käyttötarkoituksissa on molari-teetti 2,5-5. Edullisesti vesipohjainen kylpy sisältää: - suolahappoa 2,5-5 mol/1, 35 - fosforihappoa 0,1-1 mol/1, 81611 - typpihappoa 0,01-0,5 mol/1, ja -4 -3 - kaliumferrisyanidia 0,1x10 -0,2x10 mol/1, ja - ureaa typpihapoketta hajoittavana lisäaineena _7 edellämainitun kaavan mukainen määrä (mol/1), kun k = 10 -4 5 10 .

Keksinnön mukainen kylpy voi lisäksi sisältää tavallisesti sinänsä tunnetuissa metallien kemiallisissa kiil-lotuskylvyissä käytettyjä lisäaineita, kuten esimerkiksi pinta-aktiivisia aineita, korroosion estoaineita, viskosi-10 teettia säätäviä aineita, sekä kiillotusaineita. Tarvittaessa on edullista, että kylvyt sisältävät näitä lisäaineita syanidikompleksiin nähden korkeintaan seuraavia määriä: - 1:3 (p:p), alkyylipyridiiniklorideihin kuuluvien pinta-aktiivisten aineiden tapauksessa, 15 - 1:1 (p:p), alkyylifenoleihin kuuluvien pinta-ak tiivisten aineiden tapauksessa, - 1:1 (mol), selluloosa-eettereihin kuuluvien sa-keuttamisaineiden tapauksessa.

Edulliset ovat kylvyt, jotka eivät olennaisesti si-20 säilä alkyylipyridiiniklorideja, alkyylifenoleja tai sel-luloosa-eettereitä.

Esillä olevan keksinnön mukaisen kiillotuskylvyn suuri etu on sen mahdollistama jokaisen komponentin konsen-traation säädön jälkeisen kiillotuksen suoritus alennetul-25 la reaktionopeudella, jota voidaan venyttää useaksi tunniksi, jolloin mahdollistetaan suurten ja vaikeasti saavutettavien pintojen tasainen kiillotus. Ne soveltuvat erityisen hyvin metallipintojen kiillotukseen, joiden pinta-ala verrattuna käytettävissä olevaan kylvyn tilavuuteen on erit- 30 täin suuri. Esimerkkinä on mielenkiintoinen käyttösovellu- 2 tus, jossa kiillotetaan metallipinta, jonka pinta-ala (m ) on vähintään kolminkertainen, erityisen edullisesti kahdek- sankertainen, kosketuksessa olevaan kiillotuskylvyn tila-o vuuteen (mJ) nähden, kuten esimerkiksi erittäin suuren 35 vaihtopinta-alan omaavan lämmönvaihdin. Keksinnön mukaisen 6 81611 kylvyn käyttö ei rajoitu kiillotettavan pinta-alan ja käytetyn kylvyn tilavuuden suhteen maksimiarvoon, tämän suhteen (m voiden olla esimerkiksi 20 ja yli.

Keksinnön mukainen kylpy soveltuu kaikkien ruostu-5 mattomien austeniittisten teräspintojen kiillotukseen. Annetaan erityisen edullinen käyttösovellutus kromi- tai nik-keliseostuksen ruostumattomien austeniittisten teräspintojen kiillotukseen, erityisesti 12-26 % kromia ja 6-22 % nikkeliä sisältävien, kuten esimerkiksi terässeosteet 18/8 ja 10 18/10.

Keksintö koskee lisäksi myös menetelmää ruostumattomien teräspintojen kiillotukseen, jossa pinta asetetaan kosketukseen keksinnön mukaisen kemiallisen kiillotuskylvyn kanssa.

15 Keksinnön mukaisessa menetelmässä voidaan käyttää esivalmistettua kylpyä, jonka kosketukseen asetetaan sitten kiillotettava metallipinta.

Keksinnön mukaisen menetelmän erityisen käyttömuodon mukaisesti lisätään typpihappoa sekä typpihapoketta hajoit-20 tavaa ainetta metallipinnan kylpyyn asettamisen jälkeen. Vaihtoehtoisesti voidaan tehdä useita peräkkäisiä typpihapon ja yllämainitun lisäaineen lisäyksiä, tai typpihappoa ja yllämainittua lisäainetta voidaan lisätä jatkuvasti kiillotuksen etenemisen aikana.

25 Eräässä esillä olevan keksinnön mukaisessa edulli sessa käyttömuodossa kylpy valmistetaan paikan päällä kiillotettavan metallipinnan yhteydessä. Tässä metallipinta asetetaan ensin kosketukseen vesiliuoksen kanssa, joka sisältää suolahappoa, fosforihappoa, typpihappoa ja typpiha-30 poketta hajoittavaa lisäainetta, jonka jälkeen lisätään fer-risyanidikompleksit liuokseen, tämän ollessa kosketuksessa metallipinnan kanssa. Tässä esillä olevan keksinnön mukaisessa käyttömuodossa on edullista odottaa, kunnes metalli-pinta on olennaisesti syöpynyt happoliuoksen ansiosta, en-35 nenkuin ferrisyanidi-ionit lisätään; käytännössä voidaan

II

7 81611 edullisesti säätää kiillotettavan metallipinnan ja vesi-liuoksen yhdistämisen ja ferrisyanidikompleksi-ionien lisäämisen välistä aikaväliä siten, että se vastaa liuoksen aiheuttamaa 0,1-6 μνα syvää, edullisesti 0,5-4 pm syvää, 5 pintavaikutusta. Vaihtoehtoisesti voidaan ferrisyanidikompleksi-ionien lisäyksen jälkeen jatkaa lisäämällä typpihappoa sekä typpihapoketta hajoittavaa lisäainetta, kuten yllä esitettiin.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä ajan, jolloin 10 kiillotettava metallipinta on kosketuksessa kylvyn kanssa, on oltava riittävän pitkä aikaansaadakseen tehokkaan pintakiillotuksen; se ei kuitenkaan saa ylittää kriittistä arvoa, jonka yläpuolella voi muodostua pinnalle paikallista korroosiota, ellei menetelmässä käytetä jatkuvaa typpi-15 hapon ja typpihapoketta hajoittavan lisäaineen lisäystä, kuten erityisessä yllä esitetyssä käyttömuodossa. Kiillotettavan pinnan ja kylvyn optimaalinen kosketusaika tai ylimääräisen typpihapon ja typpihapoketta hajoittavan lisäaineen lisäyksen tärkeys riippuu lukuisista muuttujista, 20 kuten kiillotettavan pinnan teräskoostumuksesta, tämän muodosta ja alkuperäisestä epätasaisuudesta, kylvyn koostumuksesta, työskentelylämpötilasta, kylvyn mahdollisesta turbulenssista pinnan kohdalla, metallipinnan pinta-alan ja käytetyn kylvyn tilavuuden suhteesta; se täytyy määrit-25 tää jokaisessa erillisessä tapauksessa laboratorion rutiinityönä.

Keksintöä selvennetään seuraavilla esimerkeillä:

Esimerkki 1 ~ ~ 2

Pinta-alaltaan 20 m oleva ruostumaton ASTM-316 te-30 räspelti (terässeoste, jossa on kromia (16,0-18,0 %), nikkeliä (10,0-14,0 %) ja molybdeeniä (2,0-3,0 %)) laskettiin 3 1 m kylpyyn, joka sisälsi litrassa: 2,7 moolia suolahappoa, 0,3 moolia fosforihappoa, 35 0,06 moolia typpihappoa, 8 81611 30 mg kaliumferrisyanaattia.

Välittömästi pellin kylpyyn laskemisen jälkeen aloitettiin typpihapon jatkuva lisäys nopeudella 0,50 moolia typpihappoa/tunti. Toisaalta tehtiin kaksi perättäistä 2 5 kg:n urean lisäystä, neljän ja kuuden tunnin käsittelyn jälkeen. Kahdeksan tunnin käsittelyn jälkeen mitattiin kylvyn pellille aiheuttaman syöpymisen keskimääräiseksi syvyydeksi 108 ^im. Tällöin pelti nostettiin kylvystä, pestiin demineralisoidulla vedellä ja kuivattiin. Pelti näytti si-10 leältä ja kiiltävältä.

Esimerkki 2 2

Pinta-alaltaan 427 cm oleva ruostumaton ASTM-304L teräspelti (terässeoste, jossa on kromia (18,0-20,0 %) , nikkeliä (8,0-12,0 %)) laskettiin 55°C:ssa 935 cm3 kylpyyn, 15 joka sisälti litrassa: 4,5 moolia suolahappoa, 0,6 moolia fosforihappoa, 0,03 moolia typpihappoa, 100 mg kaliumferrisyanaattia.

20 Joka 90:s minuutti kylpyyn lisättiin 0,03 g typpi happoa ja 1,4 g ureaa litraa kylpyä kohden. Seitsemän tunnin käsittelyn jälkeen mitattiin kylvyn pellille aiheuttaman syöpymisen keskimääräiseksi syvyydeksi 117 pm. Tällöin pelti nostettiin kylvystä, pestiin ja kuivattiin. Pelti 25 näytti sileältä ja kiiltävältä.

Il

Claims (10)

1. Kylpy, joka on käyttökelpoinen ruostumattomien teräspintojen kemialliseen kiillotukseen ja joka sisältää 5 vesipohjaisena liuoksena suolahapon, fosforihapon ja typpihapon seoksen, tunnettu siitä, että vesipohjainen liuos lisäksi sisältää ferrysyanidikompleksi-ioneja ja typpihappoketta hajottavaa lisäainetta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kylpy, t u n -10 n e t t u siitä, että ferrisyanidikompleksi-ionit ovat läsnä kaliumferrlsyanidin muoda, ja että lisäaine on ure-an tai ureajohdannainen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kylpy, tunnettu siitä, että vesipohjainen liuos sisältää 15 - 0,5 - 10 mol/1 suolahappoa, - 0,01 - 2,5 mol/1 fosforihappoa, - 0,001 - 1,5 mol/1 typpihappoa, - 0,3 x 10"6 - 0,3 x 10-2 mol/1 ferrisyanidia, ja - lisäainetta (mol/1 kylpyä), jonka määrä määräy- C 20 tyy yhtälön k*^*Ae mukaisesti, jossa: v 2 S - kiillotettavan metallipinnan pinta-ala (m ), 3 V = kylvyn tilavuus (m ), Ae « kylvyn kiillotettavan metallipintaan aiheuttama keskimääräinen syöpymissyvyys (pm); 25 (mol«m) k = suhteellisuustekljä l»pm , joka on ΙΟ-8 - 10-2.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen kylpy, tunnettu siitä, että vesipohjainen liuos sisältää 30 - 1 - 8 mol/1 suolahappoa, - 0,05 - 1 mol/1 fosforihappoa, - 0,005 - 1 mol/1 typpihappoa, -5 -3 - 0,3 x 10 - 0,3 x 10 , grammaionia/1 ferrisya nidia, ja 10 81611 - lisäainetta (mol/1 kylpyä), jonka määrä määräytyy patenttivaatimuksessa 3 esitetyn yhtälön mukaisesti, -7 -3 jossa k on 10 - 10

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen kylpy, t u n -5 n e t t u siitä, että vesipohjainen liuos sisältää - 2,5 - 5 mol/1 suolahappoa, - 0,1 - 1 mol/1 fosforihappoa, - 0,01 - 0,5 mol/1 typpihappoa, -4 -3 - 0,1 x 10 - 0,2 x 10 mol/1 kaliumferrisyani- 10 dia, ja - ureaa typpihapoketta hajottavana lisäaineena patenttivaatimuksessa 3 esitetyn mukaisen määrän (mol/1), jossa yhtälössä k = 10 ^ - 10

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen kyl- 15 py, tunnettu siitä, että vesipohjaisessa liuoksessa olevan happoseoksen kokonaismolariteetti on 2 - 6.

7. Menetelmä ruostumattoman teräksen pinnan kiillottamiseksi saattamalla pinta kosketukseen kemiallisen kiilotuskylvyn kanssa, tunnettu siitä, että käy- 20 tetään jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukaista kylpyä.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pinta saatetaan ensin kosketukseen suolahappoa, fosforihappoa, typpihappoa ja typpihapoketta hajottavaa lisäainetta sisältävän vesipohjaisen 25 liuoksen kanssa, minkä jälkeen liuokseen lisätään ferri-syanidikompleksi-ioneja.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pinnan kylvyn kanssa kosketukseen saattamisen ja ferrisyanidikompleksi-ionien li- 30 säyksen välinen aikaväli säädetään siten, että se vastaa liuoksen aiheuttamaa pinnan 0,1-6 pm:n syöpymistä.

9 81611

10. Jonkin patenttivaatimuksen 7-9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että teräspinnan ollessa kosketuksessa kylvyn kanssa, kylpyyn lisätään typpi- 35 happoa ja typpihapoketta hajottavaa lisäainetta. Il 11 81611