KR930003606B1 - 스테인레스강 표면의 화학적 연마방법과 배드 - Google Patents

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Description

스테인레스강 표면의 화학적 연마방법과 배드

본 발명은 스테인레스강 표면을 화학적으로 연마하기 위한 배드의 조성물에 관한 것이다.

금속표면의 화학적 연마는 공지 기술지 ["금속의 전기적 및 화학적 연마" W.J.Mc. G. Tegart, Dunod, 1960, P122]에 소개되어 있으며, 여기에 금속표면을 무기산을 함유하는 배드로 연마처리하는 것이 기술되어 있다. 일반적으로, 스테인레스강을 화학적으로 연마하는데, 염산, 인산과 질산수용액의 혼합물을 함유하는 배드를 사용한다(미국특허 A-2,662,814).

연마의 질을 개량하기 위하여, 통상 계면활성제, 점성조절제와 광택제와 같은 적당한 첨가제를 포함시킨다. 따라서, 미국특허 A-3,709,824에는 인산, 질산과 염산의 혼합물, 수용성 중합체에서 선택한 점성조절제, 게면활성제와 광택제인 술포살리실산의 수용액으로 된 스테인레스강 표면의 화학적 연마용 배드 조성물이 소개되어 있다. 이러한 공지의 연마 배드는 매우 효과적인 것으로 알려져 왔다. 그러나, 몇몇 유기첨가제를 함유하므로서 가격이 상승하고, 이의 사용이 복잡하고 폐액배드를 폐기시킬 때 오염의 요인이 되는 결점을 갖는다.

이들 공지의 연마배드는 매우 높은 비율로 금속을 부식시키는 특성을 가지고 있다. 통상, 이러한 배드를 사용하여 스테인레스강 표면을 연마처리하는데는 부분적 부식을 일으킬 위험이 없기 때문에 수분을 초과할 수 없다. 공지 연마배드의 이와같은 고율의 작용은 몇몇 용도, 특히 보일러, 오우토클레브 또는 결정기와 같은 대형 용기의 내면 벽을 연마하는데 사용할 수 없기 때문에 단점을 갖는다.

이러한 용기를 채우고 비우는데 필요한 시간은 최적의 화학적 연마처리 기간보다도 상당히 더 크기 때문에, 실제 벽을 균일하게 연마한다는 것은 불가능하며, 후자의 어떤 부분은 연마하는데 부적당한 반면에 다른 부분은 깊이 부식된다.

더우기, 공지화학적 연마배드의 고속작용은 연마의 조절을 어렵게 한다. 또한, 이들 공지배드는 배드의 부분 조성물에서 급속한 변화가 일어나기 때문에 배드의 재생은 어려우므로 표면연마에 사용할 수 없다. 이들은 연마될 표면이 배드를 이용할 공간에 비하여 매우 크기 때문에 예를들면, 매우 큰 교환면을 갖는 열교환기와 같은 연마장치에 부적합하다.

참고문서 FR-A-2,463,120에 염산, 질산과 일산의 혼합물과 티오우레아로 된 화학적 연마배드가 소개되어 있다. 티오우레아의 역할은 화학적 연마의 속도를 상승시키는데 있다.

본 발명의 목적은 오스테나이트 스테인레스강 표면, 특히 크롬과 니켈을 함유하는 강철 합금을 화학적 연마하기 위한 배드조성물을 공급하므로 여러가지 첨가제의 사용을 피하고 특히, 연마될 표면이 배드를 이용할 수 있는 공간에 비하여 매우 큰 경우에, 연마의 질을 우수하게 함으로써, 전술한 공지 연마배드의 결점을 제거하는데 있다.

따라서, 본 발명은 염산, 인산과 질산혼합물의 수용액으로 된 스테인레스강 표면의 화학적 연마용 배드에 관한 것이고; 본 발명에 의하여 배드는 페리시안화물 착이온과 아질산을 분해할 수 있는 첨가제의 수용액으로 이루어진다.

본 발명에 따른 배드에서 페리시안화물 착이온은 일반식[Fe^Ⅲ(CN)₆]^3-의 착시안화물이고, 또한 헥사시아노철산염(Ⅲ)이라 불리운다(화학기술 백과사전, 커크 오스머-존 윌리 앤드 썬스, 인코포레이티드, 1967, Vol. 12, 페이지 25,26,31,32).

이들은 예를들어, 헥사시아노철산염(Ⅲ), 페리시안화 암모늄과 알카리 금속 및 알칼리 토류금속 페리시안화물과 같은 용해된 화합물 형태의 수용액으로 존재한다. 바람직한 화합물은 알카리 금속 페리시안화물이고, 특히 바람직한 것은 페리시안화 칼륨이다.

아질산을 분해시킬 수 있는 첨가제의 역할은 강철 표면을 연마하는 동안 형성되는 최소한 몇몇의 아질산을 분해시키는 데 있으며, 아질산은 연마하는 동안 배드에서 유리된 제일철이온의 산화를 가져온다. 첨가제는 수성매체에서 아질산을 분해시킬 수 있는 유기물 및 무기물에서 선택하며; 이는 연마될 강철을 부식시키지 않는 물질과 아질산의 반응생성물이 연마될 강철을 부식시키지 않는 물질에서 선택한다.

바람직하기로는, 산 혼합물을 함유하는 수용액에 용해할 수 있는 물질이다. 본 발명의 배드 첨가제로서 사용할 수 있는 물질의 예를들면, 술팔산, 히드록실아민, 히드라진, 과산화수소, 아세톤, 우레아와 제1차 제2차 및 제3차 아민이 있다.

질소-함유 화합물은 본 발명의 배드 첨가제로 특히 바람직한 물질의 종류를 형성하며; 질소-함유 물질의 예를들면 우레아와 이의 유도체, 특히 티오우레아와 알킬우레아가 있다.

우레아는 본 발명에 따라 질소-함유 화합물이 바람직하다. 본 발명에 따른 화학적 연마배드에서, 인산, 염산, 질산의 비율과 페리시안화물 착이온의 비율은 그 성질과 처리될 금속의 기능 및 연마처리하는 동안의 작업온도의 작용에 따라 선택하며, 아질산을 분해시킬 수 있는 첨가제의 함량은 상기 첨가제의 성질, 염산, 인산, 질산의 대응하는 농도, 페리시안화물 착이온의 농도, 사요된 배드의 용적 연마될 금속표면의 배치와 금속의 성질과 같은 여러가지 인자에 따른다. 본 발명에 따른 연마배드에서 첨가제의 최적함량은 금속상의 배드에 의하여 부식하는 깊이에 비례하고 연마될 금속의 표면과 사용될 배드의 용적 사이의 관계에 비례한다.

일반적으로 2-24시간의 기간 이상동안, 오스테나이트 스테인레스강 표면, 예를들면 크롬 과/또는 니켈과 합금된 것을 화학적으로 연마하는데 적합한, 본 발명에 따른 배드는 다음과 같은 성분을 함유하는 것이다 :

- 리터당 0.5-10몰, 바람직하기로는 1-8몰의 염산.

- 리터당 0.01-2.5몰, 바람직하기로는 0.05-1.5몰의 인산.

- 리터당 0.001-1.5몰, 바람직하기로는 0.005-1몰의 질산.

- 리터당 0.3·10^-6-0.3·10^-2그람-이온, 바람직하기로는 0.3·10^-5-0.3·10^-3그람-이온이 페리시안화물.

- 식

로 표시되는 일정양의 첨가제(배드리터당 몰로 표시)

상기 식에서 s는 연마될 금속표면의 면적(m²으로 표시)을 나타내고; v는 사용될 배드의 용적(m³로 표시)을 나타내고; e는 연마될 금속표면상에서 배드에 의하여 부식한 평균깊이(미크론으로 표시)를 나타내며; k는 10^-8-10^-2, 바람직하기로는 10^-7-10^-3인 비례성 인자

로 표시)를 나타낸다.

특히 바람직한 배드는 수용액에서 산 혼합물의 전체 몰농도가 1-7, 바람직하기로는 2-6인 것이며, 2.5-5의 몰 농도가 사용시 가장 큰 장점을 나타낸다. 바람직한 배드는 수용액이 다음 성분으로 이루어지는 것이다.

리터당 2.5-5몰 비율의 염산, 리터당 0.1-1몰 비율의 인산, 리터당 0.01-0.5몰 비율의 질산, 리터당 0.01·10^-4내지 0.2·10^-3그람/분자비율의 시안화제이철 칼륨과 상기 식에서 k가 10^-7-10^-4인 것으로 정의되고, 리터당 몰로 표시되는 일정량의 아질산을 분해시킬 수 있는 첨가제로서 우레아.

본 발명에 따른 배드는 예를들어, 계면활성제, 부식억제제, 점성조절제와 광택제와 같은 금속을 화학적으로 연마하기 위한 공지 배드에 통상 존재하는 첨가제를 임의로 함유할 수 있다. 사용시, 배드는 착시안화물에 대하여 알킬피리디놀 클로라이드류에 속하는 계면활성제의 경우에는 1 : 3중량; 알킬페놀류에 속하는 계면활성제의 경우에는 1 : 1중량; 셀루로오즈 에테르에서 선택한 농후제의 경우에는 1 : 1몰을 각각 초과하지 않는 상대량으로 이들 첨가제를 임의로 함유할 수 있다. 배드는 실제로 알킬피리디놀 클로라이드, 알킬페놀과 셀루로오즈 에테르에서 유리된 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 연마배드의 주 장점은 여러시간 이상 전개될 수 있는 적당한 작용속도로 연마가 이루어지도록 이들 성분의 상대농도를 조절한 후, 근접이 어려운 표면이나 큰 표면을 균일하게 연마되도록 하는데 적합한데 있다. 특히, 이들은 배드를 이용할 수 있는 공간과 비교할 때 면적이 매우 큰 금속면적을 연마하는데 매우 적합하다. 예를들면 면적(m²로 표시)이 최소한 3배이고, 이와 접촉하고 있는 연마 배드의 용적(m³로 표시)이 8배 이상인 금속표면, 예를들면 매우 큰 교환 표면을 갖는 열교환기를 연마하는데 매우 적합함을 알 수 있다.

본 발명에 따른 배드의 효능은 연마될 표면적과 사용될 배드의 용적사이에서 관계식의 최대치에 의하여 한정되지 않으며, 예를들면 m^-1로 표시된 이러한 관계식의 값을 20이상의 값을 얻을 수 있다.

본 발명의 배드는 오스테나이트 스테인레스강 표면을 연마하는데 적합하다. 특히 이들은 크롬과 니켈로 합금된 오스테나이트 스테인레스강, 바람직하기로는 18/8 및 18/10 강철과 같은 12-26%의 크롬과 6-22%의 니켈을 함유하는 것을 연마하는데 매우 적합하다.

또한, 본 발명은 표면을 본 발명에 따른 화학적 연마배드와 접촉시켜서 하는 스테인레스강 표면을 연마시키는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 방법은, 미리 제조된 배드를 사용하여 이와 연마될 금속표면을 접촉시키는 것이다.

본 발명의 방법을 더 구체적으로 설명하면, 금속표면을 배드와 접촉시킨 후 질산과, 아질산을 분해시킬 수 있는 첨가제를 더 첨가시켜서 한다. 바꿔 말하면, 몇가지 첨가를 계속적으로 하거나, 질산 및 상기 첨가제를 계속 주입하면서 연마를 진행하는 것이다.

본 발명의 바람직한 방법은, 배드를 연마될 금속표면과 원 위치에서 접촉시키는 것이다. 이를 위해서는, 금속표면을 먼저 염산, 인산, 질산과 아질산을 분해시킬 수 있는 첨가제를 함유하는 수용액과 접촉시킨 다음, 페리시안화물 착이온을 용액에 첨가하고 이를 금속표면과 접촉시킨다.

본 발명에 따른 방법의 사용에 있어서는 금속표면이 산 용액에 의하여 부식하는 것을 방치한 후, 이에 페리시안화물 이온을 첨가하는 장점이 있고; 실제로 연마될 표면이 수용액과 접촉하는 시간과 페리시안화물 착이온을 상기 용액에 첨가한 시간 사이의 기간을 조절하는 것이 극히 중요하므로, 표면상에서 용액에 의한 부식을 0.1-6미크론, 바람직하기로는 0.5-4미크론의 깊이로 할 수 있다. 또한 페리시안화물 착이온을 용액에 첨가한 후, 질산 및 아질산을 분해시킬 수 있는 첨가제를 더 첨가하는 것은 전술한 바와같이 행할 수 있다.

본 발명의 방법에서, 표면의 연마를 효과적으로 하기 위하여 배드와 연마할 표면의 접착시간을 충분하게 할 필요가 있으며; 그러나, 질산 및 아질산을 분해시킬 수 있는 첨가제를 전술한 요지의 방법에 따라서 더 첨가하지 않으면, 표면상에 부분적 부식이 나타나는 위험이 있으므로 임계치를 초과할 수 없다. 연마할 표면과 배드 사이의 최적 접촉시간 또는 질산 및 아질산을 분해시킬 수 있는 첨가제를 더 첨가시키는 양은 연마할 표면의 강철 조성, 이의 배치외 최초 거칠기, 배드조성, 작업온도, 표면과 접촉할 수 있는 난류, 연마할 금속의 표면적과 사용될 배드의 용적 사이의 관계와 같은 여러가지 인자에 따르며; 이는 정기 실험실 시험에 의하여 매 경우마다 측정해야 한다.

본 발명은 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.

[실시예 1]

ASTM 316L등급 스테인레스강(크롬(16.0-18.0%), 니켈(10.0-14.0%)과 몰리브덴(2.0-3.0%)을 함유하는 강철 합금]으로 된 면적 20m²의 시이트를 다음 성분을 리터당 함유하는 1m³의 배드에서 침지시킨다 :

2.7몰의 염산, 0.3몰의 인산, 0.06몰의 질산과 30mg의 페이시안화 칼륨 배드에 시이트를 침지시킨 후 즉시, 질산수용액을 시간당 0.50몰의 질산의 속도로 계속 첨가한다.

다음 각각 4시간 및 6시간 처리한 후, 2kg의 우레아를 계속적으로 2회 첨가한다. 8시간처리 후 측정하면, 시이트상에서 배드에 의한 부식의 평균깊이는 108미크론임을 나타낸다. 이때, 시이트를 배드에서 제거하여 탈염수로 세척하고 건조시키면, 이는 부드럽고 광택이 있는 외양을 나타낸다.

[실시예 2]

ASTM 304등급 스테인레스강[크롬(18.0-20.0%)과 니켈(8.0-120%)을 함유하는 강철 합금]으로 된 면적 427cm²의 시이트를 다음 성분을 리터당 함유하는 935cm³의 배드에 55℃에 침지시킨다 : 4.5몰의 염산, 0.6몰의 인산, 0.03몰의 질산과 100mg의 페이시안화 칼륨 배드리터당 0.03g의 질산과 배드리터당 1.4g의 배드를 90분 간격으로 첨가한다. 7시간 처리후에 측면하면, 금속상에서 배드에 의한 부식의 평균깊이는 117미크론을 나타낸다. 이때, 시이트를 배드에서 꺼내어 물로 세척하고 건조한다. 이의 외양은 부드겁고 광택이 있었다.

Claims (8)

1. 수용액이 리터당 0.5-10몰의 염산, 리터당 0.01-2.5몰의 인산, 리터당 0.001-1.5몰의 질산, 리터당 0.2·10^-6내지 0.3·10^-2그람-이온 사이의 페리시안화물과, 식

   

   로 표시되는 일정량의 첨가제(배드 리터당 몰로 표시)[상기 식에서 s는 연마될 금속표면의 면적을 나타내고; v는 사용된 배드의 용적(m³로 표시)을 나타내고; e는 연마될 금속표면상에서 배드에 의한 부식한 평균깊이(미크론으로 표시)를 나타내며; k는 10^-8-10^-2인 비례성 인자

   

   로 표시)를 나타낸다]로 이루어짐을 특징으로 하는 배드.
2. 제1항에 있어서, 수용액이 리터당 1-8몰의 염산, 리터당 0.05-1.5몰의 인산, 리터당 0.005-1몰의 질산, 리터당 0.3·10^-5내지 0.3·10^-3그람-이온의 페리시안화물, k가 10^-7-10^-3인 일정량의 상기식의 첨가제(배드 리터당 몰로 표시)로 이루어짐을 특징으로 하는 배드.
3. 제2항에 있어서, 수용액이 리터당 2.5-5몰의 염산, 리터당 0.1-1몰의 인산, 리터당 0.01-0.5몰의 질산, 리터당 0.1·10^-4내지 0.2·10^-3그람-분자의 페이시안화 칼륨과, 아질산을 분해할 수 있는 첨가제로서, k가 10^-7-10^-4인 상기식으로 표시되고, 리터당 몰로 표시되는 일정량의 우레아로 이루어짐을 특징으로 하는 배드.
4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 산 혼합물 수용액의 전체 몰 농도가 2-6임을 특징으로 하는 배드.
5. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항의 배드를 사용함을 특징으로 하는 표면을 화학적 연마배드와 접촉시켜서 하는 스테인레스강 표면을 연마하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 표면을 먼저 염산, 인산, 질산과 아질산을 분해시킬 수 있는 첨가제와 접착시킨 다음, 페리시안화물 착이온을 용액에 첨가함을 특징으로 하는 연마방법.
7. 제6항에 있어서, 표면이 용액과 접촉하는 시간과 페리시안화물 착이온을 용액에 첨가하는 시간 사이의 기간을 조절하여 표면상에서 용액에 의한 부식의 깊이가 0.1-6미크론이 되도록 함을 특징으로 하는 연마방법.
8. 제5항에 있어서, 강철 표면을 배드와 접촉시키고, 보충 질산과 아질산을 분해시킬 수 있는 첨가제를 첨가함을 특징으로 하는 연마방법.