不锈钢表面化学抛光液及化学抛光方法

摘要

无磷酸的不锈钢表面的化学抛光液，含有盐酸和硝酸、以及任选取代的羟基苯甲酸、阳离子表面活性剂和铁氰配合离子的混合物水溶液。

说明书

本发明是涉及不锈钢表面化学抛光液组合物.

金属表面化学抛光是一种熟知的技术(金属的电解与化学抛光，Polissage electroly-tique et chimique des metaux，W.J.Mc G.TEGART-Dunod-1960-p.122及其后面的内容)；这种技术在于用氧化性抛光液处理待抛光的金属表面。为了化学抛光不锈钢，一般使用含有盐酸、磷酸和硝酸混合物的水溶液的抛光液。为了改善抛光质量，通常是在这些抛光液中加入如表面活性剂、粘度调节剂和光亮剂之类的适当添加剂。这样，在US-A-3709824中描述了一种不锈钢表面化学抛光液组合物，这种组合物含有盐酸、硝酸和磷酸混合物、表面活性剂和作为光亮剂的磺基水杨酸的水溶液。

除了熟知的磷酸盐污染问题以外，当采用经典的物理-化学处理方法清除废抛光液时，沉淀磷酸(呈磷酸钙形式)得到很大体积的污泥。这些污泥是有毒的，清除这些污泥是很费钱的。日本专利申请(JP-A-52/72989)提出使用无磷酸的，含有盐酸、硝酸、至少一种选自于磺基水杨酸、水杨酸和硫脲中的衍生物，和阳离子表面活性剂水溶液的抛光液，可克服这种污染问题。不过，这些无磷酸抛光液的缺陷是，温度高于80℃抛光才有效，以致抛光速度很高；它们不能对不锈钢表面缓慢有效的抛光。

本发明的目的在于提出为进行不锈钢表面缓慢有效的化学抛光所设计的无磷酸的化学抛光液。

因此，本发明涉及不锈钢表面化学抛光液，这些抛光液无磷酸，含有盐酸和硝酸，任选取代的羟基苯甲酸和阳离子表面活性剂的混合物水溶液，这些抛光液的特征在于它们在水溶液中含有铁氰化物配合离子。

在本发明的抛光液中，羟基苯甲酸起光亮剂的作用。羟基苯甲酸可以未被取代，如水杨酸，或可以被取代，如5-磺基水杨酸或氨基水杨酸。水杨酸和5-磺基水杨酸是优选的。

在本发明的抛光液中，阳离子表面活性剂有利地包括季铵盐。优选地，这种季铵盐优选地选自于其中含有至少一种直链或支化的长链烷基的季铵盐。必要时，最好选择其中长链烷基含有至少8个碳原子，优选地至少10个碳原子，如月桂基、十六烷基、硬脂基的季铵盐。除了上面定义的长链烷基外，可以有至少一种其他的直链或支化的烷基，或取代或未取代的苄基。其实例是十六烷基二甲基苄基铵盐、二硬脂基二甲基铵盐、月桂基二甲基苄基铵盐和月桂基三甲基铵盐。这些特别推荐的季铵盐属于由烷基吡啶鎓，具体是十六烷基吡啶鎓和月桂基吡啶鎓水溶性盐组成的组中。优选地，含有如上述定义的长链烷基的季铵盐选自于卤化物，具体地选自于氯化物。烷基吡啶鎓氯化物是特别可取的，具体是月桂基吡啶鎓氯化物。在本发明抛光液中可使用的季铵盐是由商标为DEHYQUART(HENKEL)的商品得到的。

在本发明的抛光液中，铁氰化物配合离子是通式为〔FeIII(CN)6〕3-的配合氰化物，也称之六氰合铁(III)。它们可以任何溶解化合物的形态在含水溶液中存在，例如六氰合铁(III)酸、铵的铁氰化物和碱金属和碱土金属的铁氰化物。优选的化合物是碱金属的铁氰化物，钾的铁氰化物是特别优选的。

在本发明化学抛光液中，盐酸、硝酸和羟基苯甲酸，阳离子表面活性剂和铁氰化物配合离子的各自含量，是根据进行抛光的不锈钢品级，和抛光条件来选择的，抛光条件具体是进行抛光的钢制工件外形、它的体积、抛光液的体积、温度、以及任选地对抛光液进行的搅拌。因此，在每种特定的情况下，应该采用实验室例行程序试验加以确定。

在本发明的抛光液中，水溶液中的盐酸含量有利地是每升至少1摩尔，优选地是每升至少2摩尔，一般地不超过每升6摩尔，优选地不超过每升5摩尔。硝酸含量有利地是每升水溶液至少0.001摩尔，优选地是每升水溶液至少0.005摩尔，一般地不超过每升水溶液0.3摩尔，优选地不超过每升水溶液0.03摩尔。羟基苯甲酸含量有利地是每升水溶液至少0.1mg，优选地是每升水溶液至少1mg，一般地不超过每升水溶液15000mg，优选地不超过每升水溶液7000mg。阳离子表面活性剂含量有利地是每升水溶液至少0.1mg，优选地是每升水溶液至少1mg，一般地不超过每升水溶液1000mg，优选地不超过每升水溶液100mg。

在本发明的化学抛光液中，铁氰化物配合离子含量优选地是每升水溶液至少1×10^-7摩尔，特别优选地，铁氰化物配合离子含量是每升水溶液至少1×10^-5摩尔。更特别优选是含量为至少每升3×10^-5摩尔。优选地，铁氰化物配合离子含量不超过每升水溶液1摩尔，特别优选地，铁氰化物配合离子含量不超过每升1×10^-3摩尔。更特别优选地是含量不超过每升3×10^-4摩尔。

在时间1-24小时和温度20-80℃条件下，保证与铬和镍相关的奥氏体不锈钢表面化学抛光所非常适合的本发明抛光液是，其中水溶液每升含有：

2-5摩尔盐酸，

0.005-0.03摩尔硝酸，

1-7000mg羟基苯甲酸，

1-100mg阳离子表面活性剂，

1×10^-5至1×10^-3摩尔铁氰化物配合离子。

在本发明抛光液的具体实施方式中，抛光液在水溶液中含有能够分解亚硝酸的添加剂。这种添加剂的功能在于分解至少部分的亚硝酸，由于在抛光过程中抛光液中释放的亚铁离子氧化的结果，在钢表面抛光期间生成所述的亚硝酸。能分解亚硝酸的添加剂优选地选自于尿素及其衍生物，如硫脲和烷基脲。能分解亚硝酸的添加剂的最佳含量为每升水溶液0.01-5g。本发明这种实施方式的抛光液特别适合同抛光液接触的表面与其体积之比高于10m^-1的抛光处理。

本发明的抛光液也可以含有在金属化学抛光液中通常有的添加剂，例如除上述定义的阳离子表面活性剂之外的其他表面活性剂，醇类和粘度调节剂。

本发明的抛光液还可以含有化学抛光液中一般有的其他无机酸，例如硫酸。不过，这种抛光液基本上没有磷酸和磷酸盐离子。

本发明的抛光液适合于不锈钢表面的化学抛光，更好地适合于含16-26％(重量)铬和6-22％(重量)镍的奥氏体钢的抛光，例如18/8和18/10级号的钢。本发明的抛光液特别好地适应于含钼的奥氏体钢的抛光。有或没有钼的奥氏体钢代表性地是AISI-304、304L、316、316L、904和904L钢。本发明的抛光液具有这种钢以缓慢速度进行抛光的特点。可以在低于抛光液沸腾温度的任何温度下使用这些抛光液。不过，这些抛光液具有显著的特点是，在温度低于80℃，更优选地低于或等于70℃的标准大气压下有极好的效率，这样抛光使用方便，简化了为保证抛光车间卫生所采取的措施。本发明抛光液具有的特点是能够缓慢抛光，这就使其抛光液适宜于大型工业设备的抛光。本发明抛光液具有的另外优点是，对按照技术规定的良好质量的焊接接头进行抛光。

因此本发明还涉及不锈钢表面抛光的方法，根据这种方法，让表面与本发明的化学抛光液进行接触。

在实施本发明方法时，金属表面与抛光液接触可以任何适当的方式进行，例如浸渍。待抛光表面与抛光液接触的时间应该是足以进行有效的表面抛光。不过不能够超过抛光液失去抛光性质的临界值。最佳接触时间取决于一些参数，如钢的品级、结构和待抛光表面的起始粗糙度、抛光液的组成、工作温度、与表面接触的抛光液的搅拌状况、待抛光表面的面积与抛光液的体积之比；在每种特定的情况下，应该采用实验室常规程序进行确定。待抛光表面与抛光液的接触时间一般地是至少1小时，优选地至少2小时。一般地，接触时间不超过24小时，优选地不超过12小时。

在实施本发明方法时，抛光液的使用温度一般低于沸腾温度。优选地，使用温度低于80℃。在低于或等于70℃的温度下得到好的结果。抛光液的使用温度一般至少等于室温。优选地，这个温度至少35℃。

在本发明方法的优选实施方式中，在标准大气压、温度35-70℃下使用这种抛光液，待抛光表面与抛光液保持接触2-12小时。

本发明的优点将在下面公开的实施例说明中得到证实。

在下面描述的每个实施例中，将不锈钢板浸在抛光液里，其抛光液的温度保持基本不变，并进行适当的搅拌。在浸渍时间结束后，从抛光液取出该板，用软化水冲洗，再干燥。测定下述参数：

算术平均粗糙度Ra，它是与板的平均面积相比的平均偏差〔材料科学与工程大全，Encyclopedia of Materials Science and Engineering，

Michael B.BEVER，Vol.6,1986,Pergamon Press，p.4806-4808〕： $>1_{{}_{}^{}}$>

用最大值为直径10μm，并相应于截断值为0.25mm的测厚规进行测定；

在入射角为20度下的表面光亮度(根据ASTM D523标准)。

实施例1(根据本发明)

将AISI 316型奥氏体不锈钢板浸入本发明抛光液中，其抛光液每升含有：

·2.7摩尔盐酸，

·0.01摩尔硝酸，

·10mg水杨酸，

·2mgDEHYQUART^C产品，它含有月桂基吡啶鎓氯化物作为基本组分，

·40mgKFe₃(CN)₆。

操作条件如下：

·抛光液的体积：725cm³，

·进行抛光的板的面积：43cm²，

·抛光液的温度：50℃，

·浸渍时间：5小时30分。

得到如下结果：

·算术平均粗糙度(Ra)：

·在抛光之前：0.28μm

·在抛光之后：0.13μm，

·光亮度：25％。

实施例2(根据本发明)

将AISI 904L型奥氏体不锈钢板浸入本发明抛光液中，其抛光液每升含有：

·4摩尔盐酸，

·0.01摩尔硝酸，

·5g 5-磺基水杨酸，

·10mgDEHYQUART^C产品，它含有月桂基吡啶鎓氯化物作为基本组分，

·20mgKFe₃(CN)₆。

操作条件如下：

·抛光液的体积：1000cm³，

·进行抛光的板的面积：65cm²，

·抛光液的温度：65℃，

·浸渍时间：5小时。

得到如下结果：

·算术平均粗糙度(Ra)：

·在抛光之前：0.17μm

·在抛光之后：0.11μm，

·光亮度：15％。

实施例3(未根据本发明)

将AISI 316型奥氏体不锈钢板浸入一种抛光液中，其抛光液每升含有：

·2.7摩尔盐酸，

·0.01摩尔硝酸，

·10mg水杨酸，

·2mgDEHYQUART^C产品，它含有月桂基吡啶鎓氯化物作为基本组分，

这时使用的抛光液与实施例1的抛光液的不同之处在于没有铁氰化钾。

操作条件如下：

·抛光液的体积：725cm³，

·进行抛光的板的面积：43cm²，

·抛光液的温度：50℃，

·浸渍时间：6小时。

得到如下结果：

·算术平均粗糙度(Ra)：

·在抛光之前：0.27μm

·在抛光之后：0.31μm，

·光亮度：2％。

实施例1(根据本发明)得到的结果与实施例3(不是按照本发明)得到的结果比较体现出本发明带来的，在由抛光得到的粗糙度与光亮度方面的进步。

实施例4(根据本发明)

将三块不同级号分别为AISI 304L，AISI 316L和AISI 316Ti的奥氏体不锈钢板一起浸入本发明抛光液中，其抛光液每升含有：

·2.3摩尔盐酸，

·0.01摩尔硝酸，

·3g 5-磺基水杨酸，

·0.1gDEHYQUART^LDB产品，它含有月桂基二甲基苄基铵氯化物作为基本组分，

·100mgKFe₃(CN)₆。

操作条件如下：

·抛光液的体积：1050cm³，

·进行抛光的每块板的面积：63cm²，

·抛光液的温度：50℃，

·浸渍时间：4小时30分。  

得到如下结果：

钢           算术平均粗糙度(Ra)    光亮度

             抛光前     抛光后

AISI 304L    0.31μm    0.17μm    9％

AISI 316L    0.35μm    0.15μm    15％

AISI 316Ti   0.27μm    0.17μm    22％