不銹鋼拋光液配方分析
發布(bu)時間:2012/7/25 17:17:02 來源(yuan)：朱工 字體: 
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關鍵詞：拋光液(ye)配方 拋光液(ye)組成 禾(he)川化(hua)工
一.背景
化學拋光是不銹鋼常用的表面處理工藝,與電拋光工藝相比,其最大的優點是不需要直流電源和特殊夾具,可以拋光形狀復雜的零件;生產效率很高。就功能性而言,化學拋光可除去不銹鋼表面的機械損傷層和應力層,得到機械清潔度的表面,這有利于防止零件的局部腐蝕,提高機械強度,延長零件使用壽命。不銹鋼具有耐腐蝕、耐磨損、易加工等優良性能。近年來，不銹鋼的應用在迅速增長,但其表面往往有一層灰色氧化膜或毛刺，從而影響產品的質量，因此對不銹鋼表面進行拋光處理，是不銹鋼制品中最為常用的處理工藝。金屬拋光處理通常分為機械拋光，電化學拋光和化學拋光。化學拋光以優點突出而被泛應用：1）設備簡單，成本低，無需電源和掛具，免除機械拋光帶來強度大的勞動；2）效率高，容易獲得光亮如鏡的表面；3）可以拋光形狀復雜的制品。
不銹鋼制品因其具有衛生、造型美觀、經濟耐用等特點,廣泛用于食堂及賓館等餐飲業、食品及藥品加工制造業等領域,而且隨著生活水平的提高,近幾年也越來越受到城鎮居民的親睞,產品銷量很大。因此,不銹鋼制品拋光業迅猛發展,其拋光工藝所需的各種固體拋光劑也應運而生,用量不斷增大。目前市面使用的不銹鋼制品固體拋光劑有進口和國產兩大類,國產劑質量較差,價格低,而進口劑質量好,但價格昂貴,是國產劑的幾倍。因此有必要研制質量高,生產成本低的不銹鋼制品固體拋光劑,滿足生產要求。
二.不銹鋼拋光液
2.1常見不銹鋼拋光液類型
2.1.1普通不銹鋼化學拋光液
目前，適用于不銹鋼五金工具的化學拋光液基本可分為王水型溶液、硫酸型溶液、磷酸型溶液、醋酸型溶液和過氧化氫型溶液等5 種類型，它們存在的主要問題是：多數拋光液中含有硝酸，拋光時會產生大量的NOx 等有害氣體，從而污染環境和危害人體健康。
1）王水型溶液
王水系由濃鹽酸和濃硝酸混合而成, 具有比濃鹽酸或濃硝酸更強的腐蝕作用。
1)HCl: 1體積,HNO3: 1體積,H2O: 1體積。
2)HCl: 4體積, HNO3: 1體積, H2O：1體積,H2SO4: 0.5%,抑制劑: 5mL,溫度 60～80℃。
3)質量濃度分別為HCl: 60～ 70g/L, HNO3: 100～200 g/L,HF: 70～90 g/L,CH3COOH: 20～25g/L, Fe(NO3)3:18～25 g/L,檸檬酸飽和溶液: 60 Ml/L,溫度 50～60℃,時間 0.5～5min。
王 水型溶液特點是HCl濃度高,對不銹鋼有很強的腐蝕性。
2)硫酸型溶液
硫酸型化學拋光液的基本組分: H2SO4、HCl和HNO3。
1)質量分數分別為 H2SO4:15%, HCl:13%,HNO3:16%,水余量,溫度 50～ 80℃,時間 3～ 20min。
2)質量分數分別為 H2SO4:40%, HCl:31%,HNO3: 0.5%,溫度 70～ 80℃,時間 2～ 5 min。
該類型溶液具有較強的鈍化能力,為了保證反 應的正常進行,必須加入其它助劑,同時零件必須在 濃鹽酸中活化,若清洗效果不好,便會很快產生一層 灰膜。
3)磷酸型溶液
磷酸是多數化學拋光液的成分。
1)質量分數分別為 H3PO4:25%, HNO3:6.5%,水余量,溫度 80～90℃,時間 3～5min。
2)質量濃度分別為 H3PO4: 25g/L, HNO3:65g/L,某酸: 40g/L,溫度80～90℃,時間3～ 5min。
磷酸型拋光溶液,易在零件表面形成粘膜,有利于金屬表面的整平和光亮。主要是HCl含量不易控制,控制不當,會導致H3PO4濃度的降低,使溶液僅起腐蝕作用,失去拋光能力。
4)醋酸型和過氧化氫型溶液
由于醋酸對不銹鋼腐蝕很微弱, 過氧化氫對不銹鋼也沒有腐蝕能力,經常和王水、氫氟酸或鹽酸混合作用才能產生拋光效果。
1)質量分數分別為 CH3COOH:70%, HNO3:30%,HCl:少量,溫度 80℃。
2)質量分數分別為H2O2:40%,HCl:20%,HF:20%,室溫。
無論是醋酸型或過氧化氫型的溶液,對零件的腐蝕速度較慢,特別是過氧化氫易分解,影響拋光效果,生產效率不高。
2.1.2環保型不銹鋼拋光液
眾所周知, 只有無氮、無磷、無氟、無鉻、無硫或無酸霧的拋光液, 才能達到無污染環保型化學拋光液成為今后的發展方向。環保型化學拋光液的技術要點：一是采用無毒或低毒性物質作為拋光液的主要成分，如草酸、雙氧水、檸檬酸等；二是盡量篩選高效的拋光液成分，減少藥品的用量。
2.2不銹鋼拋光液工藝及參考配方
2.2.1工藝流程
60～ 70℃預熱水→75～ 85℃拋光→60～ 70℃水洗→56～ 60℃水洗→冷水洗→2%氨水中和→冷水洗→30～ 40℃超聲波清洗→95%以上乙醇脫水→烘干→包裝。
2.2.2拋光性能的測試方法
將100 mL 拋光液加入150 mL 燒杯中，放入不銹鋼器具，靜置2 h 進行化學拋光。試驗結束后取出不銹鋼器具，清洗表面，自然干燥，檢測表面光潔度。進一步烘干樣品，在電子天平上稱重，根據式(1)計算腐蝕度：
腐蝕度=[(拋光前樣品質量 ? 拋光后樣品質量)/拋光前樣品質量]× 100%
2.2.3拋光效果工藝決定因素
A.硫酸與磷酸之比
添加劑在鋁化學拋光溶液的組成與傳統的配方不同，也就是說配方的硫酸含量要求比磷酸高。如傳統配方，即80-75%磷酸（體積比），硫酸20-25%，則拋光出來的光亮度不足。這可能與硫酸低，其氧化性不足有關。助劑無黃煙鋁化學拋光工藝的溶液組成硫酸和磷酸之比正好與傳統配方反過來，這樣硫酸含量高了，溶液的氧化性也相應提高，從而增加了鋁的溶解速度，可達到光亮的效果。
由于主要是濃硫酸組成，濃硫酸在空氣中是會吸潮，使溶液中水份增加，粘度降低，造成光亮度下降，因此在溶液沒有工作時間要加蓋密封，如溶液有較長一段時間擱置不用，則在使用前，需要加熱到110℃以上一段時間，把水份蒸發掉后在工作。
B.鋁離子的影響
在一般磷酸，硫酸和硝酸組成的化學拋光溶液中，新配溶液拋光出來是不光亮的，需要溶入10mg/L左右的鋁離子后，方能使鋁件光亮。這是因為硝酸是強氧化性的酸，對鋁反應比較劇烈，化學溶解速大，需要溶入一定量的鋁離子后，使溶液的粘滯度提高，才能到達光亮的要求。助劑鋁無黃煙化學拋光溶液與一般的含硝酸配方不同，由于溶液本身不含硝酸，對鋁化學侵蝕作用弱，硫酸的密度又比磷酸高，因此只要少量的鋁離子就能達到光亮要求。試驗證明，新配溶液只要有1g/L以上的鋁離子就可以達到要求。隨著拋光工作的進行，鋁離子會逐漸增多，達到一定濃度后，槽液隨著工件帶出，需要補充新的溶液。其帶出量與溶解量基本可達到平衡。
C.溫度與影響
溫度可在90度-135度范圍內變動。溫度低，反應速度慢，光亮度稍差；溫度高，反應速度快，光亮度液提高；溫度還與拋光時間有關，溫度低，拋光時間長些；反之，溫度高時，拋光時間短些。比較適宜的溫度為110±5度。
D.拋光時間的影響
溫度為110±2度條件下，用50*20*1（mm）的L-2純鋁片作實驗，1分鐘不夠光亮，最佳2-3分鐘。
2.3 環保型不銹鋼拋光液的配制
2.3.1參考配方1
將原料按照以下順序分批加入燒杯中，加入熱水，磁力攪拌，使物料溶解并混合均勻，即得到拋光液A。具體的加料順序如下：
第一步，先加入聚乙二醇-4000 ；第二步，加入甘油；第三步，加入部分水、十二烷基苯磺酸鈉、磷酸三鈉、對羥基苯甲酸，攪拌使其溶解；第四步，加入苯磺酸鈉、檸檬酸、六次甲基四胺、乙二醇甲醚、氨基磺酸及剩余的水。
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組分 |
投料量（g/L） |
|
聚乙二醇-4000 |
20~50 |
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對羥基苯甲酸 |
10~30 |
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正磷酸鈉 |
50~100 |
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碳酸鉀 |
10~30 |
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氯化銨 |
1~5 |
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氨基磺酸 |
30~50 |
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甘油 |
10~30 |
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檸檬酸 |
60~100 |
|
苯磺酸鈉 |
5~10 |
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乙二醇甲醚 |
10~30 |
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十二烷基苯磺酸鈉 |
1~10 |
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EDTA |
1~10 |
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硫酸銅 |
1~10 |
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水 |
余量 |
（此拋光液的pＨ值為4.0）
在拋光液A中，聚乙二醇-4000 是黏度調節劑和增溶劑；十二烷基苯磺酸鈉為表面活性劑，起增溶作用；磷酸三鈉能提高水的潤濕能力，去除表面污垢；對羥基苯甲酸為光亮劑；檸檬酸與氯化銨反應生成檸檬酸銨和鹽酸，能使不銹鋼表面發生選擇性溶解，形成富鉻表面層而增強耐蝕性；甘油可以防止酸霧產生，并與磷酸根離子生成配合物，起到緩蝕作用；乙二醇甲醚是滲透劑，能有效縮短拋光時間。
2.3.2參考配方2
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組分 |
投料量（g/L） |
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檸檬酸 |
100~200 |
|
磷酸二氫鹽 |
200~300 |
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正磷酸鈉 |
20~100 |
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有機磷酸鹽 |
30~100 |
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EDTA |
10~30 |
|
水 |
余量 |
注：有機磷酸鹽是、己二胺四甲叉膦酸（ HDTMPA）、羥基乙叉二膦酸（HEDP）、氨基三甲叉膦酸（ATM）、二乙烯三胺五甲叉膦酸 （DTPMP）等有機磷化合物鉀鹽或鈉鹽中的一種或多種的混合物。
三.市面常見拋光液的種類:
硅材料拋光液、藍寶石拋光液、砷化鎵拋光液、鈮酸鋰拋光液、鍺拋光液、集成電路多次銅布線拋光液、集成電路阻擋層拋光液、研磨拋光液、電解拋光液、不銹鋼電化學拋光液,不銹鋼拋光液、石材專用納米拋光液、氧化鋁拋光液、銅化學拋光液、鋁合金拋光液、鏡面拋光液、銅拋光液、玻璃研磨液、藍寶石研磨液、酸性拋光液、鋁材拋光液、金剛石拋光液、鉆石拋光液、單晶體鉆石研磨液、拋光膏
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