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  • 蘇州不銹鋼拋光液配方分析

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  • 一.背景 化學(xué)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(yōu)點是不需要直流電源和特殊夾具,可以拋光形狀復(fù)雜的零件;生產(chǎn)效率很高。就功能性而言,化學(xué)拋光可除去不銹鋼表面的機械損傷層和應(yīng)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(yōu)良性能。近年來，不銹鋼的應(yīng)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(chǎn)品的質(zhì)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(xué)拋光和化學(xué)拋光?；瘜W(xué)拋光以優(yōu)點突出而被泛應(yīng)用：1）設(shè)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(fù)雜的制品。 不銹鋼制品因其具有衛(wèi)生、造型美觀、經(jīng)濟耐用等特點,廣泛用于食堂及賓館等餐飲業(yè)、食品及藥品加工制造業(yè)等領(lǐng)域,而且隨著生活水平的提高,近幾年也越來越受到城鎮(zhèn)居民的親睞,產(chǎn)品銷量很大。因此,不銹鋼制品拋光業(yè)迅猛發(fā)展,其拋光工藝所需的各種固體拋光劑也應(yīng)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(chǎn)兩大類,國產(chǎn)劑質(zhì)量較差,價格低,而進口劑質(zhì)量好,但價格昂貴,是國產(chǎn)劑的幾倍。因此有必要研制質(zhì)量高,生產(chǎn)成本低的不銹鋼制品固體拋光劑,滿足生產(chǎn)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(xué)拋光液 目前，適用于不銹鋼五金工具的化學(xué)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(shù)拋光液中含有硝酸，拋光時會產(chǎn)生大量的NOx 等有害氣體，從而污染環(huán)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(zhì)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(xué)拋光液的基本組分: H2SO4、HCl和HNO3。 1)質(zhì)量分數(shù)分別為 H2SO4:15%, HCl:13%,HNO3:16%,水余量,溫度 50～ 80℃,時間 3～ 20 min。 2)質(zhì)量分數(shù)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(yīng)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(chǎn)生一層 灰膜。 3)磷酸型溶液　 磷酸是多數(shù)化學(xué)拋光液的成分。 1)質(zhì)量分數(shù)分別為 H3PO4:25%, HNO3:6.5%,水余量,溫度 80～90℃,時間 3～5min。 2)質(zhì)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(dǎo)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(jīng)常和王水、氫氟酸或鹽酸混合作用才能產(chǎn)生拋光效果。 1)質(zhì)量分數(shù)分別為 CH3COOH:70%, HNO3:30%,HCl:少量,溫度 80℃。 2)質(zhì)量分數(shù)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(chǎn)效率不高。 2.1.2環(huán)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(huán)保型化學(xué)拋光液成為今后的發(fā)展方向。 環(huán)保型化學(xué)拋光液的技術(shù)要點：一是采用無毒或低毒性物質(zhì)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(yù)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(xué)拋光。試驗結(jié)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(jù)式(1)計算腐蝕度： 腐蝕度=[(拋光前樣品質(zhì)量 ? 拋光后樣品質(zhì)量)/拋光前樣品質(zhì)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(xué)拋光溶液的組成與傳統(tǒng)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(tǒng)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(guān)。助劑無黃煙鋁化學(xué)拋光工藝的溶液組成硫酸和磷酸之比正好與傳統(tǒng)配方反過來，這樣硫酸含量高了，溶液的氧化性也相應(yīng)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(fā)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(xué)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(yīng)比較劇烈，化學(xué)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(xué)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(xué)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(nèi)變動。溫度低，反應(yīng)速度慢，光亮度稍差；溫度高，反應(yīng)速度快，光亮度液提高；溫度還與拋光時間有關(guān)，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(huán)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。 組分 投料量（g/L） 聚乙二醇-4000 20~50 對羥基苯甲酸 10~30 正磷酸鈉 50~100 碳酸鉀 10~30 氯化銨 1~5 氨基磺酸 30~50 甘油 10~30 檸檬酸 60~100 苯磺酸鈉 5~10 乙二醇甲醚 10~30 十二烷基苯磺酸鈉 1~10 EDTA 1~10 硫酸銅 1~10 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(diào)節(jié)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(yīng)生成檸檬酸銨和鹽酸，能使不銹鋼表面發(fā)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(chǎn)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 組分 投料量（g/L） 檸檬酸 100~200 磷酸二氫鹽 200~300 正磷酸鈉 20~100 有機磷酸鹽 30~100 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(xué)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(xué)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 蘇州禾川化工新材料科技有限公司（簡稱：禾川技術(shù)），為企業(yè)，科研的生產(chǎn)研發(fā)提供專業(yè)化解決方案。禾川技術(shù)以蘇州大學(xué)為產(chǎn)學(xué)研基地，融合了中科院有機所、應(yīng)化所、浙江大學(xué)、南京大學(xué)、蘇州大學(xué)、華東理工大學(xué)等多家科研機構(gòu)與高校的外圍專家博士團隊，依托生物納米科技園、蘇州大學(xué)、中科院納米所強大的儀器測試平臺，憑借強大的科研實力，多年豐富的研發(fā)經(jīng)驗，共同建立化工材料分析中心，新材料研發(fā)中心。禾川技術(shù)致力于化工行業(yè)材料檢測、材料分析、配方還原、新領(lǐng)域新材料的開發(fā)；推進新項目整體研發(fā)進度，縮短研發(fā)周期，推動化工產(chǎn)業(yè)自主研發(fā)的進程。 公司：蘇州禾川化工新材料科技有限公司 地址：江蘇省蘇州市工業(yè)園區(qū)星湖街218號 聯(lián)系人：胡工 手機;18862167716 電話：051282190669 郵箱：hechuanjishu@hechuanchem.com 網(wǎng)址：http://www.hechuanchem.com
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