不锈钢表面化学抛光浴液及方法

本发明涉及不锈钢表面化学抛光浴液组合物。

金属表面化学抛光是一项公知技术（W.J.McG.Tegart，Polissage  electrolytique  et  chimique  des  metaux〔Electrolytic  and  chemical  polishing  of  metals〕，Dunod，1960，p.122  et  seq.）;该方法是将准备抛光的金属表面用氧化性浴液处理。对于奥氏体不锈钢而言，通常所用的浴液包含盐酸、磷酸和硝酸水溶液（US2662814）。为了提高抛光品质，通常在浴中加入适当的添加剂，如表面活性剂、粘度调节剂以及光亮剂。US3709824所描述的不锈钢表面化学抛光组合物是以下各剂混合的水溶液：盐酸、硝酸、磷酸、一种表面活性剂、作为光亮剂的磺基水杨酸。

这些已知抛光浴的明显特点是以极快速率侵蚀金属。用这种浴对不锈钢表面抛光处理一般不能超过几分钟，否则出现局部腐蚀现象。已知抛光浴的快速作用是一项缺点，因为在某些用途中是不适用的，特别是抛光处理大型容器的内壁时，如锅炉、压热釜或结晶器等等。由于将这些容器充注液体和放出液体所需的时间要比化学抛光处理的适宜时间长得多，事实上不可能使器壁得到均匀抛光，因为表面的某些部位抛光不足，而另一些部位又受到严重腐蚀。此外，由于已知化学抛光浴液的作用速率太快，使抛光作业难于控制。

Solvey  &  Cie的EP-B-19964描述了极慢速化学抛光浴液，该浴液避免了上述缺点。这些已知的浴液包括以下各物料的水溶液：盐酸、硝酸、磷酸、磺基水杨酸、氯化烷基吡啶鎓盐、甲基纤维素。这些已知的慢作用抛光浴是在至低45℃，一般为50-100℃条件下使用。

本发明的目的是提供一种不锈钢表面慢速而有效的化学抛光浴液，其工作温度低于50℃。

本发明涉及不锈钢表面化学抛光浴液，其中包括水溶液中的盐酸、硝酸和磷酸的混合物，一种取代或不取代的羟基苯甲酸，至少一种季铵盐，以及选自高氯酸和高氯酸水溶性盐的一种添加剂。

在本发明的浴液中，所述羟基苯甲酸是用作为光亮剂。它可以是未取代的，如水杨酸;或是经过取代的，如磺基水杨酸。以使用水杨酸为优选。

所述季铵盐最好选自含有至少4个碳原子的长链烷基，这个基应至少一个，并可以是取代的或未取代的。较好是该季铵盐的长链烷基至少有8个碳原子，最好是至少12个碳原子，例如十二烷基、十六烷基、十八烷基。特别推荐的季铵盐是水溶性烷基吡啶鎓盐和水溶性季铵盐，其中除含有上述定义的长链烷基外，还至少有另一个取代或未取代的烷基和（或）取代或未取代的苄基。其阴离子是囟化物离子，以氯化物离子为优选。可用于本发明的季铵盐例如有：十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基二甲基苄基氯化铵、二（十八烷基）二甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、氯化烷基吡啶鎓盐，特别优选的是氯化十六烷基吡啶鎓盐和氯化十二烷基吡啶鎓盐。这些季铵盐Henkel公司可供应，商标为Dehyquart。

在本发明的浴液中一方面应含有适当量的所述季铵盐，另方面应调节选自高氯酸及其水溶性盐的添加剂用量使之可以在要抛光的钢表面产生共吸附作用（coadsorption），同时还要避免超过它们的溶度积。一般规律是，本发明的浴液中，每升含有0.005克至1克所述季铵盐和0.001至0.5摩尔所述选自高氯酸及其水溶性盐的添加剂是适宜的。

本发明的浴液中各种成分的适宜重量含量取决于要抛光的不锈钢的品级和抛光过程条件，特别是要抛光的不锈钢制件的形状和体积、浴液的体积、浴液的温度和可能受到的搅动。因此，要按每一情况由实验室常规试验进行确定。

按本发明适用于铬和镍合金奥氏体不锈钢于20-50℃条件进行抛光的浴液举例如下，按每升水溶液浴液计：

·0.5至5摩尔盐酸，优选为1至3摩尔;

·0.005至1摩尔硝酸，优选为0.05至0.5摩尔;

·0.005至1摩尔磷酸，优选为0.05至0.5摩尔;

·0.0005至0.5摩尔选自高氯酸及其水溶性盐的添加剂，优选为0.001至0.2摩尔;

·0.001至5克取代的或未取代的羟基苯甲酸，对于未取代的情况，优选为0.005至3克;

·0.005至1克季铵盐，优选为0.02至0.2克。

在本发明的抛光浴中可任选含有或不含已知的金属化学抛光浴液中通常使用的添加剂，例如表面活性剂、醇类以及粘度调节剂。特别是可以含有一种水溶性松香酸化合物，这是含有如下式的松香酸基（枞酸基）的化合物：

或是含氢化枞酸基或脱氢枞酸基的化合物。

按本发明，所述松香酸化合物必须是水溶性的。

可用于本发明的松香酸化合物是松香胺类。

特别适用于本发明的浴液的松香胺是具如下通式的化合物

其中R₁是上述的枞酸基、氢化枞酸基或脱氢枞酸基;

X₁是含有至少一个羰基的基团;

X₂是氢原子或含有至少一个羰基的基团。

适用于本发明浴液的松香胺例如是其中X₁和X₂至少其一是按下式的化合物：

其中R₂是取代的或未取代的、饱和或不饱和的链烷或环烷基，并且含有至少一个羰基。在这些基中优选的是其中-CH₂-基是由带有至少一个氢原子的碳原子连接到该R₂基团的羰基的那些基团。这些取代的松香胺和制法见之于英国专利GB-A-734，665。可用于本发明浴液中的此类松香胺的实例是其中R₂是选自下列的那些化合物：丙酮基、2-氧代丁基、4-甲基-2-氧代-3-戊烯基、4-羟基-4-甲基-2-氧代-戊基、2-氧代环戊基、4-羟基-2-氧代-3-戊烯基、2-氧代环己基、2，5-二氧代己基、2-苯基-2-氧代乙基。

本发明的浴液适用于任何奥氏体不锈钢表面的化学抛光。特别适用于含铬16-26%、含镍6-22%（重量）的奥氏体不锈钢，例如无钼的18/8和18/10品级不锈钢（AISI  304和304L钢）。本发明的浴液的卓越特性是可以以低速率将钢材抛光，通常所需接触时间为5至12小时。它们可在20℃至沸点的任何温度使用。但是，它们在低于50℃可达到优等效果，一般可用35-45℃和常压。这使得加工简化和便利，抛光车间的环境保护也更易作到。本发明浴液的另一优点是可以将按本领域原理焊接的组装件进行抛光而得到优质抛光效果。

本发明还涉及不锈钢表面的抛光方法，该方法是将要加工的表面与按本发明的化学抛光浴液进行接触。

在实施按本发明的方法时，可以任何适当方式使金属表面与浴液接触，例如可用浸入法。要抛光的表面与浴液的接触时间必须足够，以产生足够的表面抛光效果。然而时间不可超过一个临界值，超过此值该浴液会失去其抛光性能。最适宜接触时间取决于多项参数，如钢的品级、要抛光表面的几何形状和初始粗糙度、浴液的组成、工作温度、与表面接触的浴液的搅动情况、以及要抛光的表面面积与该浴体积的关系;对每一具体情况而言，应由实验室例常试验加以确定。

本发明方法的一个优选实施方案，浴液在20-50℃使用，优选为常压、35-45℃，要抛光表面与浴液接触时间为5至12小时。

由以下的实施例举证本发明的优点。

各实例中所用的不锈钢板是无钼的18/10合金钢（铬18.0%，镍10.0%）。

各实例中，钢板浸于保持基本恒温的抛光浴中，同时有轻度搅动。到浸泡时间的末尾，将钢板从浴中取出，用去离子水冲洗，然后干燥。测定以下的参数：

·金属平均腐蚀深度，由下式定义：

Δe＝10⁴×ΔP/S×d

其中，S是板的面积（平方厘米）;

d是金属的密度（克/立方厘米）;

ΔP是金属板在浸泡中失去的重量（克）;

Δe是腐蚀深度（微米）;

·算术平均粗糙度R_a，这是相对于该板的平均表面的平均偏差（Michaael>

该测量是由一个触头来进行，上面装有5微米直径的触尖，并相当于切去值0.25毫米;

·表面光亮度。

实例1（本发明）

使用如下的抛光浴液，每升含有：

·1.5摩尔盐酸;

·0.2摩尔硝酸;

·0.2摩尔磷酸;

·0.2摩尔高氯酸;

·0.1克水杨酸;

·0.03克Dehyquart  C，这是一种以氯化十二烷基吡啶鎓盐为主成分的电解质（Dehyquart是Henkel公司的注册商标）。

所用操作条件如下：

·液浴体积  1940立方厘米;

·受到抛光处理的表面面积  87平方厘米;

·浸泡时间  12小时30分钟;

·温度  35℃

所得结果如下：

·平均侵蚀深度  约25微米;

·算术平均粗糙度：

·抛光之前  0.3±0.1微米

·抛光之后  0.12±0.02微米;

·光亮度：

·在30度角（按ASTM  E430）：40%;

·在20度角（按ASTM  D523）：25%。

实例2（本发明）

使用本发明的抛光浴液，其每升含有：

·1.5摩尔盐酸;

·0.2摩尔硝酸;

·0.2摩尔磷酸;

·0.005摩尔高氯酸;

·0.1克水杨酸;

·0.075克Dehyquart  LDB（Henkel产品），这是一种主成分为十二烷基二甲基苄基氯化铵的电解质。

所用操作条件如下：

·液浴体积  970立方厘米;

·受到抛光的表面面积  87平方厘米;

·温度  35℃;

·浸泡时间  5小时30分钟;

得到以下的结果：

·平均侵蚀深度  24微米;

·算术平均粗糙度：

·抛光之前  0.3微米

·抛光之后  0.12微米;

·光亮度：

·在20度角（按ASTM  D523）：25%;

实例3（对比例）

重复实例2，不同之处是不采用本发明的化学抛光浴液，不含高氯酸。每升浴液含有：

·1.5摩尔盐酸;

·0.2摩尔硝酸;

·0.2摩尔磷酸;

·0.1克水杨酸;

·0.075克Dehyquart  LDB（Henkel产品），这是一种主成分为十二烷基二甲基苄基氯化铵的电解质。

操作条件如下：

·液浴体积  970立方厘米;

·受到抛光的表面的面积  87平方厘米;

·温度  35℃;

·浸泡时间  6小时

得到以下的结果：

·平均侵蚀深度  25微米;

·算术平均粗糙度：

·抛光之前  0.3微米

·抛光之后  0.3微米;

·光亮度：

·在20度角（按ASTM  D523）低于1%。

实例4（对比例）

重复实例2，但不采用本发明的化学抛光浴液，不含高氯酸，也不含Dehyquart  LDB。

每升浴液含有：

·1.5摩尔盐酸;

·0.2摩尔硝酸;

·0.2摩尔磷酸;

·0.1克水杨酸;

操作条件如下：

·液浴体积  1940立方厘米;

·受到抛光表面面积  87平方厘米;

·浸泡时间  6小时30分钟;

·温度  35℃。

所得结果：

·平均侵蚀深度  25微米;

·算术平均粗糙度：

·抛光之前  0.20微米

·抛光之后  0.25微米;

·光亮度：

·在20度角（按ASTM  D523）低于1%。