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苏州不锈钢抛光液配方分析
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对应法规：国标
CNAS认可项目：是 - 一.背景 化学抛光是不锈钢常用的表面处理工艺,与电抛光工艺相比,其最大的优点是不需要直流电源和特殊夹具,可以抛光形状复杂的零件;生产效率很高。就功能性而言,化学抛光可除去不锈钢表面的机械损伤层和应力层,得到机械清洁度的表面,这有利于防止零件的局部腐蚀,提高机械强度,延长零件使用寿命。 不锈钢具有耐腐蚀、耐磨损、易加工等优良性能。近年来，不锈钢的应用在迅速增长,但其表面往往有一层灰色氧化膜或毛刺，从而影响产品的质量，因此对不锈钢表面进行抛光处理，是不锈钢制品中最为常用的处理工艺。 金属抛光处理通常分为机械抛光，电化学抛光和化学抛光。化学抛光以优点突出而被泛应用：1）设备简单，成本低，无需电源和挂具，免除机械抛光带来强度大的劳动；2）效率高，容易获得光亮如镜的表面；3）可以抛光形状复杂的制品。 不锈钢制品因其具有卫生、造型美观、经济耐用等特点,广泛用于食堂及宾馆等餐饮业、食品及药品加工制造业等领域,而且随着生活水平的提高,近几年也越来越受到城镇居民的亲睐,产品销量很大。因此,不锈钢制品抛光业迅猛发展,其抛光工艺所需的各种固体抛光剂也应运而生,用量不断增大。目前市面使用的不锈钢制品固体抛光剂有进口和国产两大类,国产剂质量较差,价格低,而进口剂质量好,但价格昂贵,是国产剂的几倍。因此有必要研制质量高,生产成本低的不锈钢制品固体抛光剂,满足生产要求。 二.不锈钢抛光液 2.1常见不锈钢抛光液类型 2.1.1普通不锈钢化学抛光液 目前，适用于不锈钢五金工具的化学抛光液基本可分为王水型溶液、硫酸型溶液、磷酸型溶液、醋酸型溶液和过氧化氢型溶液等5 种类型，它们存在的主要问题是：多数抛光液中含有硝酸，抛光时会产生大量的NOx 等有害气体，从而污染环境和危害人体健康。 1）王水型溶液 王水系由浓盐酸和浓硝酸混合而成, 具有比浓盐酸或浓硝酸更强的腐蚀作用。 1)HCl: 1体积,HNO3: 1体积,H2O: 1体积。 2)HCl: 4体积, HNO3: 1体积, H2O：1体积,H2SO4: 0.5%,抑制剂: 5mL,温度 60～80℃。 3)质量浓度分别为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,柠檬酸饱和溶液: 60 Ml/L,温度 50～60℃,时间 0.5～5min。 王水型溶液特点是HCl浓度高,对不锈钢有很强的腐蚀性。 2)硫酸型溶液 硫酸型化学抛光液的基本组分: H2SO4、HCl和HNO3。 1)质量分数分别为 H2SO4:15%, HCl:13%,HNO3:16%,水余量,温度 50～ 80℃,时间 3～ 20 min。 2)质量分数分别为 H2SO4:40%, HCl:31%,HNO3: 0.5%,温度 70～ 80℃,时间 2～ 5 min。 该类型溶液具有较强的钝化能力,为了保证反 应的正常进行,必须加入其它助剂,同时零件必须在 浓盐酸中活化,若清洗效果不好,便会很快产生一层 灰膜。 3)磷酸型溶液 磷酸是多数化学抛光液的成分。 1)质量分数分别为 H3PO4:25%, HNO3:6.5%,水余量,温度 80～90℃,时间 3～5min。 2)质量浓度分别为 H3PO4: 25g/L, HNO3:65g/L,某酸: 40g/L,温度80～90℃,时间3～ 5min。 磷酸型抛光溶液,易在零件表面形成粘膜,有利于金属表面的整平和光亮。主要是HCl含量不易控制,控制不当,会导致H3PO4浓度的降低,使溶液仅起腐蚀作用,失去抛光能力。 4)醋酸型和过氧化氢型溶液 由于醋酸对不锈钢腐蚀很微弱, 过氧化氢对不锈钢也没有腐蚀能力,经常和王水、氢氟酸或盐酸混合作用才能产生抛光效果。 1)质量分数分别为 CH3COOH:70%, HNO3:30%,HCl:少量,温度 80℃。 2)质量分数分别为H2O2:40%,HCl:20%,HF:20%,室温。 无论是醋酸型或过氧化氢型的溶液,对零件的腐蚀速度较慢,特别是过氧化氢易分解,影响抛光效果,生产效率不高。 2.1.2环保型不锈钢抛光液 众所周知, 只有无氮、无磷、无氟、无铬、无硫或无酸雾的抛光液, 才能达到无污染环保型化学抛光液成为今后的发展方向。 环保型化学抛光液的技术要点：一是采用无毒或低毒性物质作为抛光液的主要成分，如草酸、双氧水、柠檬酸等；二是尽量筛选高效的抛光液成分，减少药品的用量。 2.2不锈钢抛光液工艺及参考配方 2.2.1工艺流程 60～ 70℃预热水→75～ 85℃抛光→60～ 70℃水洗→56～ 60℃水洗→冷水洗→2%氨水中和→冷水洗→30～ 40℃超声波清洗→95%以上乙醇脱水→烘干→包装。 2.2.2抛光性能的测试方法 将100 mL 抛光液加入150 mL 烧杯中，放入不锈钢器具，静置2 h 进行化学抛光。试验结束后取出不锈钢器具，清洗表面，自然干燥，检测表面光洁度。进一步烘干样品，在电子天平上称重，根据式(1)计算腐蚀度： 腐蚀度=[(抛光前样品质量 − 抛光后样品质量)/抛光前样品质量]× 100% 2.2.3抛光效果工艺决定因素 A.硫酸与磷酸之比 添加剂在铝化学抛光溶液的组成与传统的配方不同，也就是说配方的硫酸含量要求比磷酸高。如传统配方，即80-75%磷酸（体积比），硫酸20-25%，则抛光出来的光亮度不足。这可能与硫酸低，其氧化性不足有关。助剂无黄烟铝化学抛光工艺的溶液组成硫酸和磷酸之比正好与传统配方反过来，这样硫酸含量高了，溶液的氧化性也相应提高，从而增加了铝的溶解速度，可达到光亮的效果。 由于主要是浓硫酸组成，浓硫酸在空气中是会吸潮，使溶液中水份增加，粘度降低，造成光亮度下降，因此在溶液没有工作时间要加盖密封，如溶液有较长一段时间搁置不用，则在使用前，需要加热到110℃以上一段时间，把水份蒸发掉后在工作。 B.铝离子的影响 在一般磷酸，硫酸和硝酸组成的化学抛光溶液中，新配溶液抛光出来是不光亮的，需要溶入10mg/L左右的铝离子后，方能使铝件光亮。这是因为硝酸是强氧化性的酸，对铝反应比较剧烈，化学溶解速大，需要溶入一定量的铝离子后，使溶液的粘滞度提高，才能到达光亮的要求。助剂铝无黄烟化学抛光溶液与一般的含硝酸配方不同，由于溶液本身不含硝酸，对铝化学侵蚀作用弱，硫酸的密度又比磷酸高，因此只要少量的铝离子就能达到光亮要求。试验证明，新配溶液只要有1g/L以上的铝离子就可以达到要求。随着抛光工作的进行，铝离子会逐渐增多，达到一定浓度后，槽液随着工件带出，需要补充新的溶液。其带出量与溶解量基本可达到平衡。 C.温度与影响 温度可在90度-135度范围内变动。温度低，反应速度慢，光亮度稍差；温度高，反应速度快，光亮度液提高；温度还与抛光时间有关，温度低，抛光时间长些；反之，温度高时，抛光时间短些。比较适宜的温度为110±5度。 D.抛光时间的影响 温度为110±2度条件下，用50*20*1（mm）的L-2纯铝片作实验，1分钟不够光亮，最佳2-3分钟。 2.3 环保型不锈钢抛光液的配制 2.3.1参考配方1 将原料按照以下顺序分批加入烧杯中，加入热水，磁力搅拌，使物料溶解并混合均匀，即得到抛光液A。具体的加料顺序如下： 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、十二烷基苯磺酸钠、磷酸三钠、对羟基苯甲酸，搅拌使其溶解；第四步，加入苯磺酸钠、柠檬酸、六次甲基四胺、乙二醇甲醚、氨基磺酸及剩余的水。 组分 投料量（g/L） 聚乙二醇-4000 20~50 对羟基苯甲酸 10~30 正磷酸钠 50~100 碳酸钾 10~30 氯化铵 1~5 氨基磺酸 30~50 甘油 10~30 柠檬酸 60~100 苯磺酸钠 5~10 乙二醇甲醚 10~30 十二烷基苯磺酸钠 1~10 EDTA 1~10 硫酸铜 1~10 水 余量 （此抛光液的pＨ值为4.0） 在抛光液A中，聚乙二醇-4000 是黏度调节剂和增溶剂；十二烷基苯磺酸钠为表面活性剂，起增溶作用；磷酸三钠能提高水的润湿能力，去除表面污垢；对羟基苯甲酸为光亮剂；柠檬酸与氯化铵反应生成柠檬酸铵和盐酸，能使不锈钢表面发生选择性溶解，形成富铬表面层而增强耐蚀性；甘油可以防止酸雾产生，并与磷酸根离子生成配合物，起到缓蚀作用；乙二醇甲醚是渗透剂，能有效缩短抛光时间。 2.3.2参考配方2 组分 投料量（g/L） 柠檬酸 100~200 磷酸二氢盐 200~300 正磷酸钠 20~100 有机磷酸盐 30~100 EDTA 10~30 水 余量 注：有机磷酸盐是、己二胺四甲叉膦酸（ HDTMPA）、羟基乙叉二膦酸（HEDP）、氨基三甲叉膦酸（ATM）、二乙烯三胺五甲叉膦酸 （DTPMP）等有机磷化合物钾盐或钠盐中的一种或多种的混合物。 三.市面常见抛光液的种类: 硅材料抛光液、蓝宝石抛光液、砷化镓抛光液、铌酸锂抛光液、锗抛光液、集成电路多次铜布线抛光液、集成电路阻挡层抛光液、研磨抛光液、电解抛光液、不锈钢电化学抛光液,不锈钢抛光液、石材专用纳米抛光液、氧化铝抛光液、铜化学抛光液、铝合金抛光液、镜面抛光液、铜抛光液、玻璃研磨液、蓝宝石研磨液、酸性抛光液、铝材抛光液、金刚石抛光液、钻石抛光液、单晶体钻石研磨液、抛光膏 苏州禾川化工新材料科技有限公司（简称：禾川技术），为企业，科研的生产研发提供专业化解决方案。禾川技术以苏州大学为产学研基地，融合了中科院有机所、应化所、浙江大学、南京大学、苏州大学、华东理工大学等多家科研机构与高校的外围专家博士团队，依托生物纳米科技园、苏州大学、中科院纳米所强大的仪器测试平台，凭借强大的科研实力，多年丰富的研发经验，共同建立化工材料分析中心，新材料研发中心。禾川技术致力于化工行业材料检测、材料分析、配方还原、新领域新材料的开发；推进新项目整体研发进度，缩短研发周期，推动化工产业自主研发的进程。 公司：苏州禾川化工新材料科技有限公司 地址：江苏省苏州市工业园区星湖街218号 联系人：胡工 手机;18862167716 电话：051282190669 邮箱：hechuanjishu@hechuanchem.com 网址：http://www.hechuanchem.com
