CN102758205B - 一种铝合金抛光液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铝合金抛光液，所述抛光液按质量百分含量包括如下组分：磷酸50-80wt%；硫酸10-30wt%；甘油0.7-5wt%；缓蚀剂0.05-3wt%；表面活性剂1-12wt%。本发明提供的铝合金抛光液的腐蚀性低，抛光效果好而且不会产生有毒二氧化氮，具有很好的市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及抛光技术，尤其涉及一种铝合金抛光液及其制备方法。
背景技术
铝及铝合金产品因具有特殊的性质，应用相当广泛，在五金市场中占有极其重要的地位，铝制品在表面处理中要进行抛光，这不仅使铝制品的外观具有光亮的外表，而且均匀光滑的表面可以分散降低腐蚀介质的吸附，提高抗蚀性能。
抛光是指利用机械、化学或电化学的作用，使工件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法。目前主要的抛光技术为三酸抛光。
铝合金三酸抛光技术有下述四大缺陷限制了抛光技术的应用：
1．不能起砂、去机械纹。铝合金成型过程中，表面有许多机械纹，经三酸抛光处理后，纹路更加明显，严重影响铝合金外观质量。除了用效率较低的机械方法(如喷砂，机抛)等进行预处理外，近几十年来，没有开发出用化学方法进行去纹和起砂配套处理、然后再行抛光的成熟技术，制约了抛光技术的推广。
2．滴流时间太短、药剂消耗太大、成品率太低。抛光材的流痕问题，是困扰铝加工行业的世界难题。铝合金离开抛光液后，在空中滴流时间一般不得超过30秒，否则会出现流痕，产生废品。如此短的滴流时间，势必造成两大严重后果：其一是药剂消耗太大，竟然高达400－600kg/吨材，还要为如此高的废酸处理增加约800Kg片碱处理废水。其二是成品率太低，一般不到70%，大部分废品是由于流痕或花材造成，进一步增加了生产成本。因此，尽管抛光工艺如此简捷，但成本却是所有氧化前处理技术之最，高达6000-8000元/吨材。
3．硝酸分解太快，大量黄烟污染严重，处理成本昂贵。硝酸为强氧化剂，在高温条件下，遇到铝这种还原性很强的金属，分解速度之快令人难以想象：大量黄烟象着火一样瞬间溢出，抽风都困难，彻底吸收更难。此外，硝酸浓度的上下波动，势必造成抛光铝合金表面亮暗交替，成品率低。
4．氧化严重失光，质量大打折扣。三酸抛光，一般都能形成镜面，一经阳极氧化，光泽大打折扣。如何降低氧化失光，又是一个世界难题。在镜面抛光和阳极氧化槽之间新设保光氧化槽，对抛光材先进行保光化学氧化处理，然后再进阳极氧化槽，有效降低了亮度损失。
传统的铝合金抛光液因大都会使用硝酸，在生产时会产生大量有毒的二氧化氮（俗称黄龙），为减少二氧化氮的危害必须花大量的资金建设抽风和排气***，并且排出的二氧化氮对环境危害是巨大的。
孙洪波等人，针对传统的三酸抛光对环境和人体健康的危害，开发了以磷酸-硫酸为基础液，并加入添加剂的无烟化学抛光工艺。首先研究了不含添加剂时时各种因素对抛光质量的影响，并在此基础上选出最佳工艺参数，确定复合添加剂的质量浓度。结果表明：在H3PO4（体积分数为85％）：H2SO4（体积分数为98％）=2:1，Al3+8～10g/L，WYZ-1型复合添加剂10g/L，9-110℃，1-2min工艺条件下，可以提高抛光质量，抑制点蚀，获得较好的抛光效果，成功地解决了化学抛光中的黄烟污染问题，满足工业生产的需要。（铝合金环保型无烟化学抛光工艺的研究，孙洪波等，电镀与环保，2009.9，29（5）：20-23）
另一方面，本领域技术人员也开发了相应的二酸（磷酸-硫酸）型铝合金抛光液，但是抛光效果却都不尽人意，远远达不到硝酸型抛光液的抛光效果。
因此，如何开发一种不含有硝酸，生产中不产生二氧化氮，对环境和生产工人的危害较低的铝合金抛光液，同时的抛光效果又不亚于硝酸型抛光液的无硝酸抛光液是本领域亟待解决的一个技术问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种铝合金抛光液，所述抛光液不含硝酸成分，生产中不会有二氧化氮产生，能够将对环境和生产工人的危害降到最低的铝合金抛光液。本发明所述的铝合金抛光液能够大量运用于五金加工，例如铝制接插件、电容外壳或其他铝制五金件。
本发明通过如下技术方案实现：
一种铝合金抛光液，按质量百分含量包括如下组分：
所述各组分的质量百分含量之和为100wt％。
硝酸是强氧化剂，具有很好的抛光和表面平整的作用，如果抛光剂中没有硝酸，抛光效果会明显减弱。本发明提供的铝合金抛光液的配方中，虽然不含有硝酸，但是通过配合磷酸和硫酸的比例，以及向铝合金抛光液中添加缓蚀剂和表面活性剂，并调配其比例，获得抛光效果好，不会产生黄烟的铝合金抛光液。
磷酸（H3PO4），别名正磷酸，是一种常见的无机酸，是中强酸，由五氧化二磷溶于热水中即可得到。正磷酸工业上用硫酸处理磷灰石即得。磷酸在空气中容易潮解，加热会失水得到焦磷酸，在进一步失水得到偏磷酸，磷酸主要用于制药、食品、肥料等工业，也可用作化学试剂。纯净的磷酸是无色晶体，熔点42.3℃，属于高沸点酸，易溶于水。市售磷酸是粘稠的、不挥发的浓溶液，磷酸含量83-98%，密度为1.685g/mL。
优选地，本发明所述磷酸体积分数为80-88%，例如80.1%、80.5%、80.8%、81.6%、82.4%、83.6%、84.1%、84.6%、85.7%、86.8%、87.2%、87.7%、87.9%，优选83-86%，进一步优选85%。
硫酸，化学式为H2SO4，是一种无色无味油状液体，是一种高沸点（沸点：338℃）难挥发的强酸，易溶于水，能以任意比与水混溶。硫酸是基本化学工业中重要产品之一，他不仅作为许多化工产品的原料，而且还广泛地应用于其他的国民经济部门。硫酸浓度≥70%即称为浓硫酸，98%的浓硫酸相对密度为1.84g/mL。浓硫酸具有强烈的氧化性，常温下浓硫酸能够使铁、铝等金属发生钝化。
优选地，本发明所述硫酸为浓硫酸，所述浓硫酸体积分数为95-99%，例如95.1%、95.3%、95.8%、96.3%、96.9%、97.5%、98.0%、98.1%、98.4%、98.8%等，优选96%-99%，进一步优选98%。
在磷酸-硫酸的体系中，磷酸的浓度越大，铝合金表面的光亮性越差，而硫酸在铝合金的抛光过程中，由于其氧化-钝化作用使得铝合金的表面具有很优良的平整性和光亮性，但是硫酸的浓度过大时，反而会造成铝合金的过度腐蚀，对于抛光反而不利。具体地，如果磷酸的量小于50wt%时，硫酸的含量较大（大于30wt%），铝合金表面会发生严重的腐蚀，光亮平整性均表现较差；当磷酸含量大于80wt%时（硫酸的含量小于10wt%），磷酸含量高，硫酸的光亮作用表现不突出，导致抛光液的抛光效果不好。
甘油在本发明中起到让铝合金抛光表面更细腻，提高产品的光洁度的作用。
优选地，本发明所述缓蚀剂选自有机酸、苯并三氮唑（BTA）、硫脲、咪唑啉类缓蚀剂、醇胺磷酸酯、阿克苏-28中的任意1种或至少2种的组合，所述有机酸的实例有醋酸、草酸或琥珀酸等，所述咪唑啉类缓蚀剂的实例有2-甲基咪唑啉、2-乙基咪唑啉或2-异丙基咪唑啉等，所述醇胺磷酸酯的实例有2-羟基膦酸基乙酸、己二胺四甲叉膦酸或多氨基多醚基甲叉膦酸等，所述组合例如醋酸/2-甲基咪唑啉、2-异丙基咪唑啉/硫脲、苯并三氮唑（BTA）/阿克苏-28、琥珀酸/阿克苏-28/己二胺四甲叉膦酸等，优选阿克苏-28。
所述阿克苏-28为荷兰阿克苏-诺贝尔公司生产的一种高效缓蚀剂，其作用是防止铝合金表面过腐蚀提高光洁度。
优选地，本发明所述表面活性剂选自二苯胺磺酸钠、十二烷基苯磺酸、HF-600中的任意1种或至少2种的组合，所述组合例如二苯胺磺酸钠/十二烷基苯磺酸、十二烷基苯磺酸/HF-600/二苯胺磺酸钠等。
所述HF-600为购自深圳荣强科技有限公司的表面活性剂，其25℃左右为无色至淡黄色稠状液体；HF-600的3wt%的水溶液pH值为6.5-8.5；HLB值为12.5-14.5。HF-600的使用温度为60-100℃，具有优异的脱脂能力、去灰力能力，对润滑油凡士林（黄油）类混合油污有强清洗力、对蜡质污垢也有强清洗除蜡力，有良好的水溶性与水洗性、耐酸碱、有良好的配伍性，与常规助剂配合便成高品质脱脂剂、清洗剂。
本发明中，HF-600作为一种表面活性剂，其主要作用是去除铝合金抛光表面的灰垢，同时抑制抛光时酸雾的产生。
作为优选技术方案，本发明所述的抛光液按质量百分含量包括如下组分：
所述各组分的质量百分含量之和为100wt%。
优选地，本发明所述抛光液按质量百分含量包括如下组分：
作为可选技术方案，本发明所述抛光液按质量百分比包括如下组分：
本发明的目的之二是提供一种本发明所述的铝合金抛光液的制备方法，所述方法为在反应釜中先投入配方量的磷酸，然后再依次投入硫酸、甘油、阿克苏-28、HF-600；继续搅拌10min，包装出产品；
所述反应釜为具有搅拌装置的反应器，例如液体搅拌机。
本发明的目的之三是提供一种本发明所述的铝合金抛光液的使用方法，所述方法依次包括除油、水洗、铝合金抛光、水洗、去膜（即为去除抛光表面的黑膜）、水洗、烘干；
所述铝合金抛光步骤使用本发明提供的铝合金抛光液原液；
优选地，所述铝合金抛光步骤的温度为90-110℃，所述抛光温度典型但非限制性的实例有91℃、92℃、97℃、101℃、105℃、107℃、109℃等。抛光温度小于90℃，抛光效果不好，表面平整性和光亮性差；抛光温度大于110℃，抛光工件易发生过腐蚀，容易造成工件作废。
优选地，所述铝合金抛光步骤的时间为10-20s，所述抛光时间典型但非限制性的实例有10.1s、10.4s、10.7s、11.3s、12.2s、13.6s、14.5s、15.6s、17.1s、18.7s、19.3s、19.8s等。抛光时间小于10s，抛光效果不好，表面平整性和光亮性差；抛光时间大于20s，抛光工件易发生过腐蚀，容易造成工件作废。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明提供的铝合金抛光液不含硝酸成分，生产中不会有二氧化氮产生，对环境和生产工人的危害降到最低。
（2）本发明提供的铝合金抛光液选用磷酸和硫酸作为抛光液的主要成分，选取非常合适的比例，同时配伍相应的助剂，从而保证了铝合金抛光液的抛光效果。
（3）本发明提供的铝合金抛光液中磷酸和硫酸是抛光的主要原料，甘油是让铝合金抛光表面更细腻，提高产品的光洁度，阿克苏-28的作用是防止铝合金表面过腐蚀提高光洁度，HF-600的作用是使铝合金抛光表面的灰垢去除，并能抑制抛光时酸雾的产生。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种抛光液按质量百分含量包括如下组分：
其中，磷酸的体积分数为80%，硫酸的体积分数为95%；
制备方法为：
在液体搅拌机中先投入配方量的磷酸，然后再依次投入硫酸、甘油、硫脲、十二烷基苯磺酸；继续搅拌10min，包装出产品；
使用方法：
将铝合金工件经过除油-水洗-铝合金抛光-水洗-去膜-水洗-烘干；其中，铝合金抛光温度为90℃，抛光时间为20s。
实施例2
一种抛光液按质量百分含量包括如下组分：
其中，磷酸的体积分数为88%，硫酸的体积分数为99%；
制备方法为：
在液体搅拌机中先投入配方量的磷酸，然后再依次投入硫酸、甘油、BTA、HF-600；继续搅拌10min，包装出产品；
使用方法：
将铝合金工件经过除油-水洗-铝合金抛光-水洗-去膜-水洗-烘干；其中，铝合金抛光温度为110℃，抛光时间为10s。
实施例3
一种抛光液按质量百分含量包括如下组分：
其中，磷酸的体积分数为85%，硫酸的体积分数为98%；
制备方法为：
在液体搅拌机中先投入配方量的磷酸，然后再依次投入硫酸、甘油、阿克苏-28、二苯胺磺酸钠；继续搅拌10min，包装出产品；
使用方法：
将铝合金工件经过除油-水洗-铝合金抛光-水洗-去膜-水洗-烘干；其中，铝合金抛光温度为100℃，抛光时间为13s。
实施例4
一种抛光液按质量百分含量包括如下组分：
其中，磷酸的体积分数为83%，硫酸的体积分数为96%；
制备方法为：
在液体搅拌机中先投入配方量的磷酸，然后再依次投入硫酸、甘油、阿克苏-28、HF-600；继续搅拌10min，包装出产品；
使用方法：
将铝合金工件经过除油-水洗-铝合金抛光-水洗-去膜-水洗-烘干；其中，铝合金抛光温度为97℃，抛光时间为17s。
实施例5
一种抛光液按质量百分比包括如下组分：
其中，磷酸的体积分数为86%，硫酸的体积分数为99%；
制备方法为：
在液体搅拌机中先投入配方量的磷酸，然后再依次投入硫酸、甘油、阿克苏-28、HF-600；继续搅拌10min，包装出产品；
使用方法：
将铝合金工件经过除油-水洗-铝合金抛光-水洗-去膜-水洗-烘干；其中，铝合金抛光温度为90-110℃，抛光时间为10-20s。
对比例1
选取市售铝合金抛光液进行对比试验。
对比例2
选取市售二酸铝合金抛光液进行对比试验。
对比试验
对实施例1-5与对比例1、2进行对比试验，测试项目有：是否有黄烟产生、镜面反光率和铝合金失重率。
其中，是否有黄烟产生通过目视判断；
镜面反光率，将抛光后的铝合金片在紫外可见-红外分光光度计上测定；
铝合金失重率通过测试抛光前的工件质量（计作m0）和抛光后的工件质量（计作m1）来测定，计算公式为失重率=[（m0-m1）/m0]*100%.
表1为实施例1-5与对比例1、2的性能测试结果。
表1 实施例1-5与对比例1、2的性能测试结果
| 是否有黄烟产生 | 镜面反光率（%） | 失重率（%） | |
| 实施例1 | 无 | 63 | 25 |
| 实施例1 | 无 | 65 | 24 |
| 实施例1 | 无 | 67 | 23 |
| 实施例1 | 无 | 68 | 22 |
| 实施例1 | 无 | 70 | 20 |
| 对比例1 | 有 | 71 | 23 |
| 对比例2 | 无 | 40 | 30 |
由表1可以看出，本发明提供的铝合金抛光液的抛光效果可以与市售硝酸型抛光液（对比例1）的抛光效果媲美，但是却没有有毒的二氧化氮气体的产生。与市售的二酸型铝合金抛光液（对比例2）相比，无论是在抛光效果上，还是再铝合金的腐蚀性上，表现都非常优异，市售二酸型铝合金抛光液抛光后铝合金的失重率为30%，而本发明提供的抛光液抛光后铝合金的失重率仅为20-25%；在反光率方面，市售二酸型铝合金抛光液抛光后的铝合金反光率仅为40%，而本发明提供的抛光液抛光后铝合金的反光率高达70%。
由此可以看出，本发明提供的铝合金抛光液的腐蚀性低，抛光效果好而且不会产生有毒二氧化氮，解决了本领域的技术难题，具有很好的市场前景。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种铝合金抛光液，其特征在于，所述抛光液按质量百分含量包括如下组分：
所述磷酸体积分数为80-88％；所述硫酸为浓硫酸，所述浓硫酸体积分数为95-99％；所述缓蚀剂为阿克苏-28；所述表面活性剂为HF-600；
所述铝合金抛光液通过如下方法制备得到：
在反应釜中先投入配方量的磷酸，然后再依次投入硫酸、甘油、阿克苏-28、HF-600；继续搅拌10min，包装出产品。
2.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述磷酸体积分数为83-86％。
3.如权利要求2所述的抛光液，其特征在于，所述磷酸体积分数为85％。
4.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述浓硫酸体积分数为96％-99％。
5.如权利要求4所述的抛光液，其特征在于，所述浓硫酸体积分数为98％。
6.一种如权利要求1-5之一所述的铝合金抛光液的制备方法，其特征在于，所述方法为在反应釜中先投入配方量的磷酸，然后再依次投入硫酸、甘油、阿克苏-28、HF-600；继续搅拌10min，包装出产品；
所述反应釜为具有搅拌装置的反应器。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述反应釜为液体搅拌机。
8.一种如权利要求1-5之一所述的铝合金抛光液的使用方法，其特征在于，所述方法依次包括除油、水洗、铝合金抛光、水洗、去膜、水洗、烘干；
所述铝合金抛光步骤，为使用权利要求1-5之一所述的铝合金抛光液的原液。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述铝合金抛光步骤的温度为90-110℃。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述铝合金抛光步骤的时间为10-20s。
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