CN103849876A - 一种化学抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种化学抛光方法，该方法先将铜或铜合金置于氧化液中进行氧化，再将氧化后的铜或氧化后的铜合金置于出光液中进行处理。与现有技术“三酸”工艺及采用过氧化氢系列抛光液相比，本发明将化学抛光过程分为两步，先在铜或铜合金的表面形成氧化层，再进行出光处理。首先，氧化液及出光液中不含硝酸，不会产生大量的黄烟污染环境，也降低了对操作人员健康的危害；其次，将抛光过程分为氧化和出光两步，氧化物更易溶解于硫酸中，同时增加了出光操作平台的时间，可避免抛光过程中发生爆沸，降低了反应的危险性；再次，氧化液中添加了醇类化合物为稳定剂，增强了过氧化物的稳定性，使氧化液使用寿命延长。

Description

一种化学抛光方法

技术领域

本发明属于金属表面处理技术领域，尤其涉及一种化学抛光方法。

背景技术

抛光是利用机械、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。

机械抛光是靠切削、材料表面塑性变形去掉被抛光后的凸部而得到平滑面的抛光方法，一般使用油石条、羊毛轮、砂纸等，以手工操作为主，特殊零件如回转体表面，可使用转台等辅助工具，表面质量要求高的可采用超精研抛的方法。

化学抛光是金属材料或制件在配比合理的腐蚀剂、氧化剂、添加剂组成的抛光液中浸蚀，发生一系列反应后，使表面变得洁净光亮的抛光方法。这是由于金属表面不均匀的膜或表面在抛光液中形成的粘稠性液膜，使金属微观表面溶解的速度不均匀，微观凸出部分的溶解速度大于凹处的溶解速度，从而降低了表面的微观粗糙度，使金属表面显得平整而光亮。

电化学抛光是以被抛工件为阳极，不溶解金属为阴极，两极同时浸入电解槽中，通以直流电而产生有选择性的阳极溶解，从而达到工件表面光亮度增大的效果。

与机械抛光和电化学抛光相比，化学抛光具有以下优点：不需要电源，可对形状复杂、材质不同的制品进行工艺处理，且特别适合几何形状复杂的小零部件，抛光均匀性好；设备及操作简单，投资少，顺应性强；可同时抛光多件工件，适合批量生产，生产效率高等。传统的化学抛光方法一般采用磷酸、硫酸、硝酸配合的“三酸”工艺，具有抛光质量好，亮度高等优点，但是由于硝酸的使用，在抛光过程中产生大量黄烟即氮氧化物，造成严重的环境污染，同时也对操作人员的健康产生危害。而过氧化氢系列化学抛光液，包括H₂O₂-H₃PO₄-HCl，H₂O₂-H₃PO₄-H₃BO₃，H₂O₂-H₂C₂O₄-添加剂，在抛光过程中易发生爆沸，存在危险性。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种化学抛光方法，该方法抛光过程中无黄烟的产生。

本发明提供了一种化学抛光方法，包括以下步骤：

A）将铜或铜合金置于氧化液中进行氧化；

所述氧化液包含过氧化物、过硫酸盐、明胶、尿素、醇类化合物与浓硫酸或浓磷酸；

B）将氧化后的铜或氧化后的铜合金置于出光液中进行处理；

所述出光液包含过氧化物、椰油酸二乙醇酰胺、苯并三氮唑类缓蚀剂、硝酸盐、水与浓硫酸或浓磷酸。

优选的，所述步骤A）还包括：

将铜或铜合金在氧化前进行洗涤。

优选的，所述步骤B）还包括：

将出光处理后的铜或铜合金置于钝化液中进行钝化处理。

优选的，所述氧化液包含：

浓硫酸或浓磷酸        10~15wt%；

过氧化物              75~80wt%；

过硫酸盐              1~5wt%；

明胶                  0.1~0.5wt%；

尿素                  1~5wt%；

醇类化合物            0.1~0.5wt%。

优选的，所述氧化液与出光液中的过氧化物各自独立的选自双氧水、过碳酸钠和过氧化碳酰胺中的一种。

优选的，所述过硫酸盐为过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸钠。

优选的，所述醇类化合物为甲醇、乙醇、乙二醇、一缩二乙二醇或二缩三乙二醇。

优选的，所述出光液包含：

浓硫酸或浓磷酸        20~30wt%；

过氧化物              5~10wt%；

椰油酸二乙醇酰胺      0.2~0.5wt%；

苯并三氮唑类缓蚀剂    0.2~0.5wt%；

硝酸盐                5~10wt%；

余量的水。

优选的，所述苯并三氮唑类缓蚀剂为苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑或巯基苯并三氮唑。

优选的，所述硝酸盐为硝酸钠或硝酸钾。

本发明提供了一种化学抛光方法，该方法先将铜或铜合金置于氧化液中进行氧化，再将氧化后的铜或氧化后的铜合金置于出光液中进行处理，其中，所述氧化液包含过氧化物、过硫酸盐、明胶、尿素、醇类化合物与浓硫酸或浓磷酸，所述出光液包含过氧化物、椰油酸二乙醇酰胺、苯并三氮唑类缓蚀剂、硝酸盐、水与浓硫酸或磷酸。与现有技术“三酸”工艺及采用过氧化氢系列抛光液相比，本发明将化学抛光过程分为两步，先在铜或铜合金的表面形成氧化层，再进行出光处理。首先，氧化液及出光液中不含硝酸，不会产生大量的黄烟污染环境，也降低了对操作人员健康的危害；其次，将抛光过程分为氧化和出光两步，氧化物更易溶解于硫酸中，同时增加了出光操作平台的时间，可避免抛光过程中发生爆沸，降低了反应的危险性；再次，氧化液中添加了醇类化合物为稳定剂，增强了过氧化物的稳定性，尿素也有协同稳定的作用，使氧化液使用寿命延长。

具体实施方式

本发明公开了一种化学抛光方法，包括以下步骤：A）将铜或铜合金置于氧化液中进行氧化；所述氧化液包含过氧化物、过硫酸盐、明胶、尿素、醇类化合物与浓硫酸或浓磷酸；B）将氧化后的铜或氧化后的铜合金置于出光液中进行处理；所述出光液包含过氧化物、椰油酸二乙醇酰胺、苯并三氮唑类缓蚀剂、硝酸盐、水与浓硫酸或浓磷酸。

其中，所述铜合金为本领域技术人员熟知的铜合金即可，并无特殊的限制。本发明中所述铜合金优选为黄铜或白铜，更优选为黄铜。

所述氧化液包含10~15wt%的浓硫酸或浓磷酸、75~80wt%的过氧化物、1~5wt%的过硫酸盐、0.1~0.5wt%的明胶、1~5wt%的尿素与0.1~0.5wt%的醇类化合物。

所述氧化液中浓硫酸或浓磷酸的质量分数优选为12~15%，所述浓硫酸及浓磷酸的浓度为本领域技术人员熟知的浓度即可，并无特殊的限制。本发明中所述浓硫酸优选为质量浓度为98%的浓硫酸，所述浓磷酸为质量浓度为85%的浓磷酸。

所述过氧化物的质量分数优选为75~78%。所述过氧化物优选为双氧水、过碳酸钠或过氧化碳酰胺。其中所述双氧水的浓度为本领域技术人员熟知的浓度即可，并无特殊的限制，本发明中所述双氧水的质量分数优选为27.5%。所述过碳酸钠为碳酸钠和过氧化氢的加成复合物，所述过氧化碳酰胺为碳酸铵与过氧化氢的复合物，两者皆可分解产生过氧化氢。

所述过硫酸盐的质量分数优选为3~5%。所述过硫酸盐优选为过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸钠，更优选为过硫酸铵或过硫酸钾。

所述浓硫酸或浓磷酸、过氧化物与过硫酸盐均具有强氧化性，三者共同作用完成氧化液的氧化作用。

所述明胶的质量分数优选为0.3~0.5%。所述浓硫酸或浓硫酸与明胶均可提高氧化液的密度和粘度，与其他氧化剂配合，形成粘附于铜或铜合金表面的泡沫液膜，从而使铜或铜合金表面形成均匀的氧化层。

所述尿素的质量分数优先为3~5%。所述尿素具有增溶作用，加入后避免了大量气泡的逸出，使氧化反应能够稳定进行。

所述醇类化合物的质量分数优选为0.3~0.5%。所述醇类化合物为甲醇、乙醇、乙二醇、一缩二乙二醇或二缩三乙二醇等系列缩合物，优选为甲醇、乙醇、乙二醇、一缩二乙二醇或二缩三乙二醇，更优选为乙二醇。醇类化合物易于过氧化氢发生缔合反应，可降低过氧化氢的分解率，从而提高氧化液的稳定性。

按照本发明，所述铜或铜合金优选先进行洗涤再进行氧化，以除去表面油污。所述洗涤的方法为本领域技术人员熟知的方法即可，并无特殊的限制，本发明中优选采用热碱液浸泡洗涤，更优选采用磷酸钠、碳酸钠、硅酸钠与OP-10乳化剂的混合液进行洗涤，所述洗涤的温度优选为70℃~80℃，更优选为75℃~80℃，所述洗涤的时间优选为3~5min。所述洗涤的过程优选在超声波清洗器中进行。

本发明将上述经过洗涤后的铜或铜合金置于所述氧化液中进行氧化处理，使铜或铜合金表面形成氧化层。本发明中所述氧化处理的温度为25℃~40℃，优选为30℃~40℃，所述氧化处理的时间为铜或铜合金在表面生成均匀的氧化层即可，并无特殊的限制，优选为1~2min。

按照本发明，优选在进行氧化处理后将氧化后的铜或氧化后的铜合金进行水洗，更优选为用蒸馏水进行水洗，除去表面粘附的氧化液。

所述铜或铜合金经过氧化后需经过出光处理才能完成化学抛光的目的。所述出光液包含20~30wt%的浓硫酸或浓磷酸、5~10wt%的过氧化物、0.2~0.5wt%的椰油酸二乙醇酰胺、0.2~0.5wt%的苯并三氮唑类缓蚀剂、5~10%wt%的硝酸盐与余量的水。

其中所述出光液中浓硫酸或浓磷酸的质量分数优选为20~25%。所述浓硫酸或浓磷酸的浓度同上所述，在此不再赘述。其作用是溶解铜及铜合金表面的氧化层。

所述出光液中过氧化物的质量分数优选为5~8%。所述过氧化物的种类同上所述相同，在此不再赘述。

所述椰油酸二乙醇酰胺的质量分数优选为0.3~0.5%。其作用是作为乳化剂，可降低氧化后的铜或氧化后的铜合金与出光液间的表面张力，阻止工件凹处化学反应的进行，从而起到整平作用。

所述苯并三氮唑类缓蚀剂的质量分数优选为0.3~0.5%。所述苯并三氮唑类缓蚀剂为本领域技术人员熟知的含有苯并三氮唑结构的缓蚀剂即可，并无特殊的限制，本发明中优选为苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑或巯基苯并三氮唑。所述苯并三氮唑类缓蚀剂可减缓金属在腐蚀性介质中腐蚀的速度，可防止发生过腐蚀，消除麻点，并有整平的作用。

所述硝酸盐优选为硝酸钠或硝酸钾，其质量分数优选为5~8%。所述硝酸盐可与浓硫酸或浓磷酸发生反应，生成硝酸，加速金属的溶解。

所述出光液余量用水补足，且所述水优选为去离子水，可避免引入其他的电解质。

按照本发明，将氧化后的铜或氧化后的铜合金置于上述出光液中进行处理。所述处理的条件为本领域技术人员熟知的处理条件即可，并无特殊的限制。本发明中所述处理的温度优选为25℃~40℃，更优选为30℃~40℃，所述处理的时间为除去表面的氧化层，出现金属的光泽，优选为1~2min。

本发明中优选在出光液中处理结束之后，将铜或铜合金进行水洗，更优选为用蒸馏水进行水洗，出去表面粘附的出光液。

将铜或铜合金进行氧化之后再进行出光处理，可增加出光操作平台的时间，使出光处理便于操作。

为了使出光后的金属保持其光泽，以免使用过程中被氧化变暗，本发明还优选将出光处理后的铜或铜合金置于钝化液中进行钝化处理。所述钝化处理的方法为本领域技术人员熟知的钝化方法即可，并无特殊的限制。本发明中优选在常温条件下置于钝化液中进行处理。

所述钝化液优选包含1~2wt%的乙烯基三乙酰氧基硅烷，1~2wt%的钼酸钠，0.2~0.5wt%的椰油酸二乙醇酰胺，0.5~1wt%硼酸钠与余量的水。

本发明中氧化液及出光液中不含硝酸，不会产生大量的黄烟污染环境，也降低了对操作人员健康的危害；将抛光过程分为氧化和出光两步，氧化物更易溶解于硫酸中，可避免抛光过程中发生爆沸，降低了反应的危险性。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种化学抛光方法进行详细描述。

以下实施例中所用的试剂均为市售。

实施例1

1.1实验材料：标准黄铜5号拉链，长度为10m；黄铜主要化学成分：62.8wt%的Cu，34.6wt%的Zn，2.5wt%的Al与余量的杂质。将黄铜拉链在超声波清洗器中用75℃热碱液进行清洗4min。所述热碱液为15g/LNa₃PO₄·12H₂O、15g/L Na₂CO₃、15g/L Na₂SiO₃·9H₂O与2g/LOP-10乳化剂的水溶液。

1.2将1.1中得到的清洗的黄铜拉链置于氧化液中氧化生成红棕色氧化皮，水洗。氧化液包含75wt%的双氧水、15wt%的浓硫酸、5wt%的过硫酸铵、0.5wt%的明胶、4wt%的尿素与0.5wt%的乙二醇。所述双氧水的浓度为27.5%，所述浓硫酸的浓度为98%。

1.3将1.2中得到的氧化后的黄铜拉链置于出光液中进行处理1.5min，使表面平滑光亮。出光液包含5wt%的双氧水、20wt%的浓硫酸、0.5wt%的椰油酸二乙醇酰胺、5wt%的硝酸钠、0.5wt%的苯并三氮唑与余量的去离子水。所述双氧水的浓度为27.5％，所述浓硫酸的浓度为98%。

1.4将1.3中得到的黄铜拉链置于钝化液中进行钝化处理1.5min。钝化液包含1wt%的乙烯基三乙酰氧基硅烷、1wt%的钼酸钠、0.5wt%的椰油酸二乙醇酰胺、0.5wt%的硼酸钠与余量的去离子水。

将1.4中得到的钝化后的黄铜拉链烘干，结果显示所得黄铜拉链表面光亮，呈黄铜本色。

对1.4中得到的钝化后的黄铜拉链进行硝酸点滴实验和盐水浸泡实验，得到结果见表1。

实施例2

2.1实验材料：标准黄铜5号拉链，长度为10m；黄铜主要化学成分：62.8wt%的Cu，34.6wt%的Zn，2.5wt%的Al与余量的杂质。将黄铜拉链在超声波清洗器中用75℃热碱液进行清洗4min。所述热碱液为15g/LNa₃PO₄·12H₂O、15g/L Na₂CO₃、15g/L Na₂SiO₃·9H₂O与2g/LOP-10乳化剂的水溶液。

2.2将2.1中得到的清洗的黄铜拉链置于氧化液中氧化生成红棕色氧化皮，水洗。氧化液包含75wt%的双氧水、15wt%的浓硫酸、5wt%的过硫酸铵、0.5wt%的明胶、4wt%的尿素与0.5wt%的乙二醇。所述双氧水的浓度为27.5%，所述浓硫酸的浓度为98%。

2.3将2.2中得到的氧化后的黄铜拉链置于出光液中进行处理1.5min，使表面平滑光亮。出光液包含5wt%的双氧水、20wt%的浓硫酸、0.5wt%的椰油酸二乙醇酰胺、5wt%的硝酸钠、0.5wt%的苯并三氮唑与余量的去离子水。所述双氧水的浓度为27.5%，所述浓硫酸的浓度为98%。

2.4将2.3中得到的黄铜拉链置于钝化液中进行钝化处理1.5min。钝化液包含0.5wt%的乙烯基三乙酰氧基硅烷、0.5wt%的钼酸钠、0.5wt%的椰油酸二乙醇酰胺、1wt%的硼酸钠与余量的去离子水。

将2.4中得到的钝化后的黄铜拉链烘干，结果显示所得黄铜拉链表面光亮，呈黄铜本色。

对2.4中得到的钝化后的黄铜拉链进行硝酸点滴实验和盐水浸泡实验，得到结果见表1。

实施例3

3.1实验材料：标准黄铜5号拉链，长度为10m；黄铜主要化学成分：62.8wt%的Cu，34.6wt%的Zn，2.5wt％的Al与余量的杂质。将黄铜拉链在超声波清洗器中用75℃热碱液进行清洗4min。所述热碱液为15g/LNa₃PO₄·12H₂O、15g/L Na₂CO₃、15g/L Na₂SiO₃·9H₂O与2g/LOP-10乳化剂的水溶液。

3.2将3.1中得到的清洗的黄铜拉链置于氧化液中氧化生成红棕色氧化皮，水洗。氧化液包含75wt%的双氧水、15wt%的浓硫酸、5wt%的过硫酸铵、0.5wt%的明胶、4wt%的尿素与0.5wt%的乙二醇。所述双氧水的浓度为27.5％，所述浓硫酸的浓度为98%。

3.3将3.2中得到的氧化后的黄铜拉链置于出光液中进行处理1.5min，使表面平滑光亮。出光液包含10wt%的双氧水、30wt%的浓硫酸、0.2wt%的椰油酸二乙醇酰胺、10wt%的硝酸钠、0.2wt%的苯并三氮唑与余量的去离子水。所述双氧水的浓度为27.5％，所述浓硫酸的浓度为98%。

3.4将3.3中得到的黄铜拉链置于钝化液中进行钝化处理1.5min。钝化液包含1wt%的乙烯基三乙酰氧基硅烷、1wt%的钼酸钠、0.5wt%的椰油酸二乙醇酰胺、0.5wt%的硼酸钠与余量的去离子水。

将3.4中得到的钝化后的黄铜拉链烘干，结果显示所得黄铜拉链表面光亮，呈黄铜本色。

对3.4中得到的钝化后的黄铜拉链进行硝酸点滴实验和盐水浸泡实验，得到结果见表1。

表1黄铜拉链分析结果

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种化学抛光方法，其特征在于，包括以下步骤：

A）将铜或铜合金置于氧化液中进行氧化；

所述氧化液包含过氧化物、过硫酸盐、明胶、尿素、醇类化合物与浓硫酸或浓磷酸；

B）将氧化后的铜或氧化后的铜合金置于出光液中进行处理；

所述出光液包含过氧化物、椰油酸二乙醇酰胺、苯并三氮唑类缓蚀剂、硝酸盐、水与浓硫酸或浓磷酸。

2.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述步骤A）还包括：

将铜或铜合金在氧化前进行洗涤。

3.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述步骤B）还包括：

将出光处理后的铜或铜合金置于钝化液中进行钝化处理。

4.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述氧化液包含：

浓硫酸或浓磷酸            10~15wt%；

过氧化物                  75~80wt%；

过硫酸盐                  1~5wt%；

明胶                      0.1~0.5wt%；

尿素                      1~5wt%；

醇类化合物                0.1~0.5wt%。

5.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述氧化液与出光液中的过氧化物各自独立的选自双氧水、过碳酸钠和过氧化碳酰胺中的一种。

6.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述过硫酸盐为过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸钠。

7.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述醇类化合物为甲醇、乙醇、乙二醇、一缩二乙二醇或二缩三乙二醇。

8.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述出光液包含：

浓硫酸或浓磷酸            20~30wt%；

过氧化物                  5~10wt%；

椰油酸二乙醇酰胺          0.2~0.5wt%；

苯并三氮唑类缓蚀剂        0.2~0.5wt%；

硝酸盐                    5~10wt%；

余量的水。

9.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述苯并三氮唑类缓蚀剂为苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑或巯基苯并三氮唑。

10.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述硝酸盐为硝酸钠或硝酸钾。