Раствор и способ химического полирования поверхности нержавеющей стали - RU2060301C1

Описание

Изобретение касается состава ванн для химической полировки поверхностей из нержавеющей стали.

Химическая полировка металлических поверхностей представляет собой хорошо известный метод (Электролитическая и химическая полировка металлов. W.Y. Mc.G. TEGART-Dunod, 1960, p.122), который заключается в обработке полируемых металлических поверхностей окислительными ваннами. Для химической полировки аустенитных нержавеющих сталей используют обычно ванны, содержащие смесь в водном растворе соляной, фосфорной и азотной кислоты. Для улучшения качества полировки обычно в эти ванны включают адекватные присадки, такие как поверхностно-активные вещества, регуляторы вязкости и агенты для придания блеска. Так, известен состав ванны для химической полировки поверхностей из нержавеющей стали, содержащей в водном растворе смесь соляной, азотной и фосфорной кислот, регулятор вязкости, выбираемый среди растворимых в воде полимеров, поверхностно-активное вещество и тиосалициловую кислоту в качестве агента для придания блеска.

Известные ванны для полировки имеют свойства воздействовать на металл с очень большой скоростью. Обработка полировкой поверхности из нержавеющей стали при помощи подобных ванн не может обычно превышать нескольких минут из-за риска возникновения местных коррозий. Большая скорость воздействия делает известные ванны не пригодными для полировки внутренней поверхности стенок резервуаров больших размеров, таких как паровые котлы, автоклавы или кристаллизаторы. Поскольку время, необходимое для наполнения и опорожнения таких резервуаров, обычно значительно выше времени оптимальной обработки химической полировкой, то становится невозможным получение равномерной полировки стенки, причем некоторые области стенки оказываются недостаточно полированы, другие глубоко корродированы. Кроме того, большая скорость воздействия известных ванн делает трудным контроль за полировкой.

Известны ванны для химической полировки с очень медленным действием, которые устраняют вышеуказанные недостатки. Эти ванны содержат в водном растворе смесь соляной, азотной и фосфорной кислот, тиосалициловую кислоту, хлористый алкилпиридиний и метилцеллюлозу. Эти известные ванны для полировки с медленным действием предусмотрены для работы при температурах, по меньшей мере равных 45^оС, обычно между 50 и 100^оС.

Цель изобретения разработать состав ванны замедленного, но эффективного полирующего действия для поверхностей из нержавеющей стали при рабочих температурах ниже 50^оС.

Следовательно, изобретение относится к ваннам для химической полировки поверхностей из нержавеющей стали, содержащим в водном растворе смесь соляной, азотной и фосфорной кислоты в водном растворе, замещенную в известных случаях оксибензойную кислоту, по меньшей мере соль четвертичного аммония и присадку, выбираемую среди хлорной кислоты и растворимых в воде солей хлорной кислоты. В ваннах по изобретению оксибензойная кислота служит агентом для придания блеска. Она может быть незамещенной, как салициловая кислота, или замещенной, как тиосалициловая кислота. Предпочитают салициловую кислоту.

Соль четвертичного аммония выбирают преимущественно среди таких солей, которые содержат по меньшей мере радикал алкила с длинной цепью, замещенный или незамещенный, содержащий по меньшей мере, четыре атома углерода. Предпочтительно выбирать соли четвертичного аммония, в которых группа алкила с длинной цепью содержит по меньшей мере 8 атомов углерода, преимущественно 12 атомов углерода, такие как группы лаурила, цетила и стеарила. Особенно рекомендуемые соли четвертичного аммония принадлежат к классу, образованному растворимыми в воде солями алкилпиридиния и растворимыми в воде солями четвертичного аммония, содержащими кроме радикала алкила с длинной цепью, определенного выше, по меньшей мере другой замещенный или незамещенный радикал алкила и/или замещенный или незамещенный радикал бензила. Предпочитаемыми галоидными соединениями являются особенно хлориды. Примерами солей четвертичного аммония, используемыми в ваннах по изобретению, являются хлорид цетилтриметиламмония, хлорид цетилдиметилбензиламмония, хлорид дистеарилдиметиламмония, хлорид лаутилдиметилбензиламмония, хлорид лаурилтриметиламмония и хлориды алкилпиридиния, особенно хлорид центипиридиния и хлорид лаурилпиридиния.

В ваннах по изобретению соответствующие количества соли четвертичного аммония, с одной стороны, и присадки, выбираемой среди хлорной кислоты и ее растворимых в воде солей, с другой стороны, следует регулировать, чтобы сделать возможной соадсорбцию на полируемой стальной поверхности, избегая превышения растворимости продукта. Целесообразно, чтобы ванны по изобретению содержали на литр 0,005-1 г соли четвертичного аммония и 0,001-0,5 моль присадки, выбираемой среди хлорной кислоты и ее растворимых в воде солей.

Адекватные весовые количества различных компонентов ванн по изобретению зависят от марки нержавеющей стали, подвергаемой полировке, а также от условий полировки, особенно от профиля стального предмета, подвергаемого полировке, его объема, объема ванны, от ее температуры и от перемешивания, которому ее подвергают. Они должны теперь определяться в каждом отдельном случае обычными опытами в лаборатории. В примерах ванны в соответствии с изобретением, применяемые для полировки аустенитных нержавеющих сталей, соединенных с хромом и с никелем, при температурах 20-50^оС, содержат на 1 л водного раствора;
0,5-5 моль соляной кислоты (преимущественно 1-3 моль);
0, 005-1 моль азотной кислоты (преимущественно 0,05-0,5 моль);
0,005-1 моль фосфорной кислоты (преимущественно 0,01-0,5 моль);
0,0005-0,5 моль присадки, выбираемой среди хлорной кислоты и растворимых в воде солей хлорной кислоты (преимущественно 0,001-0,2 моль);
0,001-5 г замещенной или незамещенной оксибензойной кислоты (преимущественно 0,005-0,3 г, в случае незамещенной кислоты);
0,005-1 г соли четвертичного аммония (преимущественно 0,02-0,2 г).

Ванны для полировки могут содержать присадки, присутствующие обычно в известных ваннах для химической полировки металлов, например поверхностно-активные вещества, спирты и регуляторы вязкости. Они могут содержать водорастворимое абиетиновое соединение, которое представляет химическое соединение, содержащее абиетиновый радикал общей формулы:

или радикал гидроабиетина или дегидробиетина.

Абиетиновое соединение должно быть растворимым в водном растворе. Абиетиновые соединения, используемые в ваннах, представляют абиетамины.

Абиетамины, специально рекомендуемые для ванн по изобретению, имеют общую формулу:
R₁N

в которой:
R₁ радикал абиетина, гидроабиетина или дегидроабиетина, определенный выше;
Х₁ радикал, включающий по меньшей мере одну группу карбонила;
Х₂ атом водорода или радикал, включающий по меньшей мере одну группу карбонила.

Примерами подобных абиетаминов являются такие, в которых по меньшей мере, один из радикалов Х₁ и Х₂ представляет радикал общей формулы: CH₂-R₂, в которой R₂ циклический или прямой алкильный остаток, замещенный или незамещенный, насыщенный для ненасыщенный, содержащий по меньшей мере одну группу карбонила. Среди этих соединений предпочитают такие, в которых группа -CH₂- связана с группой карбонила остатка R₂ через атом углерода, несущий, по меньшей мере, атом водорода. Примерами абиетаминов этого типа, используемых в ваннах по изобретению, являются такие, в которых остаток R₂ выбирают среди остатков ацетонила, 2-кето-бутила, 4-метил-2-кето-3-пентенила, 4-гидрокси-4-метил-2-кетопентила, 2-кето-циклопентила, 4-гидрокси-2-кето-3-пентенила, 2-кето-циклогексила, 2,5-дикетогексила и 2-фенил-2-кето-этила.

Ванны по изобретению пригодны для химической полировки всех поверхностей из аустенитно нержавеющей стали, особенно для полировки аустенитных сталей, содержащих 16-26 мас. хрома и 6-22 мас. никеля, такие как стали марок 18/8 и 18/10, свободные от молибдена (стали А ISI-304 и 304L). Ванны по изобретению имеют свойства осуществлять полировку подобных сталей с медленной скоростью, требующей обычно времени контакта 5-12 ч. Их можно использовать при всех температурах между 20^оС и температурой кипения. Однако они имеют замечательное свойство представлять отличную эффективность при температурах ниже 50^оС, обычно 35-45^оС, при нормальном атмосферном давлении, что облегчает их применение и упрощает мероприятия для обеспечения санитарии и гигиены в цехах полировки. Ванны имеют дополнительное преимущество осуществлять полировки хорошего качества в тесном сочетании с нормами уровня техники.

Изобретение относится также к способу для полировки поверхности из нержавеющей стали, по которому поверхность приводят в контакт с ванной для химической полировки в соответствии с изобретением. При выполнении способа контактирования металлической поверхности с ванной может быть осуществлено любым адекватным методом, например погружением. Время контактирования полируемой поверхности с ванной должно быть достаточным, чтобы осуществлять эффективную полировку поверхности. Однако оно не может превышать критическую величину, выше которой ванна теряет свои полирующие свойства. Оптимальное время контакта зависит от многих параметров, таких как марка стали, конфигурация и первоначальная неровность полируемой поверхности, состав ванны, рабочая температура, возможное перемешивание ванны при контакте с поверхностью, отношение между площадью полируемой поверхности и объемом ванны. Оно должно быть определено в каждом отдельном случае в результате обычной работы в лаборатории.

В предпочтительном варианте осуществления способа по изобретению ванну применяют при температуре 20-50^оС, преимущественно 35-45^оС, при нормальном атмосферном давлении, поддерживая полируемую поверхность в контакте с ванной в течение 5-12 ч.

В примерах, описание которых следует ниже, использовали пластинки с нержавеющей стали марки 18/10 (сталь, легированная с хромом (18,0%) и с никелем (10,0%) и не содержащая молибдена).

В каждом примере пластинку погружали в ванну для полировки, поддерживаемую при постоянной температуре и подвергаемую умеренному перемешиванию. По окончании периода погружения пластинку вынимали из ванны, прополаскивали деминерализованной водой и сушили. Измеряли следующие параметры:
среднюю глубину воздействия на металл, определяемую отношением:
Δe

ΔP где S площадь пластинки, см²;
d удельный вес металла, г/см³;
Δ Р потеря веса пластинки во время погружения в ванну, г;
Δ е глубина воздействия, мкм;
среднюю арифметическую неровность R_a, которая представляет среднее отклонение по отношению к средней поверхности пластинки (Michael B. Bever. Encyclopedia of Materials Science and Engineering, v.6. Pergamon Press, 1986, p. 4806-4808):
R_a= y(x)dx
Измерения осуществляли при помощи щупа, снабженного острием диаметром 5 мкм и соответствующим величине обреза, равной 0,25 мм;
блеск поверхности.

П р и м е р 1 ( в соответствии с изобретением). Применяют ванну для полировки, содержащую на 1 л: 1,5 моль соляной кислоты; 0,2 моль азотной кислоты; 0,2 моль фосфорной кислоты; 0,2 моль хлорной кислоты; 0,1 г салициловой кислоты; 0,03 г продукта DEHYQUARY C, который представляет электролит, содержащий хлористый лаурилпиридин в качестве основной компоненты (DEHYQUART имеет зарегистрированный товарный знак Хенкел).

Рабочие условия следующие:
объем ванны 1940 см³; площадь поверхности, подвергаемой полировке 87 см²; температура 35^оС; время погружения 12 ч 30 мин.

Отмечают следующие результаты: средняя глубина воздействия приблизительно 25 мкм; средняя арифметическая неровность: перед полировкой 0,3 ± 0,1 мкм; после полировки 0,12 ± 0,02 мкм; блеск: под углом 30^оС (по нормам ASTM E340-40% под углом 20^о (по нормам ASTMD 523 -25%
П р и м е р 2 (в соответствии с изобретением). Применяют ванну для полировки, содержащую на 1 л: 1,5 моль соляной кислоты; 0,2 моль азотной кислоты; 0,2 моль фосфорной кислоты, 0,005 моль хлорной кислоты; 0,1 г салициловой кислоты; 0,075 г продукта DEHYQUART LDB (Хенкел) который представляет электролит, содержащий хлористый лаурилдиметилбензиламмоний в качестве основного компонента.

Рабочие условия следующие: объем ванны 970 см³; площадь поверхности, подвергаемой полировке 87 см²; температура 35^оС; время погружения 5 ч 30 мин.

Отмечают следующие результаты: средняя глубина воздействия 24 мкм; средняя арифметическая неровность; перед полировкой 0,3 мкм; после полировки 0,12 мкм; блеск под углом 20^о (по нормам ASTMD 523) 25%
П р и м е р 3 (ссылка). Повторяют опыт примера 2 с ванной для химической полировки не в соответствии с изобретением, не содержащей хлорной кислоты. Ванна содержит на 1 л: 1,5 моль соляной кислоты; 0,2 моль азотной кислоты; 0,2 моль фосфорной кислоты; 0,1 г салициловой кислоты; 0,075 г продукта DEHYQUART LDB (Хенкел), который представляет электролит, содержащий хлористый лаурилдиметилбензиламмоний в качестве основного компонента.

Рабочие условия были следующими: объем ванны 970 см³; площадь поверхности, подвергаемой полировке 87 см²; температура 35^оС; время погружения 6 ч.

Отмечают следующие результаты: cредняя глубина воздействия 25 мкм; средняя арифметическая неровность: перед полировкой 0,3 мкм; после полировки 0,3 мкм; блеск под углом 20^о (по нормам ASTM D523) ниже 1%
П р и м е р 4 (ссылка). Повторяют опыт примера 2 с ванной для химической полировки, в соответствии с изобретением, не содержащей ни хлорной кислоты, ни электролита. Ванна содержала на 1 л: 1,5 моль соляной кислоты; 0,2 моль азотной кислоты; 0,2 моль фосфорной кислоты; 0,1 г салициловой кислоты.

Рабочие условия были следующими: объем ванны 1940 см³; площадь поверхности, подвергаемой полировке 87 см²; температура 35^оС; время погружения 6 ч 30 мин.

Отмечают следующие результаты: средняя глубина воздействия 25 мкм; средняя арифметическая неровность: перед полировкой 0,20 мкм; после полировки 0,25 мкм; блеск под углом 20^о (по нормам АSTM D523) ниже 1%

Реферат

Использование: для химического полирования поверхностей из нержавеющей стали. Сущность изобретения: раствор для полирования содержит: соляную кислоту 0,5 - 5 моль, азотную кислоту 0,005 - 1 моль, фосфорную кислоту 0,005 - 1 моль, оксибензойную кислоту 0,001 - 5 г, соль четвертичного аммония 0,005 - 1 г, хлорную кислоту или ее водорастворимую соль 0,0005 - 0,5 моль, воду до 1 л. Соль четвертичного аммония имеет радикал алкила с длинной цепью, включающей не менее 12 атомов углерода. В качестве соли четвертичного аммонии может быть применен галогенид четвертичного аммония, в частности хлористый алкилпиридиний. Соль четвертичного аммония помимо радикала алкила с длинной цепью содержит по меньшей мере другой радикал алкила и/или радикал бензила. Раствор может дополнительно содержать растворимое в воде абиетиновое соединение. Способ полирования поверхности нержавеющей стали включает обработку поверхности вышеуказанным раствором при температуре 20 - 50^oС. 2 с. и 5 з. п. ф-лы.

Формула