Состав для виброхимического шлифования и полирования изделий из черных металлов и способ виброхимического шлифования и полирования изделий из черных металлов

 

Использование: виброхимическое шлифование и полирование изделий из черных металлов перед нанесением покрытий. Сущность изобретения: осуществляют обработку изделий полирующим составом, содержащим, мас. % : щавелевая кислота 3 - 20, фосфорная кислота или пирофосфат тетранатрия 10 - 50, гидроокись аммония или фосфат аммония 5 - 28, поверхностно-активное вещество 0,1 - 2,0, суспендирующее вещество - ксантановая смола или водорастворимые полимеры винила марки "Карбопол" 2,0 - 13,0 и вода 30 - 90, причем соотношение щавелевой кислоты и фосфатсодержащего вещества составляет (0,2 - 0,7) : 1. Полирующий состав подают на обрабатываемые изделия в вибрационную полировочную ванну со скоростью 211 г/ч на 1000cм² поверхности изделий, а pH среды регулируют в пределах от 3,5 до 7,0 добавлением аммонийсодержащего вещества. 1 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к составам и способам применения таких составов в подготовке изделий из черных металлов для последующего электролитического осаждения на поверхность покрытия посредством приготовления дисперсии, содержащей кислоту и пассиватор, погружения изделий и полирующей среды в раствор и перемешивания изделий и полирующей среды, причем изделия и полирующую среду поддерживают в погруженном состоянии в дисперсии. Подобная технология известна, например, из патента США N 2890944 и 3061494 на имя Снайдера, а также патента N 4431500 на имя Мичадо и других.

Известны состав и способ виброхимического шлифования и полирования изделий из черных металлов (1). Однако при обработке известным способом получают поверхность металлов, непригодную для последующего нанесения покрытий.

Применяемые составы представляют собой жидкие дисперсии. Состав в жидкой форме имеет, исключая содержание любой воды, 3-20 мас. % щавелевой кислоты; 10-50 мас. % фосфорных пассивирующих и буферных агентов, причем отношение по массе содержания щавелевой кислоты к фосфорным агентам находится в пределах от 0,70: 1 до 0,20: 1, предпочтительно такое, чтобы получить рН состава в пределах 3,5 до 7; агент для насыщения аммиаком, поверхностно-активное вещество и суспендирующий агент.

Известно, что при изготовлении изделий из черных металлов электролитическое осаждение покрытия на таких изделиях может выполнять двойную функцию, а именно; защищает черный материал от коррозии и улучшает его внешний вид. По этим причинам обычно на ручные инструменты, например гаечные ключи, наносят блестящие гальванические покрытия. При подготовке изделий к нанесению таких покрытий важно, чтобы поверхность, на которую должно наноситься покрытие, имела не только хороший внешний вид, но и определенную степень шероховатости, что достигается различными способами. При этом важным фактором является производительность процесса.

Настоящее изобретение ставит своей целью получить химически полированные поверхности для последующего нанесения блестящих гальванических покрытий за оптимальный отрезок времени обработки и с минимальным выходом нежелательных сточных вод. Для достижения этой цели используют дисперсии органической кислоты, что позволяет контролировать съем металла. При применении дисперсии согласно предложенному изобретению производительность повышается по сравнению с той, которая достигается при использовании более сильных растворов, причем стоки в процессе полирования являются практически химически нейтральными отходами.

Предложенные составы представляют собой жидкие дисперсии, которые можно смешивать с водой и использовать в устройствах для абразивной обработки черных металлов влажным способом, например, во вращающемся барабане для полирования изделий или т. п. Жидкая дисперсия содержит, мас. % ; примерно 3-20 щавелевой кислоты, 10-50 фосфатсодержащих веществ, 5-28 буферных агентов гидроокиси или фосфата аммония, при соотношении щавелевой кислоты к фосфорным агентам (0,2-0,7): 1, 0,1-2,0% поверхностно-активного вещества и суспендирующий агент - ксантановую смолу или водорастворимые полимеры винила марки "Карбопол" в количестве 2,0-13,0 мас. % и воду 30-90 мас. % .

В качестве фосфатсодержащего вещества (фосфорного пассиватора) могут быть использованы различные фосфаты, например пирофосфаты, триполифосфаты и фосфонаты. Наиболее предпочтителен тетранатрий-пирофосфат. При этом фосфаты можно получить посредством химических реакций во время приготовления составов.

Буферным агентом или агентом для насыщения состава аммиаком может быть любое вещество на значение рН дисперсии, который важно контролировать.

Чтобы гарантировать простоту введения предложенных составов в дисперсию с водой, которую затем смешивают, в состав вводят смачивающий агент в форме поверхностно-активного вещества. Выбор поверхностно-активного вещества зависит от размера среды, жесткости воды и др. Например, при использовании более мелкой среды предпочтительным является поверхностно-активное вещество с низким вспениванием. Поверхностно-активное вещество с несколько большим вспениванием создает подушку и может замедлить механическое воздействие на поверхность изделий, поэтому является желательным при использовании более крупной среды. Кроме того, в зависимости от жесткости воды в качестве поверхностно-активного вещества может быть использовано анионное, катионное или даже амфотерное соединение. Предпочтительное поверхностно-активное вещество в отделочных операциях многих металлов представляет собой непенящийся, неионный материал с низким НLB. Поверхностно-активные вещества, содержащие 8-10 атомов углерода, обычно считают смачивающими агентами, поверхностно-активные вещества, содержащие приблизительно 12 атомов углерода, считаются детергентами, а поверхностно-активные вещества, содержащие приблизительно 16 атомов углерода, считаются эмульгаторами. Соответственно поверхностно-активное вещество выбирают в зависимости от требуемых результатов среди этих соединений.

Отношение содержания щавелевой кислоты к содержанию пассиватора важно для уравновешивания скорости съема металла и достижения чистовой обработки поверхности в зависимости от травления из-за чрезмерного съема агрессивного металла, поскольку оба эти вещества вносят свой вклад в удаление металла. Эксперименты с различными соотношениями содержания кислоты к пассиватору показали, что обычно увеличение количества пассиватора по отношению к количеству кислоты приводит к увеличению скорости удаления металла, кроме того, увеличивается вероятность того, что съем металла будет приводить к характерному внешнему виду в форме ледяного узора. Опыт показывает, что для достижения удовлетворительных результатов при последующем нанесении покрытия, необходимо прежде полировать поверхность.

Отношение содержания кислоты к содержанию агента в пределах от 0,7-1 до 0,20: 1 являются наиболее оптимальным, предпочтительным является отношение 0,25: 1.

Дисперсию, которую возможно использовать как жидкость, поддерживают при помощи суспендирующего агента. Суспендирующим агентом должен быть материал, который действует как железообразующий и суспендирующий агент в солевых дисперсиях, в предложенном изобретении были использованы ксантановая смола и соответствующие материалы Corbopol, поставленные фирмой B. F. Goorich Chemicals.

Применять предложенные составы можно в любом известном типе оборудования для влажной абразивной обработки, способном выдерживать корродирующее действие дисперсией. Примеры такого оборудования представлены в перечисленных патентах и могут включать в себя открытые и закрытые галтовочные барабаны, центробежные, вибрационные и шпиндельные машины. В таком оборудовании можно проводить обработку изделий партиями, непрерывно, поточно или тем и другим способами. Применяемые растворы могут единовременно загружать или могут рециркулировать. Выбор оборудования составлен на усмотрение специалиста. Однако, как будет подробно описано, в предпочтительном способе применяют устройство, предназначенное для работы со сквозным потоком.

Способ подготовки изделий из черных металлов для последующего нанесения на их поверхность гальванического покрытия в соответствии с изобретением включают в себя известные стадии приготовления дисперсии, содержащей кислоту и пассиватор, погружение изделий и полирующей среды в раствор, их перемешивание, причем изделия должны быть погружены в дисперсию.

Для осуществления способа необходимое количество изделий загружают в емкость для обработки и промывают водой, проходящей через емкость. Затем поток воды прекращают и начинают подавать поток дисперсии, при этом применяют перистальтический насос для обеспечения необходимого расхода. Через определенный отрезок времени вводят обрабатывающий состав и воду. Желательно поток воды смешивать с обрабатывающим составом для входа дисперсии в емкость для обработки. Время прохождения обрабатывающего состава и воды через емкость с изделиями - 20-150 мин. В течение этого времени рН среды находится в пределах 6,0-7,0.

По окончании обработки изделий поток воды значительно увеличивается (примерно в 10 раз), тогда как поток обрабатывающего состава уменьшается (примерно на 70% ). При таких расходах дисперсия, которая действовала как полирующий состав, действует как очищающий состав, очищая изделия от любого остатка оксалатов натрия, аммониевого железа (III), железа (II), которые образуются во время стадии полирования.

Некоторые эксперименты, проведенные при создании настоящего изобретения, отображены в следующих примерах.

П р и м е р 1. Вибрирующая емкость для полирования имеет объем 85 л. В качестве изделий из черных металлов используют обыкновенные гаечные ключи. Изделия промывают, вводят дисперсию, имеющую состав, мас. % : Вода 43,71 Щавелевая кислота 15,86 Фосфат диаммония 13,59 Пирофосфат тетранатрия 13,59 Суспендирующий агент 12,80 Поверхностно-активное вещество 0,45 Обрабатывающий состав подают в устройство при помощи перистальтического наноса со скоростью порядка 14,2 мл/мин. Через три минуты после начала потока дисперсии начинают вводить поток воды со скоростью примерно 3,78 л/ч, причем поток воды и поток дисперсии подают по одной трубе для предварительного смешивания перед поступлением в емкость. Чистовая обработка изделий продолжается в течение часа, во время которого потоки воды и дисперсии регулируют для поддержания рН выходящего потока в пределах 5,8-6,3. В результате обработки получают блестящую поверхность. Затем прекращают подавать дисперсию, а поток воды увеличивают до 37,8 л/ч, пока сточные воды не станут чистыми.

П р и м е р 2. Партию из торцовых гаечных ключей обрабатывают в среде пирамидальной формы в вибрирующем полировальном устройстве объемом 283 л. Дисперсия имеет следующий состав, мас. % : Вода 48,8 Щавелевая кислота 20,0 Фосфат диаммония 13,7 Пирофосфат тетранатрия 13,7 Суспендирующий агент 2,3 Поверхностно-активное вещество 1,5 Состав для обработки подают в устройство при помощи перистальтического насоса со скоростью потока примерно 18,7 мл/мин. Примерно через 10 мин после начала поступления потока дисперсии подают поток воды через емкость со скоростью примерно 4,5 л/ч, причем воду и дисперсию подают по общему трубопроводу, предварительно их смешав. Чистовая обработка изделий продолжается 1 ч 20 мин, в течение которых потоки воды и дисперсии регулируют для поддержания значения рН выходящего потока в пределах 5,8-6,3. Изделия получают блестящую отделку. Затем поток дисперсии прекращают, а расход воды увеличивают до 7,6 л/ч до тех пор, пока сточная вода не станет практически чистой.

П р и м е р 3. Используют дисперсию, имеющую следующий состав, мас. % : Вода 42 Суспендирующий агент 15 Фосфат диаммония 12 Фосфат моноаммония 12 Щавелевая кислота 10 Пирофосфат тетранатрия 8,5 Поверхностно-активное вещ-во 0,5 Повышение содержания суспендирующего агента делает эту дисперсию более густой. Однако результаты были по существу, такими же, как и в примере 2.

П р и м е р 4. Используют дисперсию, мас. % : Фосфорная кислота 44 Гидроокись аммония 24 Щавелева кислота 12 Вода 9,5 Гидроокись натрия 6 Суспендирующее вещество 3,5 Поверхностно-активное вещество 1 Дисперсию подают перистальтическим насосом аналогичным способом, как в предшествующих примерах. Однако скорости подачи дисперсии и воды отрегулировали по отношению друг к другу и к площади полируемой поверхности черного металла. При полирующем действии, установленном, как описано в примере 1, скорость подачи дисперсии и воды отрегулировали до 47 г/ч для дисперсии и 158 г/ч для воды на каждую 1000 см² обрабатываемой поверхности. Полученные результаты были по существу такими, как в предшествующих примерах. Кроме того, результаты были воспроизводимыми от одного испытания к другому.

Эксперимент в примере 4 продолжили с рядом отношений содержаний дисперсии к содержанию воды, при этом были получены воспроизводимые результаты. Было обнаружено, что отношение количества подаваемой дисперсии к количеству воды может изменяться в пределах от 0,3: 1 до 0,9: 1 и при этом можно получить воспроизводимые результаты. Этот предел указан, чтобы отразить данный состав дисперсии, который применяют для достижения воспроизводимых результатов, когда применяемые скорости подачи также отрегулированы так, чтобы соответствующая общая скорость потока, измеренная в зависимости от полируемой площади поверхности металла, примерно 211 г/ч на 1000 см² обрабатываемой площади металла.

П р и м е р 5. Партию корпусов подшипников подвергают обработке в вибрационном отделочном барабане. Введенная дисперсия имеет следующий состав, мас. % : Вода 64,5 Диаммонийфосфат 6,3 Щавелевая кислота 3,5 Четырехнатриевый пирофосфат 6,3 Поверхностно-активное вещ-во 0,1 Суспендирующий агент 19,3 Обрабатывающий состав подают в аппарат с помощью перистальтического насоса. Подачу дисперсии производят со скоростью 576 мл/ч по общему трубопроводу с потоком воды для предварительного смешения перед вводом в сосуд. Отделка изделий продолжалась в течение приблизительно 75 мин, в течение которых потоки воды и дисперсии регулируют для поддержания рН сточных вод, равного 7,0. Корпуса подшипников достигли яркой и блестящей отделки, после чего подачу дисперсии прекращают, а расход воды увеличивают с целью промывки корпуса подшипника до полирования. В этом примере демонстрируется обрабатывающий состав, применяемый для обработки металлических изделий с исключительно низкой удельной поверхностью.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет качественно подготовить поверхность черных металлов перед нанесением покрытий. (56) Авторское св-во СССР N 1093732, кл. С 23 G 5/00, С 23 G 1/06, 1983.

Формула изобретения

1. Состав для виброхимического шлифования и полирования изделий из черных металлов, содержащий щавелевую кислоту, фосфатсодержащее вещество, аммонийсодержащее вещество, поверхностно-активное вещество и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит суспендирующее вещество - ксантановую смолу или водорастворимые полимеры винила марки "Карбопол", в качестве фосфатсодержащего вещества - фосфорную кислоту или пирофосфат тетранатрия, в качестве аммонийсодержащего вещества - гидроокись аммония или фосфат аммония при следующем соотношении компонентов, мас. % : Щавелевая кислота 3 - 20
Фосфорная кислота или пирофосфат тетранатрия 10 - 50
Фосфат аммония 5 - 28
Поверхностно-активное вещество 0,1 - 2,0
Ксантановая смола или "Карбопол" 2,0 - 13,0
Вода 30 - 90
причем соотношение щавелевой кислоты и фосфатсодержащего вещества составляет 0,2 - 0,7 : 1.

2. Способ виброхимического шлифования и полирования изделий из черных металлов преимущественно перед нанесением покрытий, включающий обработку полирующим составом, отличающийся тем, что в качестве полирующего состава берут состав, содержащий, мас. % :
Щавелевая кислота 3 - 20
Фосфорная кислота или пирофосфат тетранатрия 10 - 50
Гидроокись аммония или фосфат аммония 5 - 28
Поверхностно-активное вещество 0,1 - 2,0
Ксантановая смола или "Карбопол" 2,0 - 13,0
Вода 30 - 90,
который подают на обрабатываемые изделия в вибрационную полировочную ванну со скоростью 211 г/ч на 1000 см² поверхности изделий, а pH регулируют в пределах 3,5 - 7,0 добавлением аммонийсодержащего вещества.