Раствор для химического полирования меди и ее сплавов

Изобретение относится к химической обработке поверхности металлов и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и радиоэлектронной промышленности. Раствор содержит, г/л: ортофосфорную кислоту 1400-1500, аммоний азотнокислый 200-280 и калий марганцовокислый 10-15. Технический результат: уменьшение на 15-20% шероховатости и улучшение в 1,2-1,4 раза отражательной способности поверхности изделий из меди и ее сплавов при уменьшении в 4-5 раз количества выделяющихся оксидов азота. 2 табл.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Заявляемое изобретение относится к химической обработке поверхности металлов, в частности к полированию изделий из меди и ее сплавов, и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и радиоэлектронной промышленности.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен раствор для химического полирования меди, содержащий (мл):

Серная кислота (конц.)	10
Соляная кислота (конц.)	1
Насыщенный раствор хромового ангидрида	35

(Грилихес С.Я. Электрохимическое и химическое полирование: Теория и практика. Влияние на свойства металлов. - 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд., 1987, с.146). Режим полирования: температура 20-25°С, время 5-10 мин.

Недостатком аналога является токсичность раствора вследствие высокой концентрации соединений шестивалентного хрома.

Известен раствор для химического полирования меди и ее сплавов, содержащий (г/л):

Пероксид водорода	175
Серная кислота	35
Этиловый спирт	30
Алкилфенольное ПАВ	1
Вода	остальное

(Липкин Я.Н., Бершадская Т.М. Химическое полирование металлов, М.: Машиностроение, 1988, с.87). Температура полирования 40°С.

Недостатками аналога являются нестабильность раствора вследствие разложения пероксида водорода, разогрев в процессе обработки, приводящий к ухудшению качества поверхности.

Известен также раствор для химического полирования меди и ее сплавов, содержащий следующие компоненты, об.%:

Азотная кислота (плотность 1,4 кг/дм3)	16
Фосфорная кислота (плотность 1,75 кг/дм3)	59
Уксусная кислота (ледяная)	25

(Dinnappa R.K., Mayanna S.M. Bright dip for copper. J. Electrochem. Soc. India, 1979, V.28, №4, Р.191-192). Режим полирования: температура 25-30°С, время 25-30 с.

Недостатками данного аналога являются: высокая скорость съема металла и малая длительность процесса, что затрудняет обработку деталей насыпью.

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого изобретения по совокупности признаков и достигаемому результату является фосфорнокислый раствор нитрата калия, содержащий (г/л):

Ортофосфорная кислота	1300-1400
Калий азотнокислый	450-500

(Инженерная гальванотехника в приборостроении. Под ред. А.М.Гринберга. М.: Машиностроение, 1977, с.94-95). Режим полирования: температура 90-100°С, время 0,5-2 мин.

Этот раствор незначительно уменьшает шероховатость и недостаточно повышает отражательную способность в результате полирования. Кроме того, его недостатками являются высокая рабочая температура и большое количество оксидов азота, выделяющихся в процессе обработки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение качества изделий путем уменьшения шероховатости и повышения отражательной способности поверхности. Кроме того, задачей изобретения является уменьшение рабочей температуры и объема газов, выделяющихся в процессе полирования. Уменьшение температуры обеспечивает снижение скорости растворения и позволяет производить обработку деталей насыпью.

Поставленная задача достигается тем, что раствор для химического полирования меди и ее сплавов, включающий ортофосфорную кислоту и соль азотной кислоты, в качестве последней содержит аммоний азотнокислый и дополнительно - калий марганцовокислый при следующем соотношении компонентов, г/л:

Ортофосфорная кислота	1400-1500
Аммоний азотнокислый	200-280
Калий марганцовокислый	10-15

Ортофосфорная кислота, ГОСТ 10678-76, химическая формула Н₃PO₄, температура плавления 42,35°С, растворимость 548 г в 100 г воды при температуре 20°С, неограниченно растворима в воде при температуре 100°С (Справочник химика, том 2, Л.: Химия, 1964, с.240).

Аммоний азотнокислый, ГОСТ 22867-77, химическая формула NH₄NO₃, температура плавления 169,6°С, растворимость 122 г в 100 г воды при температуре 0°С и 600 г в 100 г воды при температуре 80°С (Справочник химика, том 2, Л.: Химия, 1964, с.22).

Калий марганцовокислый, ГОСТ 20490-75, химическая формула KMnO₄, температура разложения 240°С, растворимость 6,36 г в 100 г воды при температуре 20°С и 32 г в 100 г воды при температуре 75°С (Справочник химика, том 2, Л.: Химия, 1964, с.82).

Раствор для химического полирования готовят путем последовательного растворения в ортофосфорной кислоте (плотность 1,72 кг/дм³) аммония азотнокислого и калия марганцовокислого при температуре 40-50°С.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Пример 1.

Для приготовления 1 л раствора 200 г аммония азотнокислого и 15 г калия марганцовокислого последовательно растворяют в 800 мл (1360 г) ортофосфорной кислоты при температуре 40-50°С. Затем объем полученного раствора доводят ортофосфорной кислотой до 1 л. Содержание ортофосфорной кислоты в приготовленном растворе составляет 1500 г/л.

В таблице 1 приведены примеры с другими значениями концентраций предлагаемого раствора для химического полирования меди и ее сплавов, а также прототип.

Таблица 1
№ п.п.	Компоненты	ГОСТ	Концентрация, г/л
			Раствор-	Предлагаемый раствор
прототип	1	2	3
1	Ортофосфорная кислота	10678-76	1350	1500	1450	1400
2	Калий азотнокислый	4217-77	475	-	-	-
3	Аммоний азотнокислый	22867-77	-	200	240	280
4	Калий марганцовокислый	20490-75	-	15	12	10

Химическому полированию подвергались образцы, изготовленные из меди марки M1 и латуни марки ЛС59. Процесс полирования проводился в сосуде объемом 100 мл без перемешивания. Режим полирования: температура 25°С, время обработки 5 мин.

Критерием качества полированной поверхности служит внешний вид образца, параметр шероховатости R_a и отражательная способность поверхности.

Параметр шероховатости измеряется на профилометре модели 252. Отражательная способность измеряется с помощью блескомера марки ФБ-2. Эталоном служит серебряное зеркало, отражательная способность которого принимается равной 100%.

Выделяющийся при обработке газ собирается в бюретку, затем рассчитывается удельное количество газа на единицу массы растворенного металла.

Данные о действии растворов представлены в таблице 2.

Таблица 2
Результаты обработки поверхности медных и латунных образцов в растворе-прототипе и в предлагаемом растворе
№ п.п.	Показатель	Металл	Раствор-прототип	Предлагаемый раствор
1	2	3
1	Шероховатость обработанной поверхности Ra, мкм	Медь	0,362	0,307	0,298	0,289
Латунь	0,375	0,312	0,304	0,297
2	Отражательная способность поверхности относительно эталона - зеркала, %	Медь	59	82	81	80
Латунь	78	96	94	93
3	Удельный объем выделяющегося газа, см3/г	Медь	230	41	46	57
Латунь	235	43	49	59
4	Температура раствора, °С		90-100	20-40

Из представленного в таблице 2 видно, что предлагаемый раствор по сравнению с прототипом позволяет уменьшить шероховатость поверхности на 15-20% и увеличить отражательную способность в 1,2-1,4 раза. Использование изобретения дает возможность в 4-5 раз сократить количество вредных выбросов оксидов азота. Пониженная температура и скорость растворения металла дают возможность вести обработку деталей насыпью в установках барабанного типа.

Раствор для химического полирования меди и ее сплавов, включающий ортофосфорную кислоту и соль азотной кислоты, отличающийся тем, что он дополнительно содержит калий марганцово-кислый, а в качестве соли азотной кислоты - аммоний азотно-кислый, при следующем соотношении компонентов, г/л:

Ортофосфорная кислота	1400-1500
Аммоний азотно-кислый	200-280
Калий марганцово-кислый	10-15