本發(fā)明的領(lǐng)域是集中于平滑、磨光和拋光金屬表面的工業(yè)領(lǐng)域，具有諸如，例如，牙科、醫(yī)療、汽車和航空工業(yè)等領(lǐng)域中的應(yīng)用。發(fā)明的目的本發(fā)明的目的涉及平滑和拋光金屬表面的方法，特征在于通過離子傳輸?shù)氖褂?，該離子傳輸使用包含磺酸的游離固體本體作為電解質(zhì)，并且還使用包含磺酸的游離固體本體來執(zhí)行該方法。包含磺酸的游離固體本體的使用具有意味著與現(xiàn)有技術(shù)相比具有顯著的新穎性的顯著的優(yōu)點(diǎn)和特征。發(fā)明的背景存在穩(wěn)定用于拋光金屬的系統(tǒng)，特征在于未結(jié)合到任何載體的顆粒的使用，這意味著通過由于顆粒與待處理的表面之間的相對運(yùn)動(dòng)的摩擦而產(chǎn)生機(jī)械磨損的游離固體本體。所述顆粒必須比待處理的材料更硬。由于磨損的效果與表面和顆粒之間的壓力相關(guān)的事實(shí)，基于機(jī)械磨損的系統(tǒng)缺乏均勻性。這意味著突出的金屬部件比封閉的部件承受更多的磨損。這通常導(dǎo)致待處理部件的頂點(diǎn)和邊緣的過度圓化。這在需要精確性或尖銳邊緣的金屬的機(jī)械系統(tǒng)的使用中是顯著的阻礙。此外，基于機(jī)械磨損的系統(tǒng)在金屬表面上產(chǎn)生取決于顆粒尺寸的水平的變形。在該過程中，金屬表面被來自顆粒的夾雜物污染。金屬表面的組成的這些改性通常導(dǎo)致例如耐化學(xué)性、拉伸強(qiáng)度或耐久性的降低。還存在穩(wěn)定用于拋光金屬的系統(tǒng)，特征在于在浸沒在液體電解質(zhì)中的金屬上的電流的使用。這些電拋光系統(tǒng)提供為不含外部夾雜物的最終金屬表面。然而，電拋光系統(tǒng)對微米量級的粗糙度具有平滑效果。常規(guī)的商業(yè)電拋光系統(tǒng)通常要求對于初始粗糙度從50％至60％的范圍內(nèi)的粗糙度的降低。在許多應(yīng)用中，此平滑水平是不足夠的。此外，電拋光系統(tǒng)由于其固有操作而傾向于露出金屬或金屬鹽或金屬氧化物之下的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。這導(dǎo)致交錯(cuò)的表面、孔和其他與金屬結(jié)構(gòu)相關(guān)的缺陷。因此，電拋光系統(tǒng)在金屬和合金中延伸，因?yàn)榻饘俸秃辖鹩捎谄浠瘜W(xué)性質(zhì)而本質(zhì)上能夠克服這些限制，例如鋁。然而，它們不能用于許多其他金屬和合金中而沒有這些缺點(diǎn)?；跈C(jī)械磨損和電拋光系統(tǒng)的金屬拋光系統(tǒng)的一些問題通過游離固體本體的使用以通過離子傳輸來拋光金屬表面來解決。同一申請人擁有專利es2604830a1，該專利涉及“通過借助于游離固體本體的離子傳輸來平滑和拋光金屬的方法(……)”。所述游離固體本體可以執(zhí)行離子傳輸，該離子傳輸由保留給定量的液體的一組多孔顆粒和保留在這些顆粒中的液體導(dǎo)電電解質(zhì)(優(yōu)選地范圍從1％至10％的hf水溶液)組成。然而，所述電解質(zhì)在許多金屬(諸如，例如鐵和鐵合金)中不提供令人滿意的結(jié)果。本發(fā)明的目的是開發(fā)一種改進(jìn)的干電解質(zhì)，用于在該方法中使用，以借助于游離固體本體通過離子傳輸來平滑和拋光金屬。

背景技術(shù)：

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、在游離固體本體或顆粒中磺酸的使用通過離子傳輸來拋光金屬表面在金屬拋光領(lǐng)域是具備新穎性的，其具有在下文中解釋的優(yōu)點(diǎn)和特征。

2、干電解質(zhì)包括具有保留給定量的液體和給定量的導(dǎo)電液體的能力的一組多孔顆粒。

3、本發(fā)明具體地涉及干電解質(zhì)，其包括具有保留給定量的液體的能力的多孔顆粒以及包含至少一種磺酸的給定量的導(dǎo)電液體。

4、在本發(fā)明中，導(dǎo)電液體包含至少一種磺酸。磺酸由通式rso3h組成，其中r可以是任何有機(jī)取代基，或者是烷基或芳香族的、另一官能團(tuán)或者鹵素原子。

5、這是磺酸的通用結(jié)構(gòu)。

6、

7、優(yōu)選地，所使用的磺酸是在水中或另一種選定的溶解劑中具有高溶解度的那些。此外，優(yōu)選地，與相關(guān)金屬形成可溶性鹽的那些磺酸。例如，可以使用但不出于限制的目的的諸如以下的磺酸：甲磺酸ch3so3h、三氟磺酸cf3so3h、氟磺酸fso3h、氯磺酸clso3h、對甲苯磺酸4-ch3c6h4so3h和氨基磺酸nh2so3h，它們?nèi)吭诖撕蟊硎?/p>

8、

9、磺酸可以在其在工作溫度下為液體或在溶液中的情況下純粹使用?；撬岬淖罴褲舛葢?yīng)經(jīng)驗(yàn)地確定，因?yàn)樗Q于所選擇的磺酸、溶解劑以及還有待處理的部件的參數(shù)，諸如金屬的類型、整個(gè)表面和形狀。在溶液中，由于導(dǎo)電性和溶解性的原因，溶劑的優(yōu)選選擇是水或極性溶劑。優(yōu)選地，水是所選擇的溶解劑。導(dǎo)電液體中磺酸的濃度從1％至70％被證明在這個(gè)過程中是活性的。優(yōu)選地，濃度從2％至40％。這些濃度涉及導(dǎo)電液體在干電解質(zhì)中的最終濃度，而不管如何制備干電解質(zhì)。

10、磺酸是強(qiáng)酸，并且它們在液體或溶液中的處理(就它們在經(jīng)典的電拋光中的用途而言)帶有許多處理風(fēng)險(xiǎn)。在液體狀態(tài)或溶液中，這些磺酸可能在金屬表面上產(chǎn)生不希望的侵蝕。因此，在經(jīng)典的電拋光中使用磺酸之后，通常需要進(jìn)一步的中和步驟。

11、然而，當(dāng)限制于多孔顆粒時(shí)，處理變得更容易并且防止在表面上不想要的侵蝕的風(fēng)險(xiǎn)。此外，由于被限定在顆粒中的事實(shí)，該效應(yīng)將集中在表面粗糙度峰上，因此在需要該效應(yīng)時(shí)具有更強(qiáng)的效應(yīng)。此外，顆粒相對于金屬部件的相對移動(dòng)使得顆粒-金屬接觸時(shí)間相對短，這有利于在表面上的局部作用。

12、具有有機(jī)廢物的磺酸(諸如，例如，但不出于限制的目的，甲磺酸、三氟磺酸以及對甲苯磺酸)比無機(jī)酸極性小得多。因此，這些磺酸的降低的局部極性有利于它們移動(dòng)通過非極性樹脂。即，包含有機(jī)廢物的較小的磺酸，甲磺酸，將受益于這種效果同時(shí)不維持空間位阻。

13、此外，可以將其他化合物添加到導(dǎo)電液體中作為配位劑。這些試劑可以捕獲所形成的金屬離子并且增加從表面去除金屬氧化物和鹽的能力。

14、具有多于一個(gè)官能團(tuán)的配位劑被稱為螯合劑。通過螯合劑(諸如檸檬酸、edta或膦酸鹽)的使用，捕獲和轉(zhuǎn)移金屬離子的效果甚至更高。由于在表面上形成的金屬離子，所述試劑將具有高親和力，并且將有助于將所述離子攜帶至顆粒。

15、在優(yōu)選的實(shí)施例中，配位螯合劑是聚醚。

16、聚醚被定義為在其結(jié)構(gòu)中包括多于一個(gè)醚基團(tuán)(c-o-c)的化合物，而不妨礙它可以進(jìn)而包括其他官能團(tuán)，諸如酯、酸、氨基、酰胺等。

17、已經(jīng)檢查到，將聚醚添加到包含在顆粒中的液體的制劑中增加了轉(zhuǎn)移離子金屬的速度，并且因此增加了拋光過程的速度。

18、在甚至更優(yōu)選的實(shí)施例中，聚醚是直鏈烷基聚醚。在聚醚的組內(nèi)，特別包括冠醚和烷基聚醚。烷基聚醚可以具有不同的形狀，如直鏈、星形、支鏈或梳形。對于電拋光過程，我們發(fā)現(xiàn)直鏈烷基聚醚在該方法中提供最佳結(jié)果，因?yàn)樗鼈冊谛纬山饘俚呐浜衔锏臅r(shí)刻更具活性。

19、在直鏈烷基聚醚螯合配位劑的類別內(nèi)，聚乙二醇或pe是突出的，也稱為聚(氧基-1，2-乙炔基)、聚(環(huán)氧乙烷)、聚氧乙烯、聚氧化乙烯和諸如carbowax或macrogol的品牌；

20、在直鏈烷基聚醚螯合配位劑的類別內(nèi)，聚丙二醇或ppg也是突出的。

21、之后表示了peg和ppg，其中r可以是任何基團(tuán)或官能團(tuán)，優(yōu)選h或ch3。重復(fù)重復(fù)單元的數(shù)量“n”是重要因素。金屬與聚醚的配合物大多采用四面體或八面體的構(gòu)象，這意味著金屬離子分別由四個(gè)或六個(gè)氧原子包圍，這就是最佳重復(fù)的數(shù)量位于n＝6周圍的原因，因?yàn)樗采w了兩種可能性。

22、

23、對于peg的情況，分子量為200至500da是優(yōu)選的。具體地，peg?300是最優(yōu)選的。

24、將這些聚合物peg和ppg加入到用于制備包含磺酸的干電解質(zhì)的導(dǎo)電液體中，在高速下產(chǎn)生電拋光過程和獨(dú)特的最終涂飾劑。這種效果絕對非顯而易見，是由于一系列累積的因素：它們在發(fā)現(xiàn)磺酸的相中是可溶的、它們具有與去除的金屬離子形成配合物的能力、它們充當(dāng)保留在顆粒中的液體與顆粒本身的凝膠相之間的相轉(zhuǎn)移劑、它們對于經(jīng)受該過程的電流的強(qiáng)度和電壓是穩(wěn)定的，并且，此外，它們是生物學(xué)安全的。

25、浸漬多孔顆粒的給定量的導(dǎo)電液體必須足夠高以允許通過干電解質(zhì)的可測量的導(dǎo)電性。此外，這個(gè)量必須低于多孔顆粒的飽和點(diǎn)，以便不存在可觀察到的游離液體，因此是“干”電解質(zhì)。優(yōu)選地，導(dǎo)電液體的量接近但低于多孔顆粒的飽和點(diǎn)。這個(gè)量必須經(jīng)驗(yàn)地確定，因?yàn)樗Q于所使用的磺酸、樹脂的類型、溫度、溶解劑以及濃度。作為示例，相對于樹脂絕對干重，具有52％至58％的水保持能力的amberlite?252rfh，由水中32％的甲磺酸組成的導(dǎo)電液體的最佳量的范圍是從35％至50％。

26、所使用的多孔顆粒的材料優(yōu)選地基于磺酸鹽聚合物，這意味著它具有結(jié)合的活性磺酸基rso3h或rso3-。優(yōu)選地，多孔顆?；撬猁}聚合物是基于苯乙烯共聚物和二乙烯基苯的。具體地，多孔顆?？梢允请x子交換樹脂，諸如，例如但沒有任何限制的目的，amberlite252rfh，其具有1.7eq/l的離子交換能力、1.24g/ml的密度、范圍從0.6至0.8mm的直徑、以及范圍從52％至58％的水保持能力。

27、結(jié)合到聚合物的磺酸基團(tuán)與導(dǎo)電液體中的磺酸之間的協(xié)同效果是令人感興趣的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，以不明顯的方式，這些基團(tuán)具有相同的化學(xué)結(jié)構(gòu)(盡管處于不同的狀態(tài))的事實(shí)有助于金屬離子從導(dǎo)電液體到聚合物基質(zhì)的循環(huán)。金屬離子在溶液中(在溶液中由磺酸鹽配位)和在聚合物中(通過結(jié)合到聚合物的磺酸鹽配位)的直接化學(xué)環(huán)境是相似的。因此，這些狀態(tài)之間的能級的差必須非常低，這大概暗示具有低能量的過渡狀態(tài)，其被轉(zhuǎn)化成更高速的液體-固體轉(zhuǎn)移。這對對于該過程具有兩個(gè)積極的效果，一方面，其使得該過程更有速度，另一方面，其改進(jìn)了樹脂充當(dāng)金屬離子受體的一般能力，這延長了干電解質(zhì)的有用壽命。

28、因此，當(dāng)在干電解質(zhì)中使用磺酸以通過離子傳輸拋光金屬表面時(shí)，這些不明顯的不同效果的總和允許更速度的過程獲得獨(dú)特的結(jié)果，同時(shí)增加了干電解質(zhì)的有用壽命。

29、本發(fā)明的目的還在于包含磺酸的干電解質(zhì)。

30、示例性實(shí)施例

31、此后，呈現(xiàn)一些示例性情況而沒有任何限制的目的。

32、示例1

33、將1.5kg的離子交換樹脂amberlite?252rfh與550ml的4％的甲磺酸對水的溶液混合并均質(zhì)化來制備干電解質(zhì)。這種干電解質(zhì)用于拋光鐵合金的一部分，其具有以下以％表達(dá)的組成：c(0.17-0.23)，si(0.40)，mn(0.65-0.95)，v(0.025)，s(0.050)，cr(0.35-0.70)，ni(0.40-0.70)，mo(0.15-0.55)，cu(0.35)al(0.050)，具有5cm2的表面積。對電極是鈦上銥的網(wǎng)絡(luò)。所使用的電流是在20v下50hz的電流的正波，其提供0.1a的強(qiáng)度。該部分在4hz左右具有向下/向上的運(yùn)動(dòng)，并且干電解質(zhì)容器經(jīng)受振動(dòng)。該過程5分鐘之后，金屬表面已經(jīng)取得了獨(dú)特的性質(zhì)。

34、示例2

35、將5.3kg的離子交換樹脂amberlite?252rfh與1950ml的32％的甲磺酸在水中溶液混合并均質(zhì)化來制備干電解質(zhì)。這種干電解質(zhì)用于拋光鐵合金的一部分，其具有與之前相同的組成，具有36cm2的表面積。對電極是鈦上銥的網(wǎng)絡(luò)。所使用的電流是在30v下50hz的電流的正波。該部分在4hz左右具有向上/向下的運(yùn)動(dòng)，并且干電解質(zhì)容器經(jīng)受振動(dòng)。該過程10分鐘之后，金屬表面已經(jīng)取得了獨(dú)特的性質(zhì)。

36、示例3

37、利用550ml的甲磺酸70％、160ml的peg和3000ml的去離子水來制備溶液。將該溶液與6.7kg離子交換樹脂amberlite252rfh混合并均質(zhì)化來制備干電解質(zhì)。該干電解質(zhì)被用于拋光36cm2的碳鋼的一部分。所使用的對電極是鈦上銥的網(wǎng)絡(luò)。所使用的電流是在30v下50hz的電流的正波。該部分具有4hz左右的向下/向上運(yùn)動(dòng)，并且干電解質(zhì)容器經(jīng)受振動(dòng)。該過程5分鐘之后，金屬表面已經(jīng)取得了獨(dú)特的性質(zhì)。

38、通過這些說明，預(yù)期本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠再現(xiàn)這些結(jié)果而沒有任何進(jìn)一步的問題。