一种金属表面处理抛光液及其制备方法与流程

1.本技术涉及金属表面处理剂技术领域，更具体地说，涉及一种金属表面处理抛光液及其制备方法。


背景技术：

2.目前，大多数汽车零件为不锈钢、铁、铜、铜铁以及铝合金压铸件等金属材质制备得到。汽车零件一般通过铸造工艺、锻造工艺、冷冲模工艺以及铣削加工工艺等相结加工得到，汽车零件在加工的过程中会出现加工痕迹、毛刺和线切割加工变质层，需要在进一步处理。
3.为了消除加工痕迹、毛刺和线切割加工变质层等，需要对各种汽车零件进行抛光加工和表面强化处理，可采用抛光液各种汽车零件进行处理。
4.金属抛光液的种类包括氧化铝抛光液、碳化硅抛光液、金刚石抛光液以及二氧化硅抛光液等。碳化硅抛光液和金刚石抛光液的切削力好、粒径分散均匀以及抛光面出现划痕少，但是成本高，不利于汽车零部件加工厂家降低生产成本，适用于少数紧密汽车零件，不适用于普通的汽车零件；氧化铝抛光液的表面细腻、质地坚硬、密度高、耐磨性好以及耐磨性好，但是，氧化铝抛光液的选择性低和分散稳定性不好等特点会导致抛光面出现划痕，因此，氧化铝抛光液适用于硬度高的金属零件，不能用于材质较软的金属零件；二氧化硅抛光液软硬适中，适合金属制品精密镜面抛光的工序，但切削力相对较弱，不适用于材质较硬的汽车零件。上述种类的抛光液各有各的优点，需要根据各中金属的性质进行选择，导致其使用范围受限制。因此，需要开发一款适用性高且的抛光液。


技术实现要素：

5.为了使得抛光液的适用性提高，抛光性好，且价格成本降低，本技术提供一种金属表面处理抛光液及其制备方法。
6.第一方面，本技术提供一种金属表面处理抛光液，采用如下的技术方案：一种金属表面处理抛光液，包括以下重量百分比的原料制备得到：纳米固体粉末9-17wt％水溶性环氧树脂10-20wt％氧化剂0.5-1wt％其余量为水；所述纳米固体粉末由氧化铝和二氧化硅按照重量比为(3-5)：4混合制备得到。
7.通过采用上述技术方案，提高金属表面处理抛光液的适用性，以适应不同硬度的汽车零件，用于材质软的金属，不会产生擦痕，且本技术使用的原料价格低廉，能够降低企业生产成本。
8.其中，通过采用氧化铝和二氧化硅组成纳米固体粉末，再与水溶性环氧树脂、氧化剂和水制备成金属表面处理抛光液，是为了提高金属表面处理抛光液的切削力，同时又不
会划伤金属表面。氧化铝的硬度比二氧化硅的硬度大，其削切力大，使用时用量控制不好会影响金属抛光效果。氧化铝用量过多，容易在金属表面留下划痕；用量较少，使得金属表面处理抛光液抛光效果降低。本技术中添加一定量的二氧化硅，在金属表面处理抛光液研磨抛光的规程中，与氧化铝相互摩擦，缓和掉一部分氧化铝对金属力的作用，使得氧化铝有适当的削切力，同时不会在金属表面留下划痕。另一方面，本技术中水性环氧树脂也对氧化铝有一个缓冲作用，氧化铝会被水性环氧树脂包裹，使其在研磨的过程中有缓冲作用，减缓氧化铝对金属表面的压力。
9.二氧化硅和氧化铝均为固体，且与水不相容，在水里容易沉底，会影响金属表面处理抛光液的抛光效果。对此，本技术中添加水溶性环氧树脂，水溶性环氧树脂溶于水后，使得金属表面处理抛光液体系的粘度增加，同时水溶性环氧树脂溶于水后能改变金属表面处理抛光液的表面张力，进一步防止二氧化硅和氧化铝沉底，调和金属表面处理抛光液的均匀度。
10.优选的，所述纳米固体粉末为改性纳米固体粉末，由以下制备方法制备得到：s1、将纳米固体粉末置于三乙胺中回流加热，回流加热的温度为70-80℃，得到碱化纳米固体粉末；s2、将乙烯基三乙氧基硅烷、正硅酸四甲酯、乙醇和水按照一定比例混合，得到硅胶溶液；s3、将碱化纳米固体粉末和硅胶溶液进行研磨，一边研磨一边加入磷酸，研磨温度50-60℃，直到ph为中性，再加入偶联剂和水性环氧树脂研磨，烘干，得到改性纳米固体粉末。
11.氧化铝高硬度主要由于其晶体结构的特殊结构所决定的，氧化铝的硬度使得其成为一种很好的磨料，适用于硬度高的金属，但如果金属的的表面硬度不够，就会使金属表面留下划痕。二氧化硅能进一步缓冲一部分氧化铝对金属力的作用对金属力的作用，使得氧化铝有适当的削切力，但是纳米级的二氧化硅的缓冲力度有限。对此，本技术中对纳米固体粉末进行改性，使得金属表面处理抛光液能够适用于材质更柔软的金属。
12.其中，通过三乙胺的作用使得氧化铝和二氧化硅的表面碱化，有利于后续步骤的反应。通过步骤s2制备的硅胶溶液与碱化纳米固体粉末，进行研磨，可以改变氧化铝和二氧化硅的表面性质，有利于步骤s3后续步骤的进行。
13.通过步骤s3的处理，使得氧化铝的表面较为柔软，但是硬度不变，可以对金属表面起到良好的研磨作用，同时二氧化硅的表面也进行了改性，能进一步缓冲氧化铝对金属力的作用，两者相互作用进一步降低氧化铝硬度高对材质软金属的影响。同时通过添加偶联剂和环氧树脂，有利于防止氧化铝和二氧化硅沉底，提高金属表面处理抛光液的稳定性。
14.优选的，制备所述改性纳米固体粉末所用原料的重量份如下：纳米固体粉末20-30份三乙胺20-30份乙烯基三乙氧基硅烷2-5份正硅酸四甲酯4-6份乙醇10-15份水8-10份
磷酸10-20份偶联剂1-2份水性环氧树脂5-10份。
15.通过采用上述技术方案，优化制备改性纳米固体粉末原料的用量，在不改变氧化铝的硬度的情况下，有利于提高氧化铝表面的柔软性，使得金属表面处理抛光液能够适用于材质更柔软的金属。
16.优选的，所述氧化铝的平均粒径为10-50nm，所述二氧化硅的平均粒径为100-200nm。
17.通过采用上述技术方案，进一步提高氧化铝和二氧化硅的配合度，在不改变抛光效果的情况下，减少强硬度氧化铝对材质软的金属。
18.优选的，所述氧化剂包括过氧化氢、碘酸钾、碘酸钠、碘酸钙、碘酸钡、过氧化苯甲酰、过硫酸钾、过硫酸钙和过硫酸钠中的至少一种。
19.通过采用上述技术方案，能够提高抛光液的抛光效率，使得金属表面的平整度提高。
20.优选的，所述水性环氧树脂为混合水性环氧树脂，所述混合水性环氧树脂由以下方法制备得到：先将聚乙二醇与水混合，保持温度25-30℃时，搅拌待其完全溶解后得到溶液，再将该溶液与水性环氧树脂液混合得到胶液，再加入分散剂，充分搅拌，抽气，静置待表面再无气泡，即得到混合水性环氧树脂。
21.通过采用上述技术方案，使得水性环氧树脂能够吸附于氧化铝和二氧化硅的表面，金属表面处理抛光液在进行研磨时，氧化铝和二氧化硅具有良好的流动性，能够均匀分布，以提高抛光效率和抛光质量。
22.优选的，制备所述混合水性环氧树脂所用原料的重量份如下：聚乙二醇2-8份水10-30份环氧树脂20-35份分散剂2-5份。
23.通过采用上述技术方案，优化制备混合水性环氧树脂的原料用量，进一步提高水性环氧树脂能够吸附于氧化铝和二氧化硅的表面能力，有利于提高氧化铝和二氧化硅的流动性，以提高抛光效率和抛光质量。
24.优选的，所述分散剂包括阿拉伯胶、乙二醇、丙三醇中的至少一种。
25.通过采用上述技术方案，有利于氧化铝和二氧化硅在吸附水性环氧树脂，具有良好的流动性，使得纳米固体粉末的分散性提高，有利于提高抛光液的抛光效率。
26.优选的，所述水性环氧树脂的平均分子量为500-5500，环氧值为1-3eq/100g，在25℃下粘度为2000-8000mpa.s。
27.通过采用上述技术方案，调节金属表面处理抛光液的粘度，提高金属表面处理抛光液与金属零件之间的摩擦力，有利于金属零件的抛光。同时环氧树脂对纳米固体粉末具有缓冲作用，减缓纳米固体粉末对材质软的金属的作用力，减少划痕的产生。进一步地，也能提高持金属表面处理抛光液体系的均匀度，减少在研磨过程中纳米固体粉末混合不均现
象。
28.第二方面，本技术提供一种金属表面处理抛光液的制备方法，采用如下技术方案：一种金属表面处理抛光液的制备方法，按照重量百分比计，将纳米固体粉末、水溶性环氧树脂、氧化剂和水混合，直到体系的粘度达到500-800mpa.s，即得到金属表面处理抛光液。
29.通过采用上述技术方案，制备的金属表面处理抛光液体系均匀，纳米固体粉末不易沉底，且对各种金属具有良好的抛光作用，不留划痕。
30.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、本技术通过将纳米固体粉末、水溶性环氧树脂、氧化剂和水制备金属表面处理抛光液，其中，纳米固体粉末由氧化铝和二氧化硅按照重量比为(3-5)：4混合制备得到，通过氧化铝和二氧化硅的配合，同时通过水溶性环氧树脂的缓冲，减少因氧化铝强度过高给材质软的金属造成的伤害。另一方面，水溶性环氧树脂溶于水后，使得金属表面处理抛光液体系的粘度增加，进一步防止二氧化硅和氧化铝沉底，调和金属表面处理抛光液的均匀度。
31.2、本技术中先将纳米固体粉末和三乙胺反应，制备碱化纳米固体粉末，对纳米固体粉末进行改性，有利于后续反应；乙烯基三乙氧基硅烷、正硅酸四甲酯、乙醇和水制备硅胶溶液；再将碱化纳米固体粉末和硅胶溶液研磨，加磷酸调节ph值，再与偶联剂、水性环氧树脂研磨，烘干，得到改性纳米固体粉末进一步降低氧化铝硬度高对材质软金属的影响，提高金属表面处理抛光液的适用性。
32.3、本技术通过将聚乙二醇、水、水性环氧树脂和分散剂制备混合水性环氧树脂，使得水性环氧树脂能够吸附于氧化铝和二氧化硅表面，提高氧化铝和二氧化硅的流动性，使其金属表面处理抛光液体系稳定，有利于提高抛光液的抛光效率和抛光质量。
具体实施方式
实施例
33.实施例1一种金属表面处理抛光液，由以下方法制备得到：将纳米固体粉末90.00g、水溶性环氧树脂100.00g、氧化剂5.00g(过硫酸钠)和水805.00g混合，直到体系的粘度达到500mpa.s，即得到金属表面处理抛光液。
34.纳米固体粉末由氧化铝和二氧化硅按照重量比为3：4混合制备得到，氧化铝的平均粒径为10nm，所述二氧化硅的平均粒径为100nm。
35.水性环氧化树脂的平均分子量为500，环氧值为1eq/100g，在25℃下粘度为2000mpa.s。
36.实施例2-3与实施例1的不同之处在于，制备金属表面处理抛光液的部分原料种类、用量以及参数不同，其余与的实验步骤均与实施例1不同，实施例1-3的具体差异，见表1：表1实施例1-3金属表面处理抛光液的原料种类、用量以及参数
实施例4一种金属表面处理抛光液，本实施例去与实施例1的不同之处在于，纳米固体粉末为改性纳米固体粉末，改性纳米固体粉末由以下制备方法制备得到：s1、将纳米固体粉100.00g末置于三乙胺200.00g中回流加热，回流加热的温度为70℃，得到碱化纳米固体粉末；s2、将乙烯基三乙氧基硅烷20.00g、正硅酸四甲酯40.00g、乙醇100.00g和水80.00g混合，得到硅胶溶液；s3、将碱化纳米固体粉末和硅胶溶液进行研磨，一边研磨一边加入磷酸100.00g，研磨温度50℃，直到ph为中性，再加入偶联剂10.00g(乙烯基三乙氧基硅烷)和水性环氧树脂50.00g研磨，烘干，得到改性纳米固体粉末。
37.纳米固体粉末由氧化铝和二氧化硅按照重量比为3：4混合制备得到，氧化铝的平均粒径为10nm，所述二氧化硅的平均粒径为100nm。
38.水性环氧化树脂的平均分子量为500，环氧值为1eq/100g，在25℃下粘度为2000mpa.s。
39.实施例5-6与实施例4的不同之处在于，制备改性纳米固体粉末的部分原料种类、用量以及实验参数不同，其余制备步骤均与实施例4相同，实施例4-6的具体差异见表2：表2实施例4-6制备改性纳米固体粉末的原料种类、用量以及实验参数
实施例7一种金属表面处理抛光液，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中的水溶环氧树脂为混合水性环氧树脂，混合水性环氧树脂由以下方法制备得到：先将聚乙二醇20.00g与水100.00g混合，保持温度25℃时，搅拌待其完全溶解后得到溶液，再将该溶液与水性环氧树脂200.00g混合得到胶液，再加入分散剂20.00g(乙二醇)，充分搅拌，抽气，静置待表面再无气泡即得到混合水性环氧树脂。
40.水性环氧化树脂的平均分子量为500，环氧值为1eq/100g，在25℃下粘度为2000mpa.s。
41.实施例8一种金属表面处理抛光液，本实施例与实施例4的不同之处在于，本实施例中的水溶环氧树脂为混合水性环氧树脂，混合水性环氧树脂由以下方法制备得到：先将聚乙二醇80.00g与水300.00g混合，保持温度30℃时，搅拌待其完全溶解后得到溶液，再将该溶液与环氧树脂350.00g混合得到胶液，再加入分散剂50.00g(阿拉伯胶)，充分搅拌，抽气，静置待表面再无气泡即得到混合水性环氧树脂。
42.水性环氧化树脂的平均分子量为500，环氧值为1eq/100g，在25℃下粘度为2000mpa.s。
43.实施例9一种金属表面处理抛光液，本实施例与实施例4的不同之处在于，在制备改性纳米固体粉末的过程中，将乙二胺代替等量的三乙胺，其余原料的种类、用量以及实验步骤均与实施例4一致。
44.实施例10一种金属表面处理抛光液，本实施例与实施例4的不同之处在于，在制备改性纳米固体粉末的过程中，省略步骤s1，在步骤s3中将纳米固体粉末和硅胶溶液进行研磨，其余原料的种类、用量以及实验步骤均与实施例4一致。
45.实施例11一种金属表面处理抛光液，本实施例与实施例4的不同之处在于，在制备改性纳米固体粉末的过程中，省略步骤s2，在步骤s3中将纳米固体粉末和水进行研磨，其余原料的种类、用量以及实验步骤均与实施例4一致。
46.实施例12一种金属表面处理抛光液，本实施例与实施例7的不同之处在于，在制备混合水性环氧树脂的过程中，使用吐温代替等量的聚乙二醇，其余原料的种类、用量以及实验步骤均与实施例7一致。
47.实施例13一种金属表面处理抛光液，本实施例与实施例7的不同之处在于，在制备混合水性环氧树脂的过程中，使用水性丙烯酸树脂代替等量的水性环氧树脂，其余原料的种类、用量以及实验步骤均与实施例7一致。
48.实施例14一种金属表面处理抛光液，本实施例与实施例7的不同之处在于，在制备混合水性环氧树脂的过程中，使用水性氨基树脂代替等量的水性环氧树脂，其余原料的种类、用量以
及实验步骤均与实施例7一致。
49.水性氨基树脂为正丁醚化氨基树脂，固体含量为60％，粘度为120秒/25℃涂-4，酸价为1.5，容忍度7。
50.对比例对比例1一种金属表面处理抛光液，本实施例与实施例1的不同之处在于，将水性氨基树脂代替等量的水溶性环氧树脂，其余原料的种类、用量以及实验步骤均与实施例1一致。
51.水性氨基树脂为正丁醚化氨基树脂，固体含量为60％，粘度为120秒/25℃涂-4，酸价为1.5，容忍度7。
52.对比例2一种金属表面处理抛光液，本实施例与实施例1的不同之处在于，将水性丙烯酸树脂代替等量的水溶性环氧树脂，其余原料的种类、用量以及实验步骤均与实施例1一致。
53.水性丙烯酸树脂的平均分子量为5000，酸值为200mgkoh/g。
54.对比例3一种金属表面处理抛光液，本实施例与实施例1的不同之处在于，将水代替等量的二氧化硅，其余原料的种类、用量以及实验步骤均与实施例1一致。
55.对比例4一种金属表面处理抛光液，本实施例与实施例1的不同之处在于，将水代替等量的氧化铝，其余原料的种类、用量以及实验步骤均与实施例1一致。
56.性能检测试验对实施例1-14和对比例1-4制得的金属表面处理抛光液，进行测试外观测试和粗糙度测试。
57.检测方法/试验方法样品准备：准备材质为铝、铝铁合金、铜、铁、不锈钢和钢钛合金作为基材，且型号均为80*60*10mm，且表面粗糙度相同，硬度从小到大依次为铝、铝铁合金、铜、铁、不锈钢和钢钛合金。
58.抛光过程：使用bde-1b变频调速光学二轴研磨抛光机对基材进行单面抛光，抛光的工艺条件为：研抛盘转速120r/min，研抛压力0.5n/cm2，研抛偏心距30mm，频率16hz，抛光时间10min。
59.外观测试和粗糙度测试：抛光后观察铝合金表面是否有擦痕，若有擦痕，则不用测量粗糙度；若没有擦痕，再测量铝合金基材的表面的粗糙度。采用表面粗糙粗糙度测试仪，型号为smpi-200触针式粗糙度高精表面轮廓扫描测量检测仪，购买于津工仪器科技(苏州)有限公司。
60.试验数据如表3所示：表3性能检测实验数据
由实施例1-14和对比例1-4，并结合表3可知，通过采用本技术中的金属表面处理抛光液可适用于不同硬度的金属，适用性强，且抛光效果好、抛光效率高。
61.由实施例1和对比例1-2相比较，对比例1中铝在抛光过程中有擦痕出现，铝铁合金、铜、铁、不锈钢和钢钛合金的粗糙度均没有实施例1的好；对比例2中铝和铝铁合金在抛光过程中均出现了擦痕，铜、铁、不锈钢和钢钛合金的粗糙度均没有实施例1的好，说明本技术中通过将纳米固体粉末、水溶性环氧树脂、氧化剂和水制备金属表面处理抛光液，能够提高其抛光效果好、抛光效率高。
62.由实施例1和对比例3相比较，对比例3中铝、铝铁合金和铜在抛光过程中均出现了擦痕，铁、不锈钢和钢钛合金的粗糙度值均高于实施例1，说明使用氧化铝能提高抛光液的抛光性能，会降低其使用范围。
63.由实施例1和对比例4相比较，对比例4中铝、铝铁合金、铜、铁、不锈钢和钢钛合金的粗糙度值均高于实施例1，说明申请通过氧化铝和二氧化硅联合使用能够提高金属表面处理抛光液的抛光效果和适用性。
64.实施例1和实施例4相比较，实施例4中铝、铝铁合金、铜、铁、不锈钢和钢钛合金的
粗糙度值均低于实施例1，说明通过采用本技术的制备方法制备改性纳米固体粉末，可进一步提高金属表面处理抛光液的抛光效果。
65.实施例1和实施例7相比较，实施例7中铝、铝铁合金、铜、铁、不锈钢和钢钛合金的粗糙度值均低于实施例1，说明通过采用本技术的制备方法制备水性环氧树脂，可进一步提高金属表面处理抛光液的抛光效果。
66.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：
1.一种金属表面处理抛光液，其特征在于，包括以下重量百分比的原料制备得到：纳米固体粉末9-17wt%水性环氧树脂10-20wt%氧化剂0.5-1wt%其余量为水；所述纳米固体粉末由氧化铝和二氧化硅按照重量比为（3-5）：4混合制备得到。2.根据权利要求1所述的一种金属表面处理抛光液，其特征在于：所述纳米固体粉末为改性纳米固体粉末，由以下制备方法制备得到：s1、将纳米固体粉末置于三乙胺中回流加热，回流加热的温度为70-80℃，得到碱化纳米固体粉末；s2、将乙烯基三乙氧基硅烷、正硅酸四甲酯、乙醇和水按照一定比例混合，得到硅胶溶液；s3、将碱化纳米固体粉末和硅胶溶液进行研磨，一边研磨一边加入磷酸，研磨温度50-60℃，直到ph为中性，再加入偶联剂和环氧树脂研磨，烘干，得到改性纳米固体粉末。3.根据权利要求1所述的一种金属表面处理抛光液，其特征在于，制备所述改性纳米固体粉末所用原料的重量份如下：纳米固体粉末20-30份三乙胺20-30份乙烯基三乙氧基硅烷2-5份正硅酸四甲酯4-6份乙醇10-15份水8-10份磷酸10-20份偶联剂1-2份环氧树脂5-10份。4.根据权利要求1所述的一种金属表面处理抛光液，其特征在于，所述氧化铝的平均粒径为10-50nm，所述二氧化硅的平均粒径为100-200nm。5.根据权利要求1所述的一种金属表面处理抛光液，其特征在于，所述氧化剂包括过氧化氢、碘酸钾、碘酸钠、碘酸钙、碘酸钡、过氧化苯甲酰、过硫酸钾、过硫酸钙和过硫酸钠中的至少一种。6.根据权利要求1所述的一种金属表面处理抛光液，其特征在于，所述水性环氧树脂为混合水性环氧树脂，所述混合水性环氧树脂由以下方法制备得到：先将聚乙二醇与水混合，保持温度25-30℃时，搅拌待其完全溶解后得到溶液，再将该溶液与水性环氧树脂液混合得到胶液，再加入分散剂，充分搅拌，抽气，静置待表面再无气泡，即得到混合水性环氧树脂。7.根据权利要求1所述的一种金属表面处理抛光液，其特征在于：制备所述混合水性环氧树脂所用原料的重量份如下：聚乙二醇2-8份水10-30份
水性环氧树脂20-35份分散剂2-5份。8.根据权利要求1所述的一种金属表面处理抛光液，其特征在于：所所述分散剂包括阿拉伯胶、乙二醇、丙三醇中的至少一种。9.根据权利要求1所述的一种金属表面处理抛光液，其特征在于：所述水性环氧树脂的平均分子量为500-5500，环氧值为1-3eq/100g，在25℃下粘度为2000-8000mpa.s。10.一种如权利要求1-9任一项权利要求所述金属表面处理抛光液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照重量百分比计，将纳米固体粉末、水溶性环氧树脂、氧化剂和水混合，直到体系的粘度达到500-800mpa.s，即得到金属表面处理抛光液。

技术总结
本申请涉及金属表面处理剂技术领域，更具体地说，涉及一种金属表面处理抛光液及其制备方法。包括以下重量百分比的原料制备得到：纳米固体粉末9-17wt%、水性环氧树脂10-20wt%、氧化剂0.5-1wt%、其余量为水，所述纳米固体粉末由氧化铝和二氧化硅按照重量比为（3-5）：4混合制备得到，通过采用氧化铝和二氧化硅组成纳米固体粉末，再与水溶性环氧树脂、氧化剂和水制备成金属表面处理抛光液，是为了提高金属表面处理抛光液的切削力，同时又不会划伤材质软的金属表面，提高金属表面处理抛光液的适用性，以适应不同硬度的汽车零件，且本申请使用的原料价格低廉，能够降低企业生产成本。能够降低企业生产成本。


技术研发人员：高志刚 杨红波
受保护的技术使用者：东莞市海发科技发展有限公司
技术研发日：2023.06.26
技术公布日：2023/10/11