金属精细抛光凹凸棒石粉及其制备方法和应用转让专利
申请号 : CN201811554263.1
文献号 : CN111334254B
文献日 : 2021-04-23
发明人 : 白志民 , 余良 , 李桂金 , 李硕
申请人 : 中国地质大学(北京)
摘要 :
权利要求 :
1.金属精细抛光凹凸棒石粉用于对金属表面进行抛光处理的用途,其特征在于,所述金属精细抛光凹凸棒石粉由棒长在0.3‑2μm的范围内并且棒长/直径比在15‑40范围内的棒状粉体组成,并且所述棒状粉体具有的原子数比结构式为:(Mg,Al,Fe)2.02(Si,Al)3.98O9.99(OH)3.98·4.05H2O,(Mg,Al,Fe)1.98(Si,Al)4.02O10.01(OH)3.99·4.02H2O,(Mg,Al,Fe)2.01(Si,Al)3.99O10.01(OH)3.99·3.99H2O,或(Mg,Al,Fe)1.97(Si,Al)4.03O9.97(OH)4.02·4.03H2O;
所述金属精细抛光凹凸棒石粉的莫氏硬度在2‑2.5的范围内;
所述棒状粉体经过利用选自由六偏磷酸钠、油胺、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠和三乙醇胺中的至少一种表面改性剂进行表面改性;
经过所述抛光处理后的金属表面的粗糙度小于6nm。
2.根据权利要求1所述的用途,其特征在于,所述金属表面由选自碳钢、不锈钢、轴承钢、铜合金和镍合金中的至少一种形成。
3.根据权利要求1所述的用途,其特征在于,所述金属精细抛光凹凸棒石粉不含石英矿物成分。
4.根据权利要求1所述的用途,其特征在于,所述棒状粉体的棒长在1~2μm的范围内。
5.根据权利要求1所述的用途,其特征在于,所述金属精细抛光凹凸棒石粉通过以下方法制备,所述方法包括:
将天然凹凸棒石矿物进行湿磨法加工,得到粉状物料;
将所得的粉状物料与水和所述表面改性剂均匀混合后进行旋流提纯和分级,得到棒长在0.3‑2μm范围内并且棒长/直径比在15‑40范围内的棒状粉体;
将所得的棒状粉体进行干燥和再分散,由此得到所需的金属精细抛光凹凸棒石粉。
6.根据权利要求1所述的用途,其特征在于,将所述金属精细抛光凹凸棒石粉与选自水、乙醇、柴油和润滑油中的至少一种均匀混合,以形成用于金属精细抛光的抛光液。
7.根据权利要求6所述的用途,其特征在于,基于所述抛光液的总质量,所述金属精细抛光凹凸棒石粉的含量为8.5%~11.5%。
说明书 :
金属精细抛光凹凸棒石粉及其制备方法和应用
技术领域
背景技术
粗糙度,提高光泽度并消除污渍,主要用于金属工件的细研磨抛光。抛光粉通常由α‑刚玉、
石英、氧化铈、氧化镧、氧化锆、碳化硅、氮化硅等组分组成,它们的莫氏硬度(Moh's
hardness)大都在7以上,属于高硬度磨料,因而在精细抛光中易产生硬擦痕。
大于7,使得在精细抛光中都易于产生硬擦痕。同时,尽管石墨、滑石、叶蜡石等莫氏硬度低
于2的矿物粉末无需煅烧即可用作金属表面精细抛光,但由于硬度过低,导致存在抛光时间
长、效率不高等不足。
发明内容
抛光凹凸棒石粉能够实现本发明的目的。
为(Mg,Al,Fe)1.98‑2.05(Si,Al)3.98‑4.05O9.98‑10.05(OH)3.9‑4.1·(3.9‑4.1)H2O、棒长在0.3‑2μm的
范围内并且棒长/直径比在15‑40的范围内。
1%‑2%的Fe2O3和19%‑21%的水;更优选地所述金属精细抛光凹凸棒石粉由天然凹凸棒石
矿物的经过表面改性的棒状粉体组成。
长/直径比在15‑40范围内的棒状粉体;
地基于所述抛光液的总质量,所述金属精细抛光凹凸棒石粉的含量为8.5%~11.5%。
少一种形成。
抛光效果明显(抛光后金属的表面粗糙度小于6nm)。
程中不会造成抛光金属表面的硬擦伤;同时相比于诸如石墨等的硬度过低(通常低于2)的
抛光粉,利用本发明的金属精细抛光凹凸棒石粉的抛光效率显著更高(通常在约10分钟内
可使金属表面粗糙度降低90%以上),尤其适用于高粗糙度(约50‑100nm)的金属表面精细
抛光。
境友好的。
具体实施方式
究中,对于现有的高硬度抛光材料如煅烧高岭土或高硬度微纳米抛光材料颗粒会使得被抛
光表面产生过多硬擦痕或微擦痕的原因,经过深入的研究,本发明的发明人发现,除了这些
抛光材料本身的硬度过高之外,造成这样的擦痕的原因至少还在于,在将这样的高硬度抛
光材料用于表面精细抛光时,其抛光方式是以该抛光材料中的硬(球形)颗粒的线滑动切削
抛光为主,因而会在被抛光表面上产生诸多擦痕。
光粉用于金属表面精细抛光时,由于棒状粉体矿物具有规则的形貌,能够对被抛光金属的
微凸起进行研磨,同时棒状粉体矿物还通过不规则的旋转滑移而对金属表面进行精细抛
光。这样的抛光作用方式不同于前述硬质抛光材料颗粒以点接触线运动的切削抛光机制,
不仅有效地避免了硬颗粒点接触线运动对抛光面的硬划伤(导致擦痕),而且抛光效率更高
且精度更好的特点。进一步地,在利用由棒状粉体矿物组成的抛光材料进行金属表面精细
抛光加工时,本发明的发明人还发现,要获得供硬度适中、金属精细抛光效果好、效率高且
环保清洁的抛光材料,使用的棒状粉体矿物材料需要具有特定的化学组成、棒长以及棒长
与直径比,并且这样的棒状粉体矿物材料还需要经过表面改性处理。
粉”、“金属精细抛光凹凸棒石抛光粉”和“本发明的抛光粉或抛光材料”可以互换使用。
擦痕,同时还可以提高抛光效率。
数比)、棒长在0.3‑2μm的范围内并且棒长/直径比在15‑40的范围内。不受限于特定理论,该
化学组成结构式中的(3.9‑4.1)H2O可以是位于孔道中的沸石水,而(OH)3.9‑4.1可以是占据凹
凸棒石矿物晶格中确定配位位置的结构水,这些在矿物化中统称为水(H2O)。本发明的发明
人已发现,这样的棒状形态规则,硬度适中(在2‑2.5的范围内)。而且,本发明的发明人出乎
意料地发现,具有由这样的棒状粉体组成的金属精细抛光凹凸棒石粉在金属精细抛光应用
中,才有可能充分利用该棒状粉体的规则的形态对被抛光金属的微凸起或凹凸不平处进行
研磨,同时棒状粉体矿物还通过不规则的旋转滑移而对金属表面进行精细抛光,可以降低
金属表面的粗糙度,提高光泽度,抛光效果明显,从而实现优异的金属精细抛光效果。该抛
光粉优选不含莫氏硬度过高(例如大于2.5)的硬颗粒,抛光过程中不会造成抛光面硬擦伤,
抛光效率高(在约10分钟内可使粗糙度降低90%以上,抛光后金属表面的粗糙度小于约
6nm),尤其适用于初始粗糙度在50‑100nm或80‑100nm的金属表面精细抛光。
是棒状粉体,但其棒长不在上述特定的范围内(过大例如大于2μm或过小例如小于0.6μm),
或者如果即使是棒状粉体,但其棒长/直径比不在上述特定的范围内(过大例如高于40或过
小例如低于15),所获得的抛光材料都不能充分实现上述的精细抛光效果和效率。
十二烷基苯磺酸钠和三乙醇胺中的一种或多种。表面改性可以通过例如将表面改性剂与片
状粉体充分混合的方式实现,也可以通过本领域熟知的其他方式实现。通过这样的表面改
性,使得本发明的金属精细抛光凹凸棒石粉可以进一步减少或消除金属精细抛光过程中对
抛光表面产生的擦痕同时提高抛光效率。尽管在本发明中对于表面改性剂的用量没有特别
要求,但优选地基于叶蛇纹石粉的总质量,使用0.01~0.1%的表面活性剂。
晶棒状粉体;更优选地所述金属精细抛光凹凸棒石粉由天然凹凸棒石矿物的经过表面改性
的棒状粉体组成。优选地金属精细抛光凹凸棒石粉按各元素的氧化物质量计的组成为:
54%‑56%的SiO2、14%‑15%的MgO、7%‑8%的Al2O3、1%‑2%的Fe2O3和19%‑21%的水。优
选地,在所使用的矿物原料中不含有高硬度矿物石英。如本文中使用的,表述“不含石英”是
指在利用X射线粉晶衍射仪进行检测时没有检出石英的存在,而且在利用偏光显微镜进行
检测时也没有检出石英的存在。
测量棒长的粉体颗粒测得的棒状粉体的直径尺寸。相应地,棒状粉体的棒长/直径比是指所
测得的各个棒状体的棒长与其直径比的平均值。
后,经搅拌湿磨法(例如球磨机湿磨法)加工得到细碎粉料;将所得到的细碎粉料与水和表
面改性剂均匀混合后进行旋流提纯和分级,得到棒长在0.3‑2μm范围内且棒长/直径比在
15‑40范围内的棒状粉体;将所得的棒状粉体进行干燥(例如在烘箱中)和再分散(例如利用
高速分散机),由此得到所需的金属精细抛光凹凸棒石粉,其莫氏硬度在2.0‑2.5的范围内。
抛光液可以提高光泽度,属软抛光,并且通常不会在金属表面产生硬擦痕。本发明的抛光液
通过将选自水、乙醇、柴油和润滑油中的至少一种与上述金属精细抛光凹凸棒石粉均匀混
合而获得。优选地,基于抛光液的总质量,本发明的金属精细抛光凹凸棒石粉的含量为
8.5%~11.5%,或者该抛光液的固含量(质量含量)为8.5%~11.5%。
一个优选实施方案中,使用本发明的金属精细抛光凹凸棒石粉进行抛光处理的金属表面的
初始粗糙度为约50‑100nm或80‑100nm,并且经抛光处理后的金属表面的粗糙度小于6nm。
一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
级处理并在线测量粉体尺寸(BT‑9300ST型激光粒度分布仪),并收集棒长在1‑2μm范围内且
棒长/直径比在20‑30范围内的棒状粉体的溢流液。将所得的溢流液进行干燥(HB881‑8干燥
箱,105℃干燥,直至恒重)并进行再分散(MGS高速分散机),由此得到所需的金属精细抛光
凹凸棒石粉。
子数比组成结构式为(Mg,Al,Fe)2.02(Si,Al)3.98O9.99(OH)3.98·4.05H2O利用扫描电子显微镜
(s4800冷场发射扫描电子显微镜)观察所得金属精细抛光凹凸棒石粉的粉体形貌,并且测
量其中的粉体的棒长和直径,并获得棒长/直径比。所得到的金属精细抛光凹凸棒石粉中的
棒状粉体的棒长在0.8~2μm的范围内,并且棒长/直径比在20~30的范围内。
2
尺寸为2x2cm(表面面积为4cm)且厚度为2mm的方形304不锈钢板试样(利用FPOPTO‑OPTED
粗糙度测量仪,试样的初始表面粗糙度为42nm)进行抛光(重复次数为5次)。抛光结束后,利
用粗糙度测量仪再次测量试样的表面粗糙度。作为结果,该试样经抛光处理后的表面粗糙
度为4.4nm(为三次测量的平均值),经抛光后的试样表面上观察不到明显的硬擦痕。
凸棒石粉中的粉体的形貌呈棒状,其棒长在0.6~1.8μm的范围内并且棒长/直径比在24~
36的范围内。
的抛光处理过程。作为结果,该试样在经10min的抛光处理后的表面粗糙度为5.2nm(三次测
量的平均值),并且经抛光后的试样表面上观察不到明显的硬擦痕。
凸棒石粉中的粉体的形貌棒状,其棒长在0.5~1.7μm的范围内并且棒长/直径比在17‑35的
范围内。
并进行相同的抛光处理过程。作为结果,该试样在经10min的抛光处理后的表面粗糙度为
4.9nm(三次测量的平均值),并且经抛光后的试样表面上观察不到明显的硬擦痕。
棒石粉中的粉体的形貌呈棒状,其棒长在0.4~1.9μm的范围内并且棒长/直径比在17‑38的
范围内。
并进行相同的抛光处理过程。作为结果,该试样在经10min的抛光处理后的表面粗糙度为
4.2nm(三次测量的平均值),并且经抛光后的试样表面上观察不到明显的硬擦痕。
次测量的平均值),并且在经抛光后的试样表面上观察到非常多的硬擦痕。
棒石粉中的粉体的形貌呈棒状,其棒长小于0.3μm并且棒长/直径比小于14。
面粗糙度为8.8nm(三次测量的平均值),并且在经抛光后的试样表面上观察到较多的硬擦
痕。
粉中的粉体的形貌呈棒状;其棒长大于2μm并且棒长/直径比远小于15。
经30min抛光处理后的表面粗糙度为11nm(三次测量的平均值),并且在经抛光后的试样表
面上仍可观察到较明显的残余擦痕。
凸棒石粉中的粉体的形貌棒状,其棒长在1.0~1.7μm的范围内,并且棒长/直径比在10~15
的范围内。
面粗糙度为16.8nm(三次测量的平均值),并且经抛光后的试样表面仍有较多的明显擦痕。
硬度适中、金属精细抛光效果好、效率高(能够在约10min的短时间内将诸如不锈钢等的金
属表面粗糙度降低至小于6nm)且环保清洁的抛光材料。
径之比不在所述特定的范围内,由这样的抛光材料制得的抛光粉或抛光液都不能充分实现
本发明所预期的精细抛光效果和效率。
这些改变和变型均属于本发明的保护范围。