CA1328598C

CA1328598C - Bains et procede pour le polissage chimique de surfaces en acier inoxydable

Info

Publication number: CA1328598C
Application number: CA000553807A
Authority: CA
Inventors: Daniel Tytgat; Marianne Reignier; Francois Dujardin
Original assignee: Solvay SA
Current assignee: Solvay SA
Priority date: 1986-12-15
Filing date: 1987-12-08
Publication date: 1994-04-19
Anticipated expiration: 2011-04-19
Also published as: JP2614879B2; EP0274776A1; ES2062977T3; DE3789102T2; DK655087A; JPS63161179A; NO173025B; DK170861B1; ATE101662T1; FI83545C; DK655087D0; FI875506L; FR2608173B1; NO875201L; FI875506A0; BR8706782A; NO173025C; EP0274776B1; FI83545B; FR2608173A1

Abstract

PRECIS DE LA DIVULGATION:

L'invention concerne des bains pour le polissage chimique de surfaces en acier inoxydable comprenant, en solution aqueuse, un mélange d'acide chlorhydrique, d'acide phosphorique, d'acide nitrique et d'acide sulfosalicylique et au moins un composé abiétique.
L'invention concerne également un procédé pour le polissage d'une surface en acier inoxydable, selon lequel on met la surface en contact avec un bain de polissage chimique, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre un bain tel que défini précédemment.

Description

~ 1328598 Bains et procédé pour le polissage chimique de surfaces en acier inoxy~dable Cas S.86/24 SOLVAY & Cie (Soci~té Anonyme) La présente invention a pour ob~et la compositlon de bains ;-pour le polissage chimique de surfaces en acier inoxydable.
Le polissage chimique des surfaces métalliques constitue une technique bien connue (Polissage électrolytique et chimique des métaux - W.J. Mc G. TEGART - Dunod - 1960 - p. 122 et suivantes);
elle conslste à traiter les surfaces métalliques à polir avec des bains oxydants. Pour le polissage chimique des aciers inoxydables austénitiques, on utilise généralement des bains comprenant un mélange, en solution aqueuse, d'acides chlorhydrique, phospho-rique et nitrique (brevet US-A-2662814). Pour améliorer la qualité du polissage, il est habituel d'incorporer à ces bains des additifs adéquats tels que des agents tensio-actifs, des régulateurs de viscosité et des agents de brillantage. Ainsi, dans le brevet US-A-3709824, on fournit une composition d'un bain pour le polissage chimique de surfaces en acier inoxydable, comprenant, en solution aqueuse, un mélange d'acide phosphorique, d'acide nitrique et d'acide chlorhydrique, un régulateur de visco~ité choisi parmi les polymères hydrosolubles, un surfactant et de l'acide sulfosalicylique à titre d'agent de brillantage.
Ces bains de polissage connus présentent la particularité
d'attaquer le métal a très grante vitesse. Un traitement de polissage d'une surface en acier inoxydable avec de tels bains ne peut généralement pas excéder quelques minutes, sous peine d'engendrer des corrosions locales. Cette grande vitesse diaction des bains de polissage connus est un inconvénient, car elle les rend inutilisables pour certaines applications, notamment pour le polissage de la face interne des parois de cuves de grandes dimensions, telles que des chaudières, des autoclaves ou des cristalliseurs. Le temps nécessité pour le remplissage et la vidange de telles cuves étant en géneral largement supérieur à 1

-2- 1328~98 durée du traitement de polissage chimique optimum, il devient en effet impossible d'obtenir un poli uniforme de la paroi, certaines zones de celle-ci étant insuffisamment polies, d'autres étant profondément 05 corrodées. La grande vitesse d'action des bains de polissage chimique connue rend par ailleurs le contrôle du polissage difficile. Ces bains connus sont en outre inopérants pour le polissage de surfaces au contact desquelles le renouvellement du bain est difficile, car il en résulte des modifications brutales des compositions locales du bain. Ils ne sont pas adapt~s au polissage d'installations, dans lesquelles l'aire de la surface à polir est très élévée par rapport à
l'espace disponible pour le bain, par exemple des ~changeurs de chaleur ~ très grande surface d'échange.
Dans le brevet européen publié sous le numéro 19964 (SOLVAY & CIE~ le 13 avril 1983, on propose des bains de polissage chimique à action très lente, qui évitent dès lors les inconvénients précités. Ces bains consistent en un mélange, en proportions adéquates, d'acides chlorhydrique, phosphorique et nitrique, d'acide sulfosalicylique, de chlorure d'alkylpyridinium et de méthylcellulose. Ils se sont révélés spécialement adaptés au polissage lent de surfaces homogènes en acier inoxydable austénitique, notamment de nuance ASTM-304L
ou ASTM-316L qui sont des aciers alliés au chrome et au nickel.
On a maintenant trouvé d'autres compositions de bains pour le polissage chimique lent de surfaces en acier inoxydable, notamment de nuance austénitique, qui permettent non seulement d'obtenir un poli supérieur, mais aussi de polir simultanément des surfaces en aciers de nuances différentesj comme cela peut par exemple se , . , ~, , :

. :, -2a- 1328598 présenter dans des assemblages rivetés, soudés ou boulonnés, sans risquer une corrosion galvanique. -~
L'invention concerne dès lors des bains pour le polissage chimique de surfaces en acier inoxydable, 05 comprenant, en solution aqueuse, un mélange d'acide chlorhydrique, d'acide phosphorique et d'acide nitrique, et de l'acide sulfosalicylique; selon l'invention, les bains comprennent,dans la solution aqueuse, au moins un composé abiétique soluble.
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Dans les bains selon l'invention, le composé abiétique est un composé chimique comprenant un radical abi~tyle de formule générale ~

C~3 ou un ratical hydroabiétyle ou déhydroabiétyle.
S Conformément à l'invention, le composé abiétique doit être soluble dans la solution aqueuse.
Des composés abiétiques utilisables dans les bains selon l'invention sont les abiétamines.
. .
Des abiétamines spécialement recommandées pour les bains selon l'invention sont celles de formule générale :
~X
RlN

dana laquelle :
- Rl désigne un radical abiétyle, hydroabiétyle ou déhydro abiétyle défini ci-dessus, - Xl désigne un radical comprenant au moins un groupe carbonyle, et ~ X2 désigne un atome d'hydrogène ou un radical comprenant au moins un groupe carbonyle.
Des exe~ples de telles abiétamines, qui conviennent bien dans les bains selon l'invention, sont celles dans lesquelles l'un au moins des radicaux Xl et X2 est un radical de formule générale :
-CH2-Rz -dans laquelle R2 désigne un reste alkyle linéaire ou cyclique, substitué ou non substitué, saturé ou insaturé, comprenant au ~4~ 1328$98 moins un groupe carbonyle. Parmi ces composes, on préfère ceux dans lesquels le groupe -CH2- est relié à
un groupe carbonyle du reste R2 par un atome de carbone portant au moins un atome d'hydrogene. De telles 05 abiétamines substituées et le moyen de les obtenir sont décrits dans le brevet britannique publié sous le numéro 734665 le 3 ao~t 1955. Des exemples d'abiétamines de ce type, utilisables dans les bains selon l'invention, sont celles dans lesquelles le reste alkyle R2 est sélectionné parmi les restes acétonyle, 2-céto butyle, 4-méthyl 2-céto pentényle-3, 4-hydroxy 4-méthyl 2-céto pentyle, 2-céto cyclopentyle, 4-hydroxy 2-céto pentényle-3, 2-céto cyclohexyle, 2,5-dicéto hexyle et 2-phényl 2-céto éthyle.
Dans les bains de polissage chimique selon l'invention, les teneurs respectives en acides chlorhydrique, phosphorique et nitrique, en acide sulfosalicylique et en composé abiétique sont choisies en fonction de la nature du métal traité, de la température de travail et de la durée souhaitée pour le traitement de polissage. Des bains conformes à
l'invention qui conviennent bien pour assurer le polissage chimique de surfaces en acier inoxydable allié
au chrome et/ou au nickel, en un temps compris entre 2 et 24 heures sont ceux dans lesquels la solution aqueuse comprend, par litre, entre 1 et 6 moles d'acide chlorhydrique, entre 0,01 et 1 mole d'acide phosphorique, entre 0,005 et 0,5 mole d'acide nitrique, entre 0,05 et 20 g d'acide sulfosalicylique et entre 0,001 et 3 g du composé abiétique. Des bains spécialement avantageux sont ceux dans lesquels la molarité globale du mélange d'acides chlorhydrique, phosphorique et nitrique est comprise entre 1 et 7, de :: : ~ .
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-4a- 1328598 préférence 1,8 et 6, la teneur en acide sulfosalicylique, exprimée ent g/l de la solution aqueuse, étant comprise entre 0,05 et 1,5 fois la normalité globale du mêlange d'acide chlorhydrique, 05 phosphorique et nitrique.
Dans une forme de réalisation particulière des bains selon l'invention, ceux-ci comprennent en outre un alcool, un éther ou un éther-alcool dissous dans la solution aqueuse. La quantité optimum de ce composé
additionnel dans la solution aqueuse du /

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- 5 - ~328598 bain dépend de divers paramètres, notamment dudit composé
additionnel, du composé abiétique sélectionné et des teneurs des constituants du bain. En pratlque, des teneurs en ce composé
additionnel comprises entre 0,001 et 10 g par litre de solution aqueuse conviennent bien.
Toutes autres choses restant égales, les bains selon cette forme de réalisation de l'invention permettent de réaliser des polis de surface de meilleure qualité, caractérisés notamment par une brillance plus élevée.
Les bains de polissage selon l'invention peuvent éventuel-lement contenir des additifs habituellement présents dans les bains connus pour le polissage chimique des métaux, par exemple des agents tensio-actifs et des regulateurs de viscosité.
Des bains conformes à l'invention qui sont spécialement adaptés au polissage lent de surfaces en aciers inoxydables austénitiques comprennent, par litre de solution aqueuse du bain :
- entre 2 et 5 moles d'acide chlorhydrique, - entre 0,02 et 0,5 mole d'acide phosphorique, - entre 0,01 et 0,2 mole d'acide nitrique, - entre 0,1 et 10 g d'acide sulfosalicylique, - entre 0,010 et 2,5 g du composé abiétique, ~:
- entre 0,002 et 5 g d'alcool, d'éther ou d'éther-alcool, - entre 0,005 et 6 g d'agent tensio-actif.
Un grand avantage des bains de polissage selon l'invention réside dans leur aptitude, après adaptation des concentrations respectives en leurs constituants, à réaliser des polissages à
vitesse d'action modérée, pouvant être répartis sur plusieurs heures, de façon à permettre le polissage uniforme de surfaces de grandes dimensions ou de surfaces difficilement accessibles. Ils sont spécialement bien adaptés au polissage de surfaces métal-liques dont l'aire est très grande, comparée à l'espace tisponible pour le bain. A titre d'exemple, ils trouvent une application intéressante pour le polissage de surfaces métal-liques dont l'aire (exprimée en m2) est comprise entre 1 et 10 - :: : . : . .: ,: ~ :

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- 6 _ 1328~98 fols le volume (exprlmé en m3) du bain te poli98age qui e~t ~ ~on contact.
Les bains selon l'invention conviennent pour le polissage de toutes surfaces en acier inoxydable austénitique. Ils trouvent une applicstlon spécialement avantageuse dans le polisRage des acier~ inoxydables austénitiques alliés au chrome et au nickel, notamment ceux contenant entre 12 et 26 % de chrome, entre 6 et 30 % de nickel et entre 0 et 6 % de molybdène, tels que les ~-aciers 18/8 et 18/10/2,5, par exemple.
Les bains selon l'invention trouvent par ailleurs une appllcation int~ressante dans le polissage d'assemblages en aciers de nuances différentes, notamment des assemblages ~oudés, sans provoquer de corrosions galvanlques locales de l'assemblage.
A titre d'exemple, ils permettent le polissage d'assemblages soudés combinant des éléments en aciers alliés au chrome et au nickel de nuance 18/8 (ASTN-304 et 304L) avec des éléments en aciers alliés au chrome, au nickel et au molybdène de nuance 18/10/2,5 (AST~-316 et 316L).
L'invention concerne aussi un procédé pour le polissage d'une surface en acier inoxydable, selon lequel on met la surface ~-~
en contact avec un bain de polissage chimique conforme à ;
l'invention.
Dans le proc~dé selon l'invention, le bain de polissage peut être mis en oeuvre à toutes températures et pressions pour lesquelles on ne risque pas de dégrader ses constituants. Il s'est toutefois révélé avantageux d'utili~er le bain à la prescion atmosphérique, à une température sup~rleure à 25C et inf~rleure à 100C, les températures comprises avantageusement en-~re 40 et 80 & et de préférence entre 50 et 80&.
La mise en contact de la surface m~tallique avec le bain peut être r~allsée de toute manière adéquate, par exemple par immersion.
Dans le procédé selon l'invention, le temps de contact de la surface à polir avec le bain doit être suffisant pour réaliser un polissage efficace de la surface; il ne peut toutefois pas _ 7 - 1328~9~

excéder une valeur critique au-delà de laquelle des corrosions locales risquent d'appara~tre ~ur la surface. Le temp~ de contact optimum dépend de nombreux paramètres tels que le métal ou l'alliage constitutif de la surface à polir, la configuration et la rugosité inltiale de celle-ci, la composition du bain, la température de travail, la turbulence éventuelle du bain au contact de la surface, le rapport entre l'aire de la sur~ace métallique à polir et le volume du bain mis en oeuvre; il doit être déterminé dans chaque caR particulier par un travail de routine au laboratoire.
Dans une forme d'exécution particulière du procédé selon l'invention, aprè6 avoir mis la surface métallique en contact avec le bain, on a~oute un complément d'acide nitrique au bain pour le régénérer. L'addition du complément d'acide ni~rique peut être opérée de manière continue ou à intervalles. Elle est réglée pour maintenir la teneur en acide nitrique dans le bain en permanence dans une gamme de valeurs compatibles avec un polissage optimum de la surface métallique. ! .;
L'intér8t de l'invention va être mis en évidence à la lecture de~ exemples d'application donnés ci-après.
Exemple 1 Une plaque ds 21,50 cm2 d'airep en acier inoxydable de nuance ASTM-304L (acier allié au chrome (18,0 à 20,0 ~) et au nickel (8,0 à 12,0 ~)) a été immergée dans 500 cm3 d'un bain à
55C, contenant, par litre :

- 3 moles d'acide chlorhydrique, - 0,15 mole d'acide phosphorique, - 0,01 mole d'acide nitrique, - 0,5 g d'acide sulfo6alicylique, - 1 g du produit RODINE 213~"(Amchem Products Inc.) (mélange d'abiétamines substituées, d'isopropanol et d'agents tensio-actifs).
La plaque présentait initialement une rugosité moyenne arith~tique Ra ~ 0,27 micron.
A l'issue de 13 heures de traitement (le bain étant maintenu ",~; ~ (narque de ccmmerce) . - . : - :, .~ .- - .. :: ,., ; : ; ~ :

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en permanence sous agltation), on a mesuré une profondeur moyenne d'attaque du métal par le bain égale à 20 microns. A ce moment, la plaque a été extraite~du bain, lavée à l'eau et séch~e. Elle présentait un aspect lisse et brillant. On a mesuré sa brillance (Norme ASTM E430) et sa rugosité moyenne arithmétique (Ra) - brillance : 22 ~
- Ra : 0,13 micron.
Exemple 2 On a répété l'essai décrlt à l'exemple 1, dans les condi-tions suivantes :
Plaque en acier inoxydable de nuance ASTM-316L (acier allié
au chrome (16,0 à 18,0 Z), au nickel (10,0 à 14,0 %) et au molybdène (2,0 à 3,0 ~)).
Superficie de la plaque : 50 cm2.
Composition du bain de polissage (quantités ramenées à 1 1 du bain) :
- 2,7 moles d'acide chlorhydrique, - 0,2 mole d'acide phosphorique, - 0,02 mole d'acide nitrique, - 1 g d'acide sulfosalicylique, - 1 g du produit RODINE 213 , - 2 g du produit TRITON N101 (Rohm & Hass Co.) (mélange de surfactants à base d'alkylaryl polyéther alcools). .
Température du bain : 65C.
Volume du bain : 1250 cm3.
Durée du traitement : 6 heures.
La plaque présentait une rugosité initiale Ra 0,28 micron.
A l'issue du traitement, on a mesuré :
- une profondeur d'attaque : 22 microns, - une brillance de 35 X, - une rugoslté ~a - 0,09 micron.
Exemple 3 On a répét~ l'essai décrit à l'exemple 1, dans les condi-tions suivantes :
* (mar~e de a~ce) l"' ' ~ ., , : ~

: : ~ .

Plaque en acier inoxydable martensitique de nuance ASTM-430 (acier allié au chrome (16,0 à 18,0 ~), don~ les teneurs en nickel et en carbone n'excèdent pas 0,75 % et 0,12 %
respectivement).
Superficie de la plaque : 22,50 cm2.
Composition du bain de polissage (quantités ramenées à 1 1 de bain) :
- 2,7 moles d'acide chlorhydrique, - 0,2 mole d'acide phosphorique, - 0,02 mole d'acide nitrique, - 3 g d'acide sulfosalicylique, - 1 g du produit RODINE 213 (défini à l'exemple 1), - 2 g du prodult "TRITON N101 (défini a l'exemple 2).
Température du bain : 65C.
Yolume du bain : 500 cm3. -Durée du traitement : 10 heures.
La plaque présentait une rugosité initiale Ra = 0,70 micron.
A l'issue du traitement, on a mesuré :
- une profondeur d'attaque : 25 microns, - une brillance de 12 %
- une rugosité Ra ~ 0,22 micron.
Exemple 4 On a répété l'essai décrit à l'exemple 1, dans les condi-tions suivantes :
Assemblage de deux plaques rectangulaires en acier inoxydable, soudées le long d'une arête commune :
- une plaque de 30 cm2 d'aire, en acier de nuance ASTM-304L, - une plaque de 30 cm2 d'aire, en acier de nuance ASTM-316L.
Composition du bain de polissage (quantités ramenées à 1 1 de bain) :

- 4 moles d'acide chlorhydrique, - 0,1 mole d'acide phosphorique, - 0,02 mole d'acide nitrique, -- 1 g d'acide sulfosalicylique, - 1 g du produit "RODINE 213 , 132859~
- 10 ~

- 1,3 cm3 d'un mélange d'isopropanoI et de n-propanol.
Température du bain : 65C.
Volume du bain : 1000 cm3.
Durée du traitement : 10 heures. ~ -~
Les plaques de l'assemblage pr~sentalent les rugosités initiales suivantes :
- plaque ASTM-304L : Ra ~ 0,29 micron, - plaque ASTM-316L : Ra ~ 0,28 micron.
L'assemblage, recueilli à l'issue du traitement, présentait un aspect lisse et brillant, sans trace de corrosion. On a mesuré, pour chaque plaque, la profondeur d'attaque, la brillance et la rugosité
- plaque ASTM-304L : . profondeur d'attaque : 27 microns, ;,~
. brillance : 21 Z, . rugosité Ra ~ 0,13 micron, - plaque ASTM-316L : . profondeur d'attaque : 22 microns, . brillance : 22 ~, . rugosité Ra = 0,11 micron.

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Claims

1. Bains pour le polissage chimique de surfaces en acier inoxydable, comprenant, en solution aqueuse, un mélange d'acide chlorhydrique, d'acide phosphorique et d'acide nitrique, et de l'acide sulfosalicylique, caractérisés en ce qu'ils comprennent, dans la solution aqueuse, au moins un composé abiétique soluble.

2. Bains selon la revendication 1, caractérisés en ce que le composé abiétique est une abiétamine substituée de formule générale:

dans laquelle:
- R1 désigne un radical abiétyle, hydroabiétyle ou déhydroabiétyle, - X1 désigne un radical comprenant au moins un groupe carbonyle, et - X2 désigne un atome d'hydrogène ou un radical comprenant au moins un groupe carbonyle.

3. Bains selon la revendication 2, caractérisés en ce que l'un au moins des radicaux X1 et X2 est un radical de formule générale:

où R2 désigne un reste alkyle linéaire ou cyclique, substitué ou non substitué, saturé ou insaturé, comprenant au moins un groupe carbonyle.

4. Bains selon la revendication 3, caractérisés en ce que, dans le radical de formule générale:

le groupe -CH2- est relié à un groupe carbonyle du reste R2 par un atome de carbone portant au moins un atome d'hydrogène.

5. Bains selon la revendication 4, caractérisés en ce que le reste alkyle R2 est sélectionné parmi les restes acétonyle, 2-céto butyle, 4-méthyl 2-céto pentényle-3, 4-hydroxy 4-méthyl 2-céto pentyle, 2-céto cyclopentyle, 4-hydroxy 2-céto pentényle-3, 2-céto cyclohexyle, 2,5-dicéto hexyle et 2-phényl 2-céto éthyle.

6. Bains selon la revendication 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisés en ce qu'ils comprennent en outre un alcool, un éther ou un éther-alcool dissous dans la solution aqueuse.

7. Bains selon la revendication 6, caractérisés en ce qu'ils contiennent, par litre de solution aqueuse, - entre 2 et 5 moles d'acide chlorhydrique, - entre 0,02 et 0,5 mole d'acide phosphorique, - entre 0,01 et 0,5 mole d'acide nitrique, - entre 0,1 et 10 g d'acide sulfosalicylique, - entre 0,1 et 2,5 g du composé abiétique, - entre 0,002 et 5 g d'alcool, d'éther ou d'éther-alcool, et - entre 0,005 et 6 g d'un agent tensio-actif.

8. Procédé pour le polissage d'une surface en acier inoxydable, selon lequel on met la surface en contact avec un bain de polissage chimique, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre un bain tel que défini à la revendication 1, 2, 3, 4, 5 ou 7.

9. Procédé pour le polissage d'une surface en acier inoxydable, selon lequel on met la surface en contact avec un bain de polissage chimique, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre un bain tel que défini à la revendication 6.

10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé
en ce qu'on met le bain en oeuvre à une température comprise entre 40 et 80°C.

11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé
en ce qu'on met le bain en oeuvre à une température comprise entre 40 et 80°C.

12. Procédé selon la revendication 8, caractérisé
en ce qu'après avoir mis la surface en acier en contact avec le bain, on ajoute à celui-ci un complément d'acide nitrique.

13. Procédé selon la revendication 9, 10 ou 11, caractérisé en ce qu'après avoir mis la surface en acier en contact avec le bain, on ajoute à celui-ci un complément d'acide nitrique.