一种金属固体电解抛光用的固体颗粒物的制作方法

本发明涉及金属表面处理，特别涉及一种金属固体电解抛光用的固体颗粒物。

背景技术：

1、随着社会的发展，表面光亮的金属越来越受到重视，除了提升美观，还能降低摩擦力、提高机械精度、提高切削性能、延长使用寿命。特别是精密制造以及高端消费品行业，对于金属表面的光亮程度有着严苛的要求。钛合金、镍合金、钨合金等材料由于其优异的耐腐蚀以及高强度高韧性，通过多步人工抛光才能达到光洁的表面，一般的化学抛光和电化学抛光过程不起作用。而材料的高强度也导致人工抛光的难度大增，工期较长，难以获得统一的标准以及较低的不良率，且对角落、缝隙等部位难以达到较高的磨平效果。

2、cn113699579a公开了一种金属抛光方法，其首先采用温和的电解条件对被抛光工件进行水溶液电解抛光，使被抛光工件的表面达到初步光亮度，然后采用圆球状固体的电解质对表面达到初步光亮度的被抛光工件进行复合电解抛光，使被抛光工件的表面达到最终的镜面光亮度。尽管其能够实现镜面光亮度的表面，但是工艺相对复杂，同时其复合电解抛光是机械作用和电解作用在同一点同时起作用，由于颗粒和金属样件之间硬度上的巨大差异，当机械作用过于剧烈时必然导致圆球状固体被破坏，使得圆球状固体无法循环利用，复合电解抛光的成本增加。

3、cn109415839a公开了一种通过自由固体的离子传输平滑和抛光金属的方法及执行该方法的固体，其通过包含导电液体的固体颗粒对金属部件进行平滑和抛光，其主要是通过导电液体的导电作用来实现电化学抛光，通过多孔材料对导电液体的吸附，将传统的液相电化学抛光转化为固相抛光。虽然形式上做出了巨大的改变，迈出了第一步，但是本质与液相电化学抛光无异。cn111032929a、cn113195799a、cn112534088a、cn115038822a系列专利介绍了硫酸、盐酸、磺酸等强酸性电解质溶液作为导电液体在固相抛光中的应用，提出了导电液体不仅可以起到导电，还可以起到腐蚀氧化金属物的作用，抛光性能得到了一定的提高，但是强酸性电解液对使用者具有较高的危险性，且运输和后处理也都是难题。

4、cn114908409a、cn114908410a、cn115029768a公开了一系列具有羧基、胺基、羟基的多孔固体颗粒物，提出了离子交换的作用机制(而非酸腐蚀)，实现了偏中性条件下的固体电解抛光，并获得了较好的抛光效果。

5、目前，对于固体抛光所用颗粒物的种类、官能团、电解液等部分都有了一定的探索和优化。但是，实际使用发现，当固体颗粒物的结构发生变化时，即使颗粒物的种类、官能团、电解液等部分都保持不变，对金属的抛光效果也会天差地远。因此，固体颗粒物的结构对抛光性能有着极大的影响，特别是其孔结构，对于电解液溶液的吸附、保留以及离子的迁移都有着重要作用。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明在前期基于离子交换的作用机制，在偏中性条件下实现金属件固体电解抛光的基础上，针对固体颗粒物的孔结构进一步深入研究，从而提供过一种具有快速、低碳、环保、高质量实现高亮度、低粗糙度的金属抛光产品。

2、需要说明的是，电解抛光是将金属浸渍在各种成分组成的特殊化学溶液中，依靠高的电化学势能氧化金属，获得平滑光亮的表面，常规电解抛光使用的化学溶液是强酸性或是强挥发性液体，不便于运输和储存，且对工人产生危害，废液处理也是大问题。而本发明提出的固体电解抛光则是采用具有离子吸附/交换/络合能力的固体颗粒物以及内部的导电溶液来取代电解液，通过固体颗粒物与待抛光的金属件相接触，从而实现对金属件表面的抛光处理。虽然固体颗粒物与待抛光的金属件有接触，但是这种接触的相对运动速率较低，且固体颗粒物的硬度比金属件低，故物理的机械抛光过程可以忽略。

3、为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

4、本发明的第一方面提供了一种金属固体电解抛光用的固体颗粒物，所述固体颗粒物具有多孔结构；所述固体颗粒物的平均孔径≤20nm。

5、优选地，所述固体颗粒物的平均孔径为1nm～20nm；进一步优选地，所述固体颗粒物的平均孔径为5nm～20nm；再进一步优选地，所述固体颗粒物的平均孔径为7nm～19nm。

6、优选地，所述固体颗粒物的孔体积为0.0001cm3/g～0.03cm3/g；进一步优选地，所述固体颗粒物的孔体积为0.001cm3/g～0.03cm3/g；再进一步优选地，所述固体颗粒物的孔体积为0.002cm3/g～0.025cm3/g。

7、优选地，所述固体颗粒物的比表面积为0.1m2/g～10m2/g；进一步优选地，所述固体颗粒物的比表面积为0.8m2/g～10m2/g；再进一步优选地，所述固体颗粒物的比表面积为1m2/g～6m2/g。

8、优选地，所述固体颗粒物含有吸附、络合金属离子的基团。由此，可以起到固定金属离子的作用，降低电解质中的金属离子的浓度，减少过电势，促进金属样件表面的氧化过程。

9、优选地，所述吸附、络合金属离子的基团包括羧基、胺基、羟基中的至少一种。

10、优选地，所述固体颗粒物包括离子交换树脂、硅胶、分子筛中的一种或多种；进一步优选地，所述固体颗粒物包括含有羧基、羟基、胺基中至少一种的离子交换树脂、硅胶、分子筛中的一种或多种；再进一步优选地，所述固体颗粒物包括含有羧基、羟基、胺基中至少一种的丙烯酸型离子交换树脂。含有羧基、羟基、胺基中至少一种的丙烯酸型离子交换树脂可以采用含有羧基、羟基或胺基的单体与丙烯酸(酯)类单体等聚合制成，属于本领域的常规方法，如可以参见cn114908409a、cn114908410a、cn115029768a所公开的内容，也可以直接购买市售产品。进一步优选地，所述固体颗粒物包括羧酸型丙烯酸离子交换树脂，该树脂含有cooh/coo-基团。羧酸型丙烯酸离子交换树脂可以通过交联单体、致孔剂和分散剂的比例来调节孔径。

11、优选地，所述固体颗粒物还含有电解质溶液。

12、优选地，所述电解质溶液位于所述固体颗粒物的内部，或者内部和表面。

13、优选地，所述电解质溶液在所述固体颗粒物中的质量百分比为30％～70％；进一步优选地，所述电解质溶液在所述固体颗粒物中的质量百分比为40％～60％；再进一步优选地，电解质溶液在所述固体颗粒物中的质量百分比为45％～55％。

14、优选地，所述电解质溶液的ph值为5～10；进一步优选地，所述电解质溶液的ph值为6～9；再进一步优选地，所述电解质溶液的ph值为6～7或者8～9。

15、优选地，所述电解质包括酸、碱、盐、极性溶剂中的至少一种。其中，酸优选为硫酸、盐酸、硝酸、有机酸中的至少一种；碱优选为氢氧化钠、氢氧化钾、有机胺中的至少一种；盐优选为硫酸盐、氯盐、氟盐、磷酸盐、硝酸盐、edta盐、羧酸盐中的至少一种；极性溶剂优选为水。

16、优选地，所述固体颗粒物含有0.5wt％～5wt％的碱金属。在本发明的一些具体实施方式中，固体颗粒物中含有碱金属离子。其中，碱金属优选为钠或钾。进一步优选地，所述固体颗粒物含有0.5wt％～5wt％的na。

17、优选地，所述固体颗粒物还含有c；进一步优选地，所述固体颗粒物还含有74wt％～81wt％的c。

18、优选地，所述固体颗粒物还含有o；进一步优选地，所述固体颗粒物还含有15wt％～20wt％的o。

19、优选地，所述固体颗粒物中含有如下质量百分比的元素：74％～81％c，15％～20％o，0.5％～5％na。

20、需要说明的是，电解抛光是将金属浸渍在各种成分组成的特殊化学溶液中，依靠高的电化学势能氧化金属，获得平滑光亮的表面，常规电解抛光使用的化学溶液是强酸性或是强挥发性液体，不便于运输和储存，且对工人产生危害，废液处理也是大问题。而固体电解抛光是采用具有离子吸附/交换/络合能力的固体颗粒物以及内部的导电溶液来取代电解液，通过固体颗粒物与待抛光的金属件相接触，从而实现对金属件表面的抛光处理。虽然固体颗粒物与待抛光的金属件有接触，但是这种接触的相对运动速率较低，且固体颗粒物的硬度比金属件低，故物理的机械抛光过程可以忽略。

21、本发明的第二方面提供本发明第一方面所述金属固体电解抛光用的固体颗粒物的制备方法，包括以下步骤：

22、将具有多孔结构的固体颗粒物浸泡在电解质溶液中，调节电解质溶液的ph值，然后过滤，干燥，得到所述金属固体电解抛光用的固体颗粒物。

23、本发明的第三方面提供一种金属固体电解抛光的方法，包括以下步骤：

24、1)将本发明第一方面所述的固体颗粒物和待抛光的金属件置于电化学抛光装置中；

25、其中，所述待抛光的金属件与所述电化学抛光装置的电源正极连接，所述固体颗粒物与所述电化学抛光装置的电源负极连接；

26、2)将电化学抛光装置通电进行电解抛光，待抛光的金属件与固体颗粒物发生相对摩擦运动。

27、优选地，所述步骤2)的电解抛光中，施加电压为20v～100v；进一步优选地，施加电压为20v～50v；再进一步优选地，施加电压为20v～40v；更进一步优选地，施加电压为25v～35v。

28、优选地，所述步骤2)的电解抛光中，相对摩擦运动速率为30r/min～120r/min；进一步优选地，相对摩擦运动速率为60r/min～120r/min；再进一步优选地，相对摩擦运动速率为80r/min～100r/min。

29、优选地，所述步骤2)的电解抛光中，抛光时间为10min～120min；进一步优选地，抛光时间为20min～60min；再进一步优选地，抛光时间为30min～40min。

30、本发明的有益效果是：

31、本发明通过对固体颗粒物的孔结构进行优化调整，应用于金属的固体电解抛光，可以实现近乎镜面的抛光效果，具有快速、低碳、环保、高质量的优点。这种固体颗粒物是一种可以实现高亮度、低粗糙度的金属抛光产品，市场前景十分广阔。