一种金属固体电解抛光的电解质及其应用的制作方法

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的电解质及其应用。

背景技术：

1、表面光亮的金属随着社会的发展越来越受到人们的重视，除了可以提升美观，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、铬钴钼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。而使用传统的电解液抛光速率较慢，抛光效果一般，难以满足工业上日益增长的需求和标准。

2、现有技术中，cn113699579a公开了一种金属抛光方法，尽管该方法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。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，但是该方法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。

3、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)，利用水或盐溶液来作为电解质，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，但仍需进一步改善。

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，针对钛合金、镍合金、铬钴钼钨合金等高强度耐腐蚀金属材料，提供过一种具有快速、低碳、环保、高质量实现平整、光滑特点的金属固体电解抛光用电解质产品。

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。

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的电解质，包括可溶性盐和氧化性电解质。

5、优选地，所述的电解质中，所述氧化性电解质包括过硫酸盐、过氧化物、次氯酸盐中的至少一种。所述的过硫酸盐优选为过硫酸碱金属盐，如选自过硫酸钠、过硫酸钾中的一种或多种；所述的次氯酸盐优选为次氯酸碱金属盐，如选自次氯酸钠、次氯酸钾中的一种或多种；所述的过氧化物优选为过氧化氢。当过氧化物选自过氧化氢时，在一些具体的实施方式中，可选用双氧水的形式。所述的双氧水中h2o2的质量浓度优选为10％～30％。

6、优选地，所述的电解质中，所述可溶性盐包括氯盐、氟盐、硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐、edta盐中的至少一种；进一步优选地，可溶性盐包括硫酸锌、硫酸钠、硫酸钾、氯化钠、氯化钾、氟化钠、氟化钾、磷酸钠、硝酸钾、硝酸钠、硝酸钾、乙二胺四乙酸二钠中的至少一种。

7、优选地，所述电解质还包括水、极性有机溶剂中的至少一种；所述极性有机溶剂包括小分子醇、小分子酮、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、四氢呋喃、二氧六环、离子液体中的至少一种。进一步优选地，所述小分子醇包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、丁醇、丁二醇中的至少一种；所述小分子酮包括丙酮、丁酮、环己酮中的至少一种。

8、优选地，所述的电解质中，所述可溶性盐在水和/或极性有机溶剂中的质量百分比为0.1％～15％；进一步优选地，所述可溶性盐在水和/或极性有机溶剂中的质量百分比为1％～10％。

9、优选地，所述的电解质中，所述氧化性电解质在水和/或极性有机溶剂中的质量百分比为0.01％～8％；进一步优选地，所述氧化性电解质在水和/或极性有机溶剂中的质量百分比为0.1％～8％；再进一步优选地，所述氧化性电解质在水和/或极性有机溶剂中的质量百分比为0.5％～8％；更进一步优选地，所述氧化性电解质在水和/或极性有机溶剂中的质量百分比为1％～6％。

10、优选地，所述电解质还包括ph调节剂。所述ph调节剂包括可以调节ph的酸碱物质。其中，酸可以选自硫酸、盐酸、硝酸或有机酸；碱可以选自氢氧化钠、氢氧化钾或有机胺。

11、优选地，所述电解质的ph值为5～10。通过加入ph调节剂，调节电解质的ph值为5～10。进一步优选地，电解质的ph值为6～9；再进一步优选地，电解质的ph值为6～7或者7～8。

12、本发明的第二方面提供了一种金属固体电解抛光的抛光介质，包括固体颗粒物；所述固体颗粒物具有固定、吸附、螯合或共轭金属离子作用；所述固体颗粒物的内部，或内部和表面含有本发明第一方面所述的电解质。

13、优选地，所述金属固体电解抛光的抛光介质中，所述电解质在所述固体颗粒物的质量百分比为30％～70％；进一步优选地，所述电解质在所述固体颗粒物的质量百分比为40％～60％。

14、优选地，所述金属固体电解抛光的抛光介质中，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。

15、优选地，所述金属固体电解抛光的抛光介质中，所述固体颗粒物具有多孔结构。

16、进一步说明的是，固体颗粒物中的电解质含有ph调节剂，具体为可以调节ph的酸碱物质。酸碱物质可根据固体颗粒物的不同自行选择。例如酸性固体颗粒物可以选择碱性物质，碱性固体颗粒物可以选择酸性物质。最终固体颗粒物中电解液的ph值优选为5～10。

17、优选地，所述金属固体电解抛光的抛光介质的制备方法，包括以下步骤：

18、将固体颗粒物脂浸泡在电解质溶液中，然后干燥，得到所述的抛光介质。

19、通过控制不同的干燥时间，可以控制抛光介质中的电解质质量含量。

20、优选地，所述制备方法中，所述干燥的方法包括冻干、晾干或烘干。

21、本发明的第三方面提供了本发明第一方面所述的电解质或本发明第二方面所述的抛光介质在金属固体电解抛光中的应用。

22、优选地，所述应用的方法，包括以下步骤：

23、1)将本发明第一方面所述的电解质与固体颗粒物制成抛光介质，或者将本发明第二方面所述的抛光介质置于电化学抛光装置中；

24、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，所述抛光介质与所述电化学抛光装置的电源负极连接；

25、2)将电化学抛光装置通电进行电解抛光，待抛光的金属件与抛光介质发生相对摩擦运动。

26、优选地，所述待抛光的金属件包括钛合金、镍合金或铬钴钼钨合金。

27、优选地，所述步骤2)中，施加的电压为60v～120v；进一步优选地，施加的电压为80v～100v。

28、优选地，所述步骤2)中，相对摩擦运动的速率为20r/min～120r/min；进一步优选地，相对摩擦运动的速率为80r/min～100r/min。

29、优选地，所述步骤2)中，抛光时间为2min～20min；进一步优选地，抛光时间为2min～15min；再进一步优选地，抛光时间为5min～10min。

30、本发明的有益效果是：

31、在金属固体电解抛光的抛光介质体系中加入氧化性电解质，可以快速实现高质量的抛光，尤其是针对钛合金、镍合金、铬钴钼钨合金等高强度耐腐蚀金属材料，具有抛光时间短，抛光效果好的优点，市场应用前景十分广阔。