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~ain pour le polissa~e chimique de surfaces en acier
Cas S.79/9
SOLVAY & Cie (Sociéte Anonyne)
La présente invention a pour objet une composition d'un bain
pour le polissage chimique de surfaces en acier, en particulier en
acier inoxydable.
Le polissage chi~ique des surfaces métalliques est une technique
bien connue (Polissage électrolytique et chimique des métaux -
W.J.Mc.G.Tegart-Dunod -1960 - p.122 et suivantes). Cette technique
consiste à tralter les surfaces metalliques à polir, avec des bains
d'acides minéraux contenant des additifs adéquats, notamment des
régulateurs de viscosité~ des agents tensioactifs et éventuellement
des agents de brillantage.
Pour le polissage chi~ique des surfaces en acier, notamment en
acier inoxydable, on utilise généralement des balns aqueux contenant,
en mélange, de l'acide nitrique, de l'acide chlorhydrique et éventuel-
lement de l'acide phosphorique.
Ainsi, dans le brevat Etats-Unis 3 709 824 publié le 9 ~anvier 1973
et cédé à Nippon Soda Co Ltd, 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 (145 à 580
g/l), d'acide nitrique (17 à 85 g/l) et d1acide chlorhydrique (16 à
80 g/l), un régulateur de viscosité choisi parmi les poiymères
hydrosolubles, un surfactant et de l'ac1de sulfosalicylique à titre
d'agent de brillantage.
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Les bains de polissage conformes à cette composition connue
sont très efficaces. Utilisés à une tempéra-ture de l'ordre de 70 à
100C, ils permettent d'obtenir en quelques minutes9 généralement en
moins de trois minutes, un polissage et un brillantage optimum de
surfaces en acier inoxydable allié au chrome et au nickel.
Un inconvénient de ces bains de polissage connus réside dans
leur grande vitesse d'action, qui les rend inutilisables pour certaines
applications, notamment pour le polissage de la face lnterne 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 général largement
supérieur à la durée du traitement de polissage chimique optimuml il
devient en effet impossible d'obtenir un poli uniforme de la paroi,
certaines ~ones de celle-ci étant insuffisamment polies, tandis que
d'autres risquent d'être corrodées.
La grande vitesse d'action des bains de polissage chimique
connus rend par ailleurs le contrôle du polissage difficile, de
sorte que, ~usqu'à présent, la technique du polissage chimique n'a
pas pu etre exploitée avec succès dans des installations fermées ou
difficilement accessibles, par exemple pour le polissage de la face
interne de tubes d'échangeurs calorifiques ou pour le polissage de
composants de tuyauteries tels que des vannes, des clapets ou des
soupapes.
~'invention a pour but de porter remède aux inconvénients
~` 25 précités, en ~ournissant une composition d'un bain pour le polissage
chimique de surfaces en acier, notamment en acier inoxydable, qui
présente une vitesse d'action modérée tout en assurant néanmoins
l'obtention de polis comparables à ceux obtenus avec les bains de
polissage connus. Elle a notamment pour but de fournir une compositlon
d'un bain de polissage qui, utilisé à une temperature de l'ordre de
20 à 100C, necessite plusieurs heures de traitement pour conferer
un poli optimum à des surfaces en acier inoxydable allie au chrome
et au nickel.
L'invention concerne dès lors un bain pour le polissage chimique
de surfaces en acier, comprenant, en solution aqueuse, un melange
d'acide phosphorique, d'acide chlorhydrique e~ d7acide nitrique, un
régulateur de viscosité, un surfactant e-t de llacide sulfosalicylique
à titre d'agent de brillantage; selon l'invention, la normalité
globale du mélange d'acides dans la solution aqueuse est comprise
entre 1 et 6, le rappor-~ entre la normalité de chaque acide du
mélange d'acides et la normalité globale de celui-ci est compris
entre 0,05 et 0,80 pour l'acide phosphorique, entre 0,15 et 0,90
pour l'acide chlorhydrique et entre 0,001 et 0,80 pour l'acide
nitrique~ le régulateur de viscosité est un éther de cellulose dont
la teneur, expri~ée en g/l da solution aqueuse, est comprise entre
0,3 et 0,7 fois la normalité globale du mélange d'acides, le surfactant
est du chlorure d'alkylpyridinium dont la teneur, exprimée en g/l de
solution aqueuse, est comprise entre 0,15 et 0,45 fois la normalité
globale du mélange d'acides, et la teneur en acide sulfosalicylique,
exprimée en gll de solution aqueuse, est comprise entre 0,15 et 0,~0
fois la normalité globale du mélange d'acides.
Dan9 le bain de polissage chimique selon l'invention, les
teneurs respectives en acides phosphorlque, chlorhydrique et nitrique,
en éther de cellulose, en chlorure d'alkylpyridinium et en acide
sulfosalicylique 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 compositions qui conviennent bien pour assurer le polissage
chimique de surfaces en acier inoxydable allie au chrome et au
nickel, en un temps compris entre 2 et 24 heures sont celles pour
lesquelles la norma~ité globale du mélange d'acides est comprise
entre 1,5 et 3, 1~ rapport entre la normalité de chaque acide du
mélange d'acides et la normalité globale de celui-ci étant avantageu-
sement comprise entre 0,20 et 0,60 pour l'acide phosphorique, entre
30 0,25 at 0,75 pour l'acide chlorhydrique et entre 0,002 et 0,10, de
preference 0,005 et 0,05, pour l'acide nitrique.
Toutes autres choses étant égales, les teneurs respectives en
éther de cellulose, en chlorure d'alkylpyridinium et en acide sulfo-
salicylique dans le bain de polissage selon l'invention dependent de
sa teneur globale en acides phosphorique, chlorhydrique et nitrique.
Selon l'invention, il est généralement avantageu~ qu'en plus, le
rapport entre le polds de chlorure d'alkylpyridinium et le poids
d'éther de cellulose soit comprls entre 0,5 et 1,5 et le rapport
entre le poids de chlorure d'alkylpyridinium et le poids d'acide
5 sulfosalicylique soit compris entre 1 et 3. Des compositions préfé~
rées sont celles dans lesquelles le poids d'ether de cellulose est
égal au poids de chlorure d'alkylpyridinium et es~ double du poids
d'acide sulfosalicylique.
L'éther de cellulose utilisé dans le bain de polissage chimique
10 selon l'invention doit etre soluble dans l'eau. La méthylcellulose
convient particulièrement bien.
Le chlorure d'alkylpyridinium est de préférence choisi parmi
ceux dérivés d'alkanes possédant de 10 à 18 atomes de carbone. Le
chlorure de cétylpyridinium et le chlorure de laurylpyridinium se
15 sont averés particulièrement avantageu~.
L'inter~et de l'invention va apparaItre ~ la lecture des exemples
d'application suivants.
Exem~ e 1
On a utilisé un bain de polissage chimique conforme à l'invention,
20 pour polir la face interne d'une cuve en acier inoxydable de 27,5 m3
de capacité et de 2,5 m de diamètre, réalisée en acier ino~ydable de
nuance 316 L, qui est Ull acier allie au chrome (16,0 à 18,8 ~), au
nickel (10,0 à 14,0 %) et au molybdène (2,0 à 3,0 %) (Techniques de
l'Ingénleur - Metallurgie - Tome I - M.323-17 - Mars 1974).
Le bain de polissage utilisé avait la composition suivante :
Mélange d'acides : acide phosphorique 0,3 N
acide chlorhydrique 2,5
acide nitrique 0,01 N
Normalité globale : 2,81 N
Régulateur de viscosité : méthylcellulose produit sous le nom
"Methocel MC 4000" (Dow Chem.Co) : 1 g/l
Surfactant : chlorure de laurylpyridinium produit sous le nom
"Dehyquart C" (Henkel Int.Gmb~) : 1 g/l
Agent de brillantage : acide sulfosalicylique : 0,5 g/l
~s3~
On a ln~roduit le bain de polissage dans la cuve, à ralson de
5 1 par dm2 de surface à polir, et on l'y a soumls a un mouvement
d'agitation au moyen d'un agitateur à pales, tout en maintenant sa
temperature à 45C.
Après sept heures et demie de traitement, on a vldangé la cuve
et on l'a rincee au moyen d'eau carbonatee~
A l'issue du traitement, la totalite de la surface interieure
de la cuve s'est revelee brillante et uniformement lisse au toucher
sans asperite ni zone corrodee.
10 ~
A titre de comparaison~ on a soumis une cuve analogue a celle
de l'exemple 1, à un polissage mecanique au moyen d'un abrasif dont
la granulometrie des grains correspondait au n270 de la serie ASTM
des tamis normalisés.
A l'issue de l'essal, la surface interieure de la cuve a revele
un poli non homogène. Au toucher, la surface presentait encore une
rugosite non negligeable.
Une comparaison des exemples l et 2 montre que le bain de
polissage selon l'invention permet d'obtenir des polis de très
grande qualite dans des cuves en acier inoxydable de grande capacite,
grace à l'application d'une technique de polissage chimique à action
lente.
