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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
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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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_ 3 _ 1328~98 :;
Dans les bains selon l'invention, le composé abiétique est
un composé chimique comprenant un radical abi~tyle de formule
générale ~
CH3
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
X2
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
:: : ~ .
: . : , : ` : : : . .:
-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
/
. .
.
: : : - :: . , ~: ~. . . -: ;
:~ " ~ ` .- , - ::
- 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
- :: : . : . .: ,: ~ :
.' i'.::: .::
,~
- 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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~,
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-- 8 --
`
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"' '
~ ., , : ~
: : ~ .
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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.
: . ~, . : : : -
::, ., . - ~ .. . : : - : ::, ::. :~
