CC BY
14
УДК 544.77
Полякова А.С., Тюлягин П.Е., Мурашова Н.М.
КИНЕТИКА ХИМИЧЕСКОГО ПОЛИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ С ПОМОЩЬЮ ОБРАТНОЙ МИКРОЭМУЛЬСИИ, СОДЕРЖАЩЕЙ ФОСФОРНУЮ КИСЛОТУ
Полякова Анастасия Сергеевна, аспирант кафедры наноматериалов и нанотехнологии, e-mail: anast.polya@gmail.com;
Тюлягин Петр Егорович, магистрант 2 года обучения кафедры наноматериалов и нанотехнологии, e-mail: sos687www@gmail.com;
Мурашова Наталья Михайловна, к.х.н., доцент кафедры наноматериалов и нанотехнологии Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
В статье рассматривается применение микроэмульсий додецилсульфата натрия для химического полирования алюминия. Изучена кинетика химического полирования алюминиевой фольги обратной микроэмульсией, содержащей фосфорную кислоту.
Ключевые слова: обратная микроэмульсия, додецилсульфат натрия, химическое полирование, наноструктурированная среда.
KINETICS OF THE CHEMICAL POLISHING OF ALUMINUM WITH THE REVERSE MICROEMULSION CONTAINING PHOSPHORIC ACID
Polyakova A.S., Tyulagin P.E., Murashova N.M.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The subject of this paper is the application of sodium dodecylsulfate microemulsions for the chemical polishing of aluminum. Kinetics of the chemical polishing of aluminum foil with the reverse microemulsion containing phosphoric acid was studied.
Keywords: reverse microemulsion, sodium dodecylsulfate, chemical polishing, nanostructured media
Наноструктурированные жидкие среды, такие как обратные микроэмульсии, могут использоваться для разработки и усовершенствования технологических процессов, происходящих в системах «жидкость - твердая фаза». К таким процессам можно отнести извлечение металлов с помощью экстрагент-содержащих микроэмульсий [1,2], а также химическое полирование. Химическое полирование металлов - это способ снижения шероховатости поверхности с помощью реагентов, растворяющих металл. Часто для химического полирования применяют смеси концентрированных кислот с небольшим количеством воды. При этом результат полирования улучшается при наличии вязкого диффузионного слоя рядом с поверхностью металла, который способствует растворению выступов на поверхности и затрудняет доступ реагента к углублениям [3].
Микроэмульсии - термодинамически
устойчивые изотропные дисперсии неполярной органической и водной фаз, стабилизированные поверхностно-активным веществом (веществами). Диаметр капель микроэмульсии составляет от нескольких нанометров до десятков нанометров. Микроэмульсию типа «вода в масле» (обратную микроэмульсию) можно использовать как носитель реагентов для химического полирования металлов [4, 5]. Если реагент будет локализован внутри капель микроэмульсии, то можно снизить его суммарную концентрацию в полирующей жидкости
(микроэмульсии), а также добиться лучшего эффекта полирования за счет диффузионных ограничений.
Целью данной работы было исследование кинетики химического полирования алюминиевой фольги с помощью обратных микроэмульсий в системе додецилсульфат натрия (ДСН) - бутанол-1 -керосин - водный раствор фосфорной кислоты.
Для химического полирования была выбрана микроэмульсия, для которой массовая доля керосина в смеси керосина и водной фазы составляла 0,6, а молярное соотношение бутанола-1 и ДСН 5" составляло 5. Методом титрования смеси, содержащей рассчитанные количества воды, бутанола-1 и ДСН, керосином при температуре 25°С было определено, что выбранная микроэмульсия способна включать до 5 моль/л Н3РО4 в составе водной фазы. Гидродинамический диаметр капель микроэмульсии ДСН, измеренный методом динамического светорассеяния, составил 5,45 ± 0,15 нм.
Химическое полирование проводили в закрытом сосуде при температуре 80°С и при механическом перемешивании (150 об/мин). После полирования поверхность металла очищали от
адсорбировавшихся поверхностно-активных
веществ последовательным и тщательным промыванием пластинки в эмульсии керосин - вода (1 мин), смеси этанол - бутанол-1 (1 мин), а затем в растворе HNO3 с концентрацией 8 моль/л (5 сек). Результаты полирования сравнивали с контрольным образцом - пластинкой, последовательно промытой
в эмульсии керосин - вода (1 мин), смеси этанол -бутанол-1 (1 мин), а затем в растворе HNO3 с концентрацией 8 моль/л (5 сек).
Поверхность металла до и после полирования микроэмульсией анализировали на
микроинтерферометре МИИ-4. Исследуемый образец облучался красным монохроматическим светом с длиной волны 600 нм. Фотографическим методом получали профилограммы поверхности образца с базовой длиной измерения 0,35 мм. Для каждой профилограммы была определена средняя арифметическая шероховатость по стандарту ISO
4287-1:1984,
рассчитывали 2
й20 gl5 i 10
средневзвешенное значение шероховатости по всей базовой длине измерения.
Была изучена кинетика процесса химического полирования алюминиевой фольги толщиной 100 мкм (начальная средняя шероховатость 209 нм) микроэмульсией в системе ДСН - бутанол-1 -керосин - водный раствор Н3РО4. Концентрация фосфорной кислоты в водной фазе микроэмульсии составила 0,7 моль/л. Для каждого момента времени получали интерферограммы поверхности и гистограммы распределения высот неровностей поверхности алюминиевой фольги (рис. 1).
25 -
S г» -I is -I 1« -I
25 -g 20 -Е 15 1
I? 10
¡3 20 Е 15 ¡? 10
25 20 -15 -
§ 10 -
KipMiH.H» Кирши,ни
Рисунок 1. Интерферограммы поверхности и гистограммы распределения высот неровностей поверхности алюминиевой фольги в процессе химического полирования микроэмульсией в системе ДСН - бутанол-1 - керосин -водный раствор фосфорной кислоты. С(ИзР04) = 0,7 моль/л водной фазы. Время полирования: 1 - 0 мин (контроль); 2 -5 мин; 3 - 10 мин; 4 - 15 мин; 5 - 30 мин; 6 - 60 мин; 7 - 90 мин; 8 - 120 мин.
По полученным данным рассчитывали значения средней шероховатости поверхности Ла, средней высоты неровностей профиля по десяти точкам Я2, относительного сглаживания поверхности относительно начальной средней шероховатости ДЛа, а также относительного сглаживания поверхности относительно средней высоты неровностей профиля по десяти точкам ДЛ2. Указанные параметры приведены в таблице 1, а на рис. 2 приведено графическое изображение зависимостей ДЛа и ДЛ2 от времени полирования.
Таблица 1. Характеристики поверхности алюминиевой фольги после полирования микроэмульсией в системе ДСН - бутанол-1 - керосин - водный раствор фосфорной кислоты
Время полирования, мин Ra, нм ARa, % Rz, нм ARz, %
0 209 0,0 625 0
5 205 1,9 537 14,1
10 202 3,3 496 20,6
15 175 16,3 496 20,6
30 172 17,7 554 11,4
60 175 16,3 575 8,0
90 183 12,4 620 0,8
120 210 -0,5 685 -9,6
Время полирования, мин
Рисунок 2. Зависимости относительного сглаживания поверхности относительно начальной средней шероховатости ДЛа, а также относительного сглаживания поверхности относительно средней высоты неровностей профиля по десяти точкам ДЛ2 алюминиевой фольги от времени полирования
Как видно из полученных данных, в первые 10 минут химического полирования микроэмульсией данного состава уменьшение наибольших высот неровности идёт значительно быстрее, чем всех остальных высот. С 10 по 15 минуту уменьшение наибольших высот резко останавливается, при этом начинает преобладать уменьшение других высот. Далее наибольшие высоты неровности увеличиваются, и после 90 минуты полирования они начинают превышать начальную высоту. С 15 по 60 минуту полирования увеличение наибольших высот нивелируется уменьшением всех остальных высот, а далее - уменьшение других высот становится незначительным, либо не происходит вовсе.
Полученные результаты являются основой для разработки составов микроэмульсий, пригодных для химического полирования металлов.
Список литературы
1. Murashova N.M., Levchishin S.Yu., Yurtov E.V. Leaching of metals with microemulsions containing bis-(2-ethylhexyl)phosphoric acid or tributilphosphate // Hydrometallurgy. - 2018. - V. 175.
- P. 278-284.
2. Юртов Е.В., Мурашова Н.М. Выщелачивание металлов экстрагент-содержащими микроэмульсиями // Химическая технология. - 2010.
- № 8. - С. 479-483.
3. Грилихес С.Я. Электрохимическое и химическое полирование: теория и практика. Влияние на свойства металлов. 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние. -1987. - 232 с.
4. Huang Y.-J., Yates M. Z. Copper etching by water-in-oil microemulsions // Colloid and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. - 2006. - № 281. - P. 215220.
5. Левчишин С.Ю., Краснова О.Г., Субчева Е.Н., Мурашова Н.М., Юртов Е.В. Изменение шероховатости поверхности никеля под действием микроэмульсии ди-(2-этилгексил)фосфата натрия, содержащей соляную кислоту // Успехи в химии и химической технологии. - 2014. - Т. 28, № 6. - С. 58-60.
