合金材料研磨用组合物及使用其的合金材料的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种用于研磨合金材料的用途的合金材料研磨用组合物。合金材料含有：主成分的第1金属种、以及与前述第1金属种不同种类且具有比前述第1金属种的标准电极电位高的标准电极电位的第2金属种。合金材料研磨用组合物含有与碳键合的官能团能捕捉前述第2金属种的化合物。
【专利说明】合金材料研磨用组合物及使用其的合金材料的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及合金材料研磨用组合物及使用其的合金材料的制造方法。
【背景技术】
[0002] 合金材料与纯金属材料相比，其机械强度、耐化学药品性、耐腐蚀性、耐热性优异， 因此被用于各种用途。对合金材料实施例如研磨等加工（参照专利文献1、2)。
[0003] 现有专利文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1 :日本特开平01-246068号公报
[0006] 专利文献2 :日本特开平11-010492号公报
【发明内容】
[0007] 发明要解决的问题
[0008] 本发明的目的在于提供一种可以抑制合金材料具有的研磨面的表面粗糙、缺陷的 合金材料研磨用组合物及使用其的合金材料的制造方法。
[0009] 用于解决问题的方案
[0010] 为了达成上述目的，本发明的第1实施方式提供一种合金材料研磨用组合物，其 用于研磨合金材料的用途，前述合金材料含有：主成分的第1金属种、以及与前述第1金属 种不同种类且具有比前述第1金属种的标准电极电位高的标准电极电位的第2金属种，前 述合金材料研磨用组合物含有与碳键合的官能团能捕捉前述第2金属种的化合物。
[0011] 合金材料研磨用组合物还可以含有磨粒，此时，前述化合物优选被固定化在前述 磨粒上。
[0012] 前述合金材料的主成分优选为镁、铝、钛、铬和铁中的任一种。
[0013] 前述合金材料的主成分优选为铝，前述合金材料优选含有1.0质量％以上的选自 铁、铜和锌的至少一种金属元素。
[0014] 本发明的第2实施方式提供一种合金材料的制造方法，其具有使用前述第1实施 方式的合金材料研磨用组合物研磨合金材料的研磨工序。
[0015] 发明的效果
[0016] 根据本发明，能够抑制合金材料具有的研磨面的表面粗糙、缺陷。
【具体实施方式】
[0017] 以下，说明本发明的一个实施方式。
[0018] 本实施方式的合金材料研磨用组合物用于研磨合金材料的用途。合金材料含有： 主成分的第1金属种、以及与第1金属种不同种类且具有比第1金属种的标准电极电位高 的标准电极电位的第2金属种。
[0019] 作为合金材料的例子，例如可列举出：铝合金、钛合金、不锈钢、镍合金、以及铜合 金。
[0020] 铝合金以铝为主成分，还含有例如选自硅、铁、铜、锰、镁、锌、以及铬中的至少一 种。铝合金中的铝以外的金属含量例如为0.1?10质量％。作为铝合金的例子，例如可列 举出日本工业标准（JIS)H4000 :2006记载的合金编号2000号、3000号、4000号、5000号、 6000号、7000号、以及8000号的合金。
[0021] 钛合金以钛为主成分，还含有例如铝、铁、以及钒。钛合金中的钛以外的金属含量 例如为3. 5?30质量％。作为钛合金的例子，例如可列举出：JIS H4600 :2012记载的11? 23种、50种、60种、61种、以及80种。
[0022] 不锈钢以铁为主成分，还含有例如选自铬、镍、钼、以及锰的至少一种。不锈钢中的 铁以外的金属含量例如为10?50质量％。作为不锈钢的例子，例如可列举出JIS G4303 : 2005 记载的 SUS201，SUS303, SUS303Se，SUS304, SUS304L，SUS304NI，SUS305, SUS305JI， SUS309S，SUS310S，SUS316, SUS316L，SUS321，SUS347, SUS384, SUSXM7, SUS303F，SUS303C， SUS430, SUS430F， SUS434, SUS410, SUS416, SUS420J1， SUS420J2, SUS420F， SUS420C， SUS631J1。
[0023] 镍合金以镍为主成分，还可以含有例如选自铁、铬、钼、以及钴的至少一种。镍合 金中的镍以外的金属含量为例如20?75质量％。作为镍合金的例子，例如可列举出JIS H4551 :2000 记载的合金编号 NCF600, NCF601，NCF625, NCF750, NCF800, NCF800H，NCF825， NW0276, NW4400, NW6002, NW6022 的合金。
[0024] 铜合金以铜为主成分，还含有例如选自铁、铅、锌、以及锡的至少一种。铜合金中铜 以外的金属含量为例如3?50质量％。作为铜合金的例子，例如可列举出JIS H3100 :2006 记载的合金号码 C2100, C2200, C2300, C2400, C2600, C2680, C2720, C2801，C3560, C3561， C3710, C3713, C4250, C4430, C4621， C4640, C6140, C6161， C6280, C6301， C7060, C7150， C1401，C2051，C6711，C6712 的合金。
[0025] 合金材料的主成分优选为镁、铝、钛、铬和铁中的任一种，更优选为铝。合金材料的 主成分为铝时，合金材料优选含有1. 0质量％以上的选自铁、铜和锌的至少一种金属元素。
[0026] 合金材料研磨用组合物含有与碳键合的官能团能捕捉第2金属种、即能捕捉具有 比合金材料中的主成分金属的标准电极电位高的标准电极电位的主成分以外的金属的化 合物。该化合物出于抑制合金材料具有的研磨面的表面粗糙、缺陷的目的而使用。合金材 料含有多种第2金属种时，前述化合物的官能团优选在第2金属种之中至少能捕捉具有最 高标准电极电位的金属种。
[0027] 需要说明的是，标准电极电位是指，参与氧化反应的所有化学种都处于标准状态 时，以下式表示。
[0028] EO = - Δ GO/nF = (RT/nF) InK
[0029] 此处，EO为标准电极电位、Λ GO为氧化反应的标准吉布斯能变化、K为其平衡常 数、F为法拉第常数、T为绝对温度、η为参与氧化反应的电子数。因此，标准电极电位根据 温度而变动，因此在本说明书中采用25°C的标准电极电位。需要说明的是，水溶液体系的标 准电极电位例如记载于修订4版化学便览（基础编）II (改訂4版化学便覧（基礎編）II)、 pp464-468(日本化学会编）等。
[0030] 前述化合物的官能团优选为阴离子性基团，更优选为捕捉第2金属种的能力比羟 基高、且捕捉了第2金属种的状态稳定的基团。更具体而言，官能团优选为磺基、或两个以 上的羧基。即，合金材料研磨用组合物中的前述化合物优选为具有与碳键合的磺基的化合 物、或具有与碳键合的两个以上的羧基的化合物。
[0031] 前述化合物可以仅具有一种官能团，也可以具有多种官能团。与碳键合的官能团 能捕捉第2金属种的化合物可以单独使用一种，也可以组合使用两种以上。
[0032] 作为合金材料研磨用组合物中的前述化合物的例子，可列举出钠盐和钾盐等碱金 属盐、以及铵盐。
[0033] 作为合金材料研磨用组合物中的前述化合物的其它例子，例如可列举出聚苯乙烯 磺酸及其盐、聚丙稀酸及其盐、亚氨基二醋酸（iminodiacetic acid)及其盐、以及梓檬酸及 其盐。
[0034] 聚苯乙烯磺酸及其盐优选具有水溶性。聚苯乙烯磺酸及其盐的溶解度例如在20°C 下优选为20[g/100g-H20]以上。聚苯乙烯磺酸及其盐的重均分子量例如优选为5000? 1200000的范围。聚苯乙烯磺酸及其盐可以是导入了例如羟基、羧基等亲水性基团的物质， 也可以是苯乙烯磺酸或其盐与除它们以外的乙烯基系单体共聚而成的物质。
[0035] 聚丙烯酸及其盐优选具有水溶性。聚丙烯酸及其盐的溶解度例如在20°C下优选 为40[g/100g-H 20]以上。聚丙烯酸及其盐的重均分子量例如优选为2000?200000的范 围。聚丙烯酸及其盐可以是导入了例如羟基、磺基等亲水性基团的物质，也可以是聚丙烯酸 或其盐与除它们以外的乙烯基系单体共聚而成的物质。
[0036] 为了进一步抑制合金材料具有的研磨面的表面粗糙、缺陷，合金材料研磨用组合 物中的前述化合物优选为选自聚苯乙烯磺酸及其盐、聚丙烯酸及其盐、亚氨基二醋酸及其 盐、以及柠檬酸及其盐的至少一种。
[0037] 合金材料研磨用组合物中的前述化合物的含量优选为0.01质量％以上，更优选 为0. 1质量％以上。随着该含量增大，可以进一步抑制合金材料具有的研磨面的表面粗糙、 缺陷。
[0038] 合金材料研磨用组合物中的前述化合物的含量优选为10质量％以下，更优选为5 质量％以下。随着该含量减少，合金材料的研磨速度提高。
[0039] 合金材料研磨用组合物也可以含有磨粒。磨粒通过对合金材料的表面进行物理研 磨来提高合金材料的研磨速度。
[0040] 作为磨粒的例子，例如可列举出氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化锆、氧化钛、氧化锰、 碳化硅、以及氮化硅。磨粒可以单独使用一种，也可以组合使用两种以上。
[0041 ] 其中，作为磨粒优选氧化硅或氧化铝，更优选为氧化硅，进一步优选为胶态二氧化 硅或气相二氧化硅，特别优选为胶态二氧化硅。在使用这些时，容易得到更平滑且良好的研 磨面。
[0042] 合金材料研磨用组合物含有磨粒时，与碳键合的官能团能捕捉第2金属种的前述 化合物优选被固定化在磨粒上。此时，磨粒的分散性提高。前述化合物在磨粒上的固定化 可以通过使化合物化学键合在磨粒表面来进行。
[0043] 此处，将在胶态二氧化硅上固定化前述化合物的方法作为一例进行说 明。如果将具有磺基的化合物固定化在胶态二氧化硅上，则可以按照例如"Sulfonic acid-functionalized silica through quantitative oxidation of thiol groups", Chem. Commun. 246-247(2003)中记载的方法来进行。具体而言，使3-疏丙基三甲 氧基硅烷等具有巯基的硅烷偶联剂与胶态二氧化硅偶联后用过氧化氢将巯基氧化，由此能 够得到在表面上固定化了具有磺基的化合物的胶态二氧化硅。如果将具有羧基的化合物 固定化在胶态二氧化娃上，贝丨」可以按照例如"Novel Silane Coupling Agents Containing a PhotolabiIe2~NitrobenzyI Ester for Introduction of a Carboxy Group on the Surface of Silica Gel"，Chemistry Letters, 3, 228-229(2000)中记载的方法进行。具 体而言，使包含光反应性2-硝基苄酯的硅烷偶联剂与胶态二氧化硅偶联后进行光照射，由 此能够得到在表面上固定化了具有羧基的化合物的胶态二氧化硅。
[0044] 合金材料研磨用组合物的pH优选为7. 0以上。此时，合金材料研磨用组合物中的 磨粒的稳定性提高，从而变得容易得到良好的研磨面。
[0045] 合金材料研磨用组合物中包含的磨粒的平均一次粒径优选为5nm以上，更优选为 IOnm以上，进一步优选为15nm以上。随着磨粒的平均一次粒径增大，合金材料的研磨速度 提尚。
[0046] 合金材料研磨用组合物中包含的磨粒的平均一次粒径优选为400nm以下，更优选 为300nm以下，进一步优选为200nm以下。随着磨粒的平均一次粒径减小，容易得到表面粗 糙减少且低缺陷、粗糙度小的表面。
[0047] 需要说明的是，磨粒的平均一次粒径的测定可以通过利用氮吸附法（BET法）得到 的比表面积的测定值来算出。
[0048] 合金材料研磨用组合物中的磨粒的含量优选为1质量％以上，更优选为2质量％ 以上。随着磨粒的含量增多，合金材料的研磨速度提高。
[0049] 合金材料研磨用组合物中的磨粒的含量优选为50质量％以下，更优选为40质 量％以下。随着磨粒的含量减少，合金材料研磨用组合物的制造成本降低，而且容易得到划 痕更少的研磨面。另外，随着磨粒的含量减少，在研磨后的合金材料的表面残留的磨粒的量 减少，结果研磨后的合金材料的清洗变得容易。
[0050] 接着，对制造经研磨的合金材料的合金材料的制造方法进行说明。
[0051] 合金材料的制造方法具有使用合金材料研磨用组合物研磨合金材料的研磨工序。 合金材料研磨用组合物可以在与金属材料的研磨中通常使用的相同装置和条件下使用。使 用研磨垫时，通过研磨垫与合金材料之间的摩擦、以及合金材料研磨用组合物与合金材料 之间的摩擦来对合金材料进行物理研磨。
[0052] 作为研磨装置的例子，例如可列举出单面研磨装置和双面研磨装置。单面研磨装 置中，使用被称为承载器的保持工具保持合金材料，一边供给合金材料研磨用组合物，一边 将贴附有研磨垫的平板按压在合金材料的单面并使平板旋转。由此来研磨合金材料的单 面。双面研磨装置中，使用承载器保持合金材料，一边从上方供给合金材料研磨用组合物， 一边将贴附有研磨垫的平板按压在合金材料的两面并使平板旋转。由此来研磨合金材料的 双面。
[0053] 研磨条件包括研磨载荷和研磨线速度。通常随着研磨载荷增高，机械加工特性提 高，因此研磨速度提高。另外，通常随着研磨载荷降低，研磨面的表面粗糙受到抑制。在使 用合金材料研磨用组合物进行研磨时所适用的研磨载荷例如优选为20?1000g/cm 2,更优 选为 50 ?500g/cm2。
[0054] 研磨线速度通常受到研磨垫的转速、承载器的转速、合金材料的大小、合金材料的 数量等的影响。线速度高时，施加于合金材料的摩擦力增大，因此变得容易对合金材料进行 机械研磨。研磨线速度例如优选为10?300m/分钟，更优选为30?200m/分钟。线速度 处于上述范围内时，可得到充分高的研磨速度，并且能够对合金材料赋予适度的摩擦力。
[0055] 对研磨垫没有特别的限定，例如可以使用无纺布型、绒面革型、包含磨粒的研磨 垫、不包含磨粒的研磨垫的任一者。
[0056] 接着，对合金材料研磨用组合物及使用其的合金材料的制造方法的作用进行说 明。
[0057] 使用合金材料研磨用组合物研磨合金材料时，合金材料中的金属种在合金材料研 磨用组合物中溶出。溶出的金属种之中，具有比第1金属种的标准电极电位高的标准电极 电位的第2金属种容易析出。由于第2金属种的析出，有在合金材料的研磨面形成细微的 伤痕的担心。另外，也存在析出物自身在研磨面上形成缺陷或产生表面粗糙的担心。这一 点，本实施方式的合金材料研磨用组合物由于含有与碳键合的官能团能捕捉第2金属种的 化合物，因此第2金属种的析出受到抑制，从而降低第2金属种的析出物对合金材料的研磨 面造成的不良影响。
[0058] 根据以上详述的本实施方式可以发挥如下效果。
[0059] (1)合金材料研磨用组合物含有第2金属种、即能捕捉具有比合金材料中的主成 分金属的标准电极电位高的标准电极电位的主成分以外的金属的化合物。由此，能够抑制 合金材料具有的研磨面的表面粗糙、缺陷。
[0060] (2)合金材料研磨用组合物还可以含有磨粒，此时，前述化合物优选被固定化在磨 粒上。由此，磨粒的分散性提高。
[0061] (3)合金材料以镁、铝、钛、络和铁中的任一种为主成分时，合金材料中大量包含具 有比主成分金属的标准电极电位高的标准电极电位的金属种，因此容易产生以这些金属种 的析出为起因的研磨面的表面粗糙、缺陷。因此，本实施方式的合金材料研磨用组合物用于 这种合金材料的研磨是特别有效的，进一步而言，用于以铝为主成分且含有1.0质量％以 上的选自铁、铜和锌的至少一种金属元素的合金材料的研磨是特别有效的。
[0062] 前述实施方式也可以如下变更。
[0063] ?合金材料研磨用组合物还可以含有与碳键合的官能团能捕捉第2金属种的化合 物不同的、能捕捉第2金属种的化合物。作为这样的化合物的例子，例如可列举出：多元羧 酸、多膦酸、多糖类、纤维素衍生物、环氧乙烷聚合物、乙烯基聚合物等水溶性聚合物、水溶 性共聚物、它们的盐、衍生物等。这些化合物也可出于赋予对合金材料的表面的亲水性、或 提高组合物中的成分的分散性的目的而使用。
[0064] ?合金材料研磨用组合物也可以根据需要含有提高磨粒的分散性的分散剂、提高 磨粒的聚集体的再分散性的分散助剂之类的添加剂。另外，合金材料研磨用组合物也可以 根据需要含有防腐剂、防霉剂、防锈剂等。
[0065] ?前述合金材料研磨用组合物可以是单组分型，也可以是由双组分以上构成的多 组分型。
[0066] ?前述合金材料研磨用组合物所含有的各成分也可以是在即将制造之前利用过滤 器进行了过滤处理的成分。另外，前述合金材料研磨用组合物也可以是在即将使用之前利 用过滤器进行过滤处理而使用的组合物。通过实施过滤处理，合金材料研磨用组合物中的 粗大异物被去除，品质提尚。
[0067] 对用于上述过滤处理的过滤器的材质和结构没有特别的限定。作为过滤器的材 质，例如可列举出：纤维素、尼龙、聚砜、聚醚砜、聚丙烯、聚四氟乙烯（PTFE)、聚碳酸酯、玻 璃等。另外，可以使用深层过滤器（cbpth filter)、折叠过滤器、以及膜滤器中的任意型的 过滤器。
[0068] ?可以将在合金材料的研磨中使用过的使用完毕的合金材料研磨用组合物回收并 进行再利用（循环使用）。更具体而言，可以将从研磨装置排出的使用完毕的合金材料研磨 用组合物暂时回收在容器内，从容器内再次向研磨装置供给。此时，将使用完毕的研磨用组 合物作为废液进行处理的必要减少，因此可以降低环境负担。另外，通过使合金材料研磨用 组合物的使用量减少，合金材料的研磨带来的成本也可以降低。
[0069] 在循环使用合金材料研磨用组合物时，优选对由于用于合金材料的研磨而消耗或 损失的合金材料研磨用组合物中的成分中的至少一种减少部分进行补充。补充的成分可以 单独添加到使用完毕的合金材料研磨用组合物中，或者也可以以包含任意浓度的两种以上 的成分的混合物的形式添加到使用完毕的合金材料研磨用组合物中。
[0070] ?前述合金材料研磨用组合物也可以通过用水对合金材料研磨用组合物的原液进 行稀释来制备。
[0071] ?可以在使用合金材料研磨用组合物的合金材料的研磨之前进行预磨工序。也可 以在使用合金材料研磨用组合物的合金材料的研磨之后进行精研磨工序。
[0072] 实施例
[0073] 接着，列举实施例和比较例进一步具体说明本发明。
[0074] 如表1所示，在实施例1和2以及比较例1和2中，通过用水稀释磨粒而制备合金 材料研磨用组合物。在实施例3?6和比较例3中，通过进一步加入特定的化合物而制备 合金材料研磨用组合物。
[0075] 表1的"磨粒"栏中的"种类"栏记载的"二氧化硅A (表面修饰品）"是固定化有 具有磺基的化合物的胶态二氧化硅，"二氧化硅B(未处理品）"表示未进行表面修饰的胶态 二氧化硅。表1的"磨粒"栏中的"一次粒径"栏示出各合金材料研磨用组合物中的磨粒的 平均一次粒径。表1的"磨粒"栏中的"含量"栏示出各合金材料研磨用组合物中的磨粒的 含量。表1的"化合物"栏示出各合金材料研磨用组合物中特定的化合物的种类和含量。表 1的"pH"栏示出各合金材料研磨用组合物的pH。
[0076] 作为合金材料，准备具有以下组成的铝合金。
[0077] Si 0. 11%
[0078] Fe 0· 22%、Fe 的标准电极电位：_0· 440V
[0079] Cu 0· 9%、Cu 的标准电极电位：+0· 340V
[0080] Mn 0· 27%、Mn 的标准电极电位：-1. 180V
[0081] Mg 3. 3%、Mg 的标准电极电位：-2. 356V
[0082] Zn 4. 8%、Zn 的标准电极电位：-0· 763V
[0083] Cr 0· 13%、Cr 的标准电极电位：-0· 740V
[0084] Ti 0· 08%、Ti 的标准电极电位：-1. 630V
[0085] Al彡90% (剩余部分）、Al的标准电极电位：-1. 676V
[0086] 表1中的"化合物"栏记载的"亚氨基二醋酸"、"柠檬酸"、以及"聚苯乙烯磺酸"具 有捕捉上述铝合金中的至少Cu的能力，"磷酸系表面活性剂"不具有捕捉上述铝合金中含有 的金属种的能力。
[0087] 使用实施例1?6和比较例1?3的各合金材料研磨用组合物，在表2所示的条 件下研磨上述的铝合金。然后，求出利用各合金材料研磨用组合物的铝合金的研磨速度，并 测定研磨后的合金材料的表面粗糙度。
[0088] <研磨速度的算出>
[0089] 由研磨前后的合金材料的重量之差算出研磨速度。其结果示于表1的"研磨速度" 栏。
[0090] <表面粗糙度的测定>
[0091] 使用表面形状测定机（商品名：ZYGO New View 5000 5032、Zygo公司制造）测定 研磨后的合金材料的表面粗糙度Ra。需要说明的是，表面粗糙度Ra是表示粗糙度曲线的高 度方向的振幅的平均的参数，表示在一定视野内的合金材料表面的高度的算术平均。利用 表面粗糙度形状测定机的测定范围设为I. 4mmX I. 1mm。将其结果示于表1的"表面粗糙度 RaH
[0092] [表 1]
[0093]
【权利要求】
1. 一种合金材料研磨用组合物，其特征在于，其用于研磨合金材料的用途，所述合金材 料含有：主成分的第1金属种、W及与所述第1金属种不同种类且具有比所述第1金属种的 标准电极电位高的标准电极电位的第2金属种， 所述合金材料研磨用组合物含有与碳键合的官能团能捕捉所述第2金属种的化合物。
2. 根据权利要求1所述的合金材料研磨用组合物，其还含有磨粒，所述化合物被固定 化在所述磨粒上。
3. 根据权利要求1或2所述的合金材料研磨用组合物，其中，所述合金材料的主成分为 儀、侣、铁、铭和铁中的任一种。
4. 根据权利要求1?3中任一项所述的合金材料研磨用组合物，其中，所述合金材料的 主成分为侣， 所述合金材料含有1. 0质量％ W上的选自铁、铜和锋的至少一种金属元素。
5. -种合金材料的制造方法，其特征在于，其具有使用权利要求1?4中任一项所述的 合金材料研磨用组合物来研磨合金材料的研磨工序。
【文档编号】C09K3/14GK104471016SQ201380037667
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年7月16日 优先权日:2012年7月17日
【发明者】森永均, 玉井一诚, 浅井舞子 申请人:福吉米株式会社