一种电化学抛光装置及方法与流程

本发明涉及抛光，特别涉及一种电化学抛光装置及方法。

背景技术：

基于reba1cu2o(7-δ)(rebacuo,re=y,gd,dy等稀土元素)高温超导体的第二代高温超导带材是由多种金属氧化物薄膜生长在金属基带上组成，是一种新型电力材料，相比第一代bscco-2223和bscco-2212超导带材/线材，具备更高的不可逆场、更高的超导转变温度和更高的临界电流密度，能够在较高的温度（液氮温区）和磁场环境下应用，它是世界各国在高温超导领域研发的焦点。

高温超导带材的工作性能取决于金属带材的表面状况以及各金属氧化物薄膜的生长特性。而要想取得性能良好的金属氧化物薄膜，就必须提供符合技术要求的金属基带。金属基带要满足特定的高温性能和机械性能以及经过处理后所要求达到的表面粗糙度。目前最常用的满足工业应用的金属基带是哈氏合金，其不仅在高温下表现出良好的机械能，还具有稳定性和抗多种化学抗腐蚀性的特性。金属基带表面平整度的处理，主要有两种方法，一种是机械抛光，但机械抛光速度比较慢，抛光效率低，不能满足工业生产的需求。另一种方法是电化学抛光。

电化学抛光也称电解抛光，是将要抛光金属工件当做阳极，并放置在特殊的电解液中通电，电解后金属表面会因溶解而获得平滑化和光亮化的抛光面。

常见的电化学抛光装置存在一些缺点。一是抛光池槽体设计不够合理，所需要抛光液的用量和输入的电能大，溶液使用寿命短，利用率低。二是抛光极板设计尺寸不合理，不能保证提供均匀地电流场。三是后清洗系统程序简单，对一些附着力较大的颗粒以及酸洗后的残余酸性离子不能保证完全去除。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种电化学抛光装置及方法，主要解决现有电化学抛光装置和方法存在前述缺陷的技术问题，本发明的技术方案如下：一种电化学抛光装置，包括：横向穿设于槽体的三个电解槽，槽体两端封板设有金属基带入口和金属基带出口，三个电解槽由并排设置的两组导流板腔分割而成，两个导流板腔之间留有金属基带通道，金属基带入口、金属基带通道、金属基带出口在同一轴线上，导流板腔底部设有进液口，导流板腔封板上设有流动孔，导流板腔位于槽体侧封板下部设有排液口，槽体两端设有正电极，槽体中间侧封板上设有负电极，金属基带横向穿越槽体。

连接电解槽的液体导流板腔的存在，可有效减小绕道电流，延长溶液寿命。

第二个电解池为抛光池，位于所述抛光池的负电极极板纵向长度大于抛光池槽体的长度，可将电流场束缚在抛光池内；负电极极板的横向宽度与待抛光金属基带的宽度比在1.4-1.8之间，本发明优选1.67；两极板间距在(2-5)cm之间，可在抛光池内形成均匀的电流场。电解液供应管路连通进液口，可提高抛光液的流动控制。

本发明还公开一种电化学抛光方法，包括以下步骤：1）配制抛光溶液2）金属基带抛光前的预清洗；3在抛光池对金属基带进行电化学抛光；4）金属基带抛光后的清洗。在上述电化学抛光方法中，所述步骤1具体为：配方重量百分比为浓硫酸：磷酸：甘油：水：糖精钠=（26-35）：（56-65）：（2-4）：（2-4）：（0.01-1）。

在上述电化学抛光方法中，所述步骤2具体为：先清洗去除表面油污，然后超声波清洗去除表面油污和附着颗粒，之后去离子水清洗表面去除杂质。

在上述电化学抛光方法中，所述步骤3具体为：抛光电流密度在(0.3-0.7)a/cm²，抛光液温度50-80℃，抛光时间（22-57）s。

在上述电化学抛光方法中，所述步骤4具体为：酸漂洗，中和反应清洗，去离子水清洗，超声波清洗，去离子水清洗，去离子水清洗，去离子水清洗，超声波清洗，去离子水清洗，吹干，烘干。

本发明的有益效果：本发明三个电解槽是由空间狭小的液体导流板腔相连，可减小绕道电流，从而延长溶液寿命，提高溶液利用率。负电极极板纵向长度大于抛光池的长度，可将电流场束缚于抛光池内，横向宽度与待抛光基带成一定比例，可保持电流场均匀。液体供应管路的进液口设置可有效控制电解液的流动量。电化学抛光法抛光金属基带，可在符合工业生产要求的抛光速度下获得粗糙度＜1nm的金属基带表面。

附图说明

图1所示为本发明电化学抛光方法流程图。

图2所示为本发明电化学抛光装置结构示意图。

图3所示为本发明实施例1金属基带抛光后afm测试图。

图4所示为本发明实施例2金属基带抛光后afm测试图。

图5所示为本发明实施例3金属基带抛光后afm测试图。

图中：1-电解槽a,2-电解槽b,3-电解槽c,4-正电极，5-负电极，6-进液口，7-排液口，8-金属基带进口，9-金属基带出口，10-导流板腔，8-金属基带进口，9-金属基带出口，10-导流板腔，11-金属基带通道，12-流动孔。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细完整说明。

实施例1，在本实施例中，结合图1抛光工艺流程图，其工艺主要分为以下几个部分：

配制抛光液。本发明实施例中抛光液的配方组成包括以下组分（重量百分比）：98%浓硫酸、85%磷酸、甘油、水、糖精钠，其中各组分重量百分比及本实施例优选比例如表1所示：表1

金属基带抛光前的预清洗如图1a所示部分。本实施例采用哈氏合金带作为被抛光基带，首先用去离子水简单清洗去除表面灰尘，然后超声波1000hz清洗去除表面油污和附着颗粒，之后去离子水清洗表面去除能冲洗掉的所有杂质。预清洗的目的主要是清洗购买的哈氏合金带表面的油污及附着力较弱的颗粒灰尘等，对附着力较强的颗粒可在抛光环节进一步清除干净。

参照图2，用本发明设计的电化学抛光装置对金属基带进行电化学抛光；包括：横向穿设于槽体的三个电解槽a1、电解槽b2、电解槽c3，槽体两端封板设有金属基带入口8和金属基带出口9，三个电解槽由并排设置的两组导流板腔10分割而成，两个导流板腔10之间留有金属基带通道11，金属基带入口9、金属基带通道11、金属基带出口9在同一轴线上，导流板腔10底部设有进液口6，导流板腔封板上设有流动孔12，导流板腔位于槽体侧封板下部设有排液口7，槽体两端设有正电极4，槽体中间侧封板上设有负电极5，哈氏合金基带横向穿越槽体经过入口和出口，三个电解槽之间由空间狭小液体导流板腔10相连，可有效减小绕道电流，抛光液由底部进液口6由下而上灌满电解槽后由排液口7排出，并形成循环使抛光液处于流动循环状态。正电极4电极板纵向长度大于槽体长度，负电极5电极板纵向长度大于电解槽b2即抛光池的长度，电流接通后所形成的电场被牢牢束缚于抛光池内，电极板横向宽度与待抛光金属基带宽度比1.4-1.8之间，本实施例优选宽度比1.67，可使抛光池内电流场保持均匀。

采用上述电解槽配合特定范围内的电化学抛光工艺，可获得满足生产第二代高温超导带材要求的金属基带，即其表面粗糙度满足在一定标准下（afm测试，5*5μm²范围内）ra＜1nm。

电化学抛光工艺参数主要包括：哈氏合金基带宽12毫米，厚度0.07毫米，长度100米。电流密度0.52a/cm²，抛光液温度60℃，抛光时间46s。经afm测定，金属基带表面粗糙度ra=0.68，参考图3所示。

抛光金属基带的后清洗，为了去除抛光基带表面的颗粒及残留电解液，将进行一系列的后清洗，包括以下步骤：1.去离子水漂洗抛光基带上的电解液；2.naoh溶液中和反应去除基带表面残余的酸性物质；3.去离子水冲洗表面离子；4.超声波1000hz清洗去除表面附着离子；5.去离子水清洗保证在无杂质离子的环境中清洗所有可能残存的离子，并重复清洗三遍；6.吹干，先用压缩空气简单将表面水分吹干后用洁净的n2吹扫保证基带表面洁净；7.100℃烘干后冷却收卷。

实施例2抛光工艺流程如图1所示。

配制抛光液。抛光液组分及本实例优选比例如表2所示：表2

金属基带抛光前的预清洗如图1a所示部分。本实施例采用哈氏合金带作为被抛光基带，首先去离子水简单清洗去除表面灰尘，然后超声波(1000hz)清洗去除表面油污和附着颗粒，之后去离子水清洗表面去除能冲洗掉的所有杂质。

本实施例采用如图2所示的电化学抛光装置对哈氏合金基带进行电化学抛光。

采用电化学抛光工艺参数主要包括：哈氏合金基带宽12毫米，厚度0.07毫米，长度100米。电流密度0.31a/cm²，抛光液温度80℃，抛光时间48s.经afm测定，金属基带表面粗糙度ra=0.77，参考图4所示。

抛光金属基带的后清洗，为了去除抛光基带表面的颗粒及残留电解液，将进行一系列的后清洗，包括以下步骤：1.去离子水漂洗去除抛光带表面电解液；2.naoh溶液中和反应去除基带表面残余的酸性物质；3.去离子水冲洗表面离子；4.超声波1000hz清洗去除表面附着离子；5.去离子水清洗保证在无杂质离子的环境中清洗所有可能残存的离子，并重复清洗三遍；6.吹干，先用压缩空气简单将表面水分吹干后用洁净的n2吹扫保证基带表面洁净；7.100℃烘干后冷却收卷。

实施例3，抛光工艺流程如图1所示。

配制抛光液。抛光液组分及本实例优选比例如表3所示：表3

金属基带抛光前的预清洗如图1a所示部分。本实施例采用哈氏合金带作为被抛光基带，首先用去离子水简单清洗去除表面灰尘，然后超声波1000hz清洗去除表面油污和附着颗粒，之后去离子水清洗表面去除能冲洗掉的所有杂质。

本实施例采用如图2所示的电化学抛光装置对哈氏合金基带进行电化学抛光。

采用电化学抛光工艺参数主要包括：哈氏合金基带宽12毫米，厚度0.07毫米，长度100米。电流密度0.41a/cm²，抛光液温度70℃，抛光时间40s.经afm测定，金属基带表面粗糙度ra=0.99，参考图4所示。

抛光金属基带的后清洗，为了去除抛光基带表面的颗粒及残留电解液，将进行一系列的后清洗，包括以下步骤：1.去离子水漂洗去除抛光带表面电解液；2.naoh溶液中和反应去除基带表面残余的酸性物质；3.去离子水冲洗表面离子；4.超声波1000hz清洗去除表面附着离子；5.去离子水清洗保证在无杂质离子的环境中清洗所有可能残存的离子，并重复清洗三遍；6.吹干，先用压缩空气简单将表面水分吹干后用洁净的n2吹扫保证基带表面洁净；7.100℃烘干后冷却收卷。