CN102703937A

CN102703937A - 一种涂层导体用不锈钢基带的抛光工艺

Info

Publication number: CN102703937A
Application number: CN2012101652893A
Authority: CN
Inventors: 索红莉; 王营霞; 马麟; 王金华; 李孟晓; 孟易辰
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2012-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2012-10-03

Abstract

一种涂层导体用不锈钢基带的抛光工艺，属于高温超导涂层导体的基带表面抛光技术领域。本发明主要提供了一种集酸洗、化学抛光与电化学抛光于一体的不锈钢抛光工艺。在该发明中，去除了传统抛光液中的有毒铬酸、氢氟酸成分和易挥发的盐酸溶液，减少了所用材料对环境的污染、对人体的危害以及对设备的腐蚀性，使用较为常见的磷酸、硫酸溶液，配以双氧水氧化剂、丁二酮肟络合剂和ZP-1型缓蚀剂，所配置的抛光液原料易得，成本较低，配置过程可操作性强，所配溶液可在常温下使用，降低设备损耗和节约电量，所以以优化的抛光工艺节约了生产成本，同时提高抛光光洁度。

Description

一种涂层导体用不锈钢基带的抛光工艺

技术领域

本发明涉及一种涂层导体用不锈钢基带的抛光液的组成及抛光工艺，涉及高温超导涂层导体用合金基带的表面改性研究，属于电解抛光技术领域。

背景技术

基于高温超导体本身固有的优越物理特性，使得高温超导体在电力、交通、运输、磁体技术、军事等诸多方面有着潜在应用前景，也存在着巨大的商业市场。但是超导材料的应用建立在高性能、长线带材（千米量级）的制备基础之上，而这也是超导材料线带材实用化方面所面临的巨大问题。以YBCO为主的稀土类（Y，Nb，Gd，Yb，Er等）钡铜氧化物为代表的第二代高温超导体具有优越的性能，是高温超导产业化研究的重点及热点。但是由于第二代高温超导体YBCO属于陶瓷类氧化物，材料本身具有很大的脆性，不易加工成线材。为了解决上述问题，研究人员发现在具有高强度的取向基板上生长YBCO薄膜，使其外延模板的取向获得高的J_c，既可以解决YBCO的脆性缺陷，又可以获得高的性能。因此，基于以上外延生长理论，就有了经典的涂层导体结构。

涂层导体主要分为四层：基板层（基带），过渡层，YBCO层，保护层。金属基带位于涂层导体的最底层，要求其具备一定的机械强度，以承受一定的应力应变。按照金属的元素组元来划分可分为：Ag及其合金基带；Ni及其合金基带；Cu及其合金基带；不锈钢基带；按照基板有无织构来划分可分为：有多晶织构的金属基带和无织构的金属基带。其中不锈钢金属基带属于无织构基带。根据基带的材料不同和有无取向又可以采用不同的技术制备路线。而IBAD制备技术主要应用于无织构的金属基带制备涂层导体中。IBAD技术对金属基带材料的选择没有太特殊的要求，并且可以在随机取向的金属基带上制备具有立方织构的籽晶层，形成具有立方织构的“模板”基带。一般情况下，我们选用强度高、耐机械腐蚀、耐化学腐蚀、价格便宜且易加工的不锈钢材料做为IBAD沉积技术中的基板材料。但由于沉积过程中，基带需要做往复运动，从而导致基带边缘的沉积效果并不理想。另外由于沉积过程当中整体的厚度也不可控，所以基带表层并不均匀，以及由短带过渡到长带时，其样品架构发生的变化，从而引起沉积条件发生转变，导致沉积性能发生改变。除了上述这些操作所带来的不可避免的问题以外，不锈钢基板本身的表面缺陷也在很大程度上制约着后续镀膜过程的进行。

由于不锈钢材料大都经过热锻、热轧、高温热处理、线切割等高温加工而成，在加工过程中，表面不仅留有油渍，还会出现较厚氧化皮，因此在使用IBAD沉积技术制备涂层导体之前应该先进行表面处理。通常情况下，表现处理过程需要高温酸洗除油和抛光处理。抛光又分为机械抛光、化学抛光和电化学抛光。相比而言，机械抛光成本较高，并且所需要的辅料及耗电较为昂贵，逐渐成为表面抛光中的辅助手段。虽然化学抛光成本较低，但是抛光速率较电化学抛光低，且耗时较长，抛光后的表面光洁度不及电化学抛光好，所以通常情况下将其与电化学抛光结合使用。

传统的不锈钢抛光工艺的溶液配方中多含有铬酸和氢氟酸等有害物质，同时高温酸洗的时间较长增大了生产成本。另外传统的酸洗溶液中大都含有盐酸溶液，而盐酸溶液极易挥发形成酸雾，不但会污染环境，腐蚀设备，还会改变最初的溶液配比进而影响抛光质量。因此针对以上问题，本发明主要提供了一种集酸洗、化学抛光与电化学抛光于一体的抛光工艺。在该发明中，去除了传统抛光液中的有毒铬酸和氢氟酸，减少了所用材料对环境的污染、对人体的危害以及对设备的腐蚀作用。又因为该抛光液可以在常温下使用，降低设备损耗，节约用电量，故以优化的抛光工艺节约了生产成本，同时又可以提高抛光光洁度。

发明内容：

本发明的目的是提供一种涂层导体用不锈钢基带的抛光工艺，既可以减少环境污染、对人体的危害以及对设备的损耗，又因为该抛光液可以在常温下使用，故还能降低设备损耗，节约电量，优化抛光工艺，提高不锈钢材料的抛光质量。本发明所提供的涂层导体用不锈钢基带的抛光工艺，包括以下步骤：

（1）对不锈钢进行酸洗除油，即预抛处理。

在进行预抛处理前需要配置酸洗溶液。本发明中所采用酸洗溶液为自行配置的溶液，由磷酸、硫酸、丁二酮肟三部分组成。磷酸的密度为1.685 g/ cm^-3，添加量为300~420mL / L，硫酸的密度为1.84g/cm^-3，添加量为160~250mL / L，丁二酮肟为固体粉末，其添加量为10~15g / L，酸洗时间为5~10min。

（2）对酸洗后的不锈钢材料进行水洗，干燥，然后进行化学抛光。

将酸洗后的不锈钢材料进行水洗，然后进行干燥，等待进一步的化学抛光。在进行化学抛光之前需要先配置化学抛光液。化学抛光液的成分由磷酸、硫酸、双氧水、ZP-1缓蚀剂组成。磷酸的密度为1.685 g/ cm^-3，添加量为200~320mL / L，硫酸的密度为1.84g /cm^-3，添加量为180~300mL / L，双氧水（30%）的添加量为50~100mL / L，ZP-1型缓蚀剂的添加量为10~30mL / L，抛光时间为5~10min。

（3）最后对不锈钢材料进行电化学抛光处理。

将化学抛光后的不锈钢材料进行水洗，然后进行干燥，等待进一步的电化学抛光。在进行电化学抛光之前需要先配置电化学抛光液。电化学抛光液的成分主要由磷酸、硫酸、双氧水、丁二酮肟和ZP缓蚀剂组成。磷酸的密度为1.685 g/ cm^-3，添加量为250~420mL / L，硫酸的密度为1.84g /cm^-3，添加量为180~250mL / L，双氧水（30%）的添加量为150~300mL / L，丁二酮肟为粉末，其添加量为5~10g /L，ZP-1缓蚀剂的添加量为10~20mL / L，抛光电压为10~15v，阴极材料为铅板，抛光时间为1~3min。

（4）将电化学抛光好的材料进行水洗，然后烘干保存待用。

根据上述涂层导体用的不锈钢抛光工艺，对不锈钢材料进行表面处理，获得的不锈钢材料表面平整、光洁，而且所配置的抛光液成分原料易得、配置简单、无毒、无污染、挥发性小、使用寿命长、容易操作且抛光效果显著，适合于推广应用。

在本发明中，所采用的溶液配方中，磷酸优选的是浓度为85%的磷酸，磷酸为中等强度的三元酸，对大部分金属的腐蚀作用较弱，但是粘度较大，易与金属生成钝化膜，是不锈钢抛光工艺中的主要成分。硫酸优选浓度为98%的硫酸，是无机强酸，在室温下对不锈钢的溶解能力较弱。在电化学过程中，硫酸溶液主要是提高溶液导电率，改善分散能力，提高阳极的电流效率，它与磷酸溶液适当配比，对金属的整平能力较强。丁二酮肟能与镍离子形成络合物，有利于形成金属表面扩散层，改善金属表面抛光质量。双氧水是一种强氧化剂，具有很强的氧化性，在酸洗过程中可以加速去除氧化层，双氧水还具有稳定剂功能，缓蚀剂主要是控制不锈钢的腐蚀速率，防止其过度腐蚀，减少不锈钢材料的损失，本专利中所使用的ZP-1缓蚀剂来源于鞍钢冷轧厂研制（ZP-1型钢材酸洗缓蚀剂及其应用效果，环境工程，1987.4.20）。

注意事项：

1.由于在抛光液成分中由硫酸，所以在配置抛光液过程中一定要注意安全。首先将少量的计量水加入到溶液槽中，再将硫酸溶液和磷酸溶液依次加入，且用玻璃棒不断搅拌，待溶液至室温。在此基础之上，边搅拌边缓慢加入双氧水和缓蚀剂。丁二酮肟粉末先用温水溶解，然后再加入到配置好的溶液中。

2.要经常测定和调节抛光液的成分及比重，经常清洗槽底沉淀，弱溶液减少，应及时补充新溶液，以免影响抛光质量。

3.定期的清洗阴极材料，使用钢丝等器械刷洗阴极材料表面，去除其表面的附着物，以免引起导电不良。

4.由于抛光液中还有硫酸，极易吸附水分。所以在溶液为使用时，应把抛光液倒入到密闭容器中，或者是盖上抛光槽，即可以防止溶液吸水改变抛光液成分，又可以避免空气中的尘土、颗粒等进入到抛光液中，影响抛光质量。

具体实施方式

实例1

将厚度为280μm的Cr18Ni9号不锈钢材料线切割成10mm×30mm大小，浸入到磷酸、硫酸、丁二酮肟配置成的酸洗溶液中，磷酸的添加量为300mL / L，硫酸的添加量为200mL / L，丁二酮肟的添加量为10g/ L，酸洗温度为室温，酸洗时间为8min。将酸洗后的样品用丙酮或酒精进行超声清洗5分钟，然后水洗烘干。将酸洗后的不锈钢材料浸入到化学抛光液中，化学抛光液的成分主要由磷酸、硫酸、双氧水、ZP-1缓蚀剂组成。磷酸的添加量为280mL / L，硫酸的添加量为200mL/ L，双氧水的添加量为80mL / L，ZP-1缓蚀剂的添加量为12mL/ L，抛光温度选择在室温，抛光时间为8min。将经过化学抛光的不锈钢材料进行电解抛光。电化学抛光液的成分主要由磷酸、硫酸、双氧水、丁二酮肟和ZP-1缓蚀剂组成。磷酸的添加量为300mL / L，硫酸的添加量为200mL / L，双氧水（30%）的添加量为200mL /L，丁二酮肟的添加量为10g / L，ZP-1缓蚀剂的添加量分别为10mL/ L，抛光温度选择在常温，抛光电压为12v，阴极材料为铅板，抛光时间为2min。电解抛光完毕的样品，放入酒精中超声去离子清洗后，烘干保存待IBAD沉积时使用。Cr18Ni9号不锈钢材料经酸洗和抛光后表面洁净平整，光洁如镜，表面折射率由抛光前的36%升高到68%。

实例2

将厚度为320μm的304号不锈钢材料线切割成10mm×30mm大小，浸入到磷酸、硫酸、丁二酮肟配置成的酸洗溶液中，磷酸的添加量为320mL/ L，硫酸的添加量为220mL / L，丁二酮肟的添加量为12g / L，酸洗温度为室温，酸洗时间为6min。将酸洗后的样品用丙酮或酒精进行超声清洗5分钟，然后水洗烘干。将酸洗后的不锈钢材料浸入到化学抛光液中，化学抛光液的成分主要由磷酸、硫酸、双氧水、ZP-1缓蚀剂组成。磷酸的添加量为260mL / L，硫酸的添加量为200mL /L，双氧水的添加量为60mL / L，ZP-1缓蚀剂的添加量为15mL /L和10mL / L，抛光温度选择在常温，抛光时间为6min。将经过化学抛光的不锈钢材料进行电解抛光。电化学抛光液的成分主要由磷酸、硫酸、双氧水、丁二酮肟和ZP-1缓蚀剂组成。磷酸的添加量为360mL/ L，硫酸的添加量为230mL / L，双氧水的添加量为180mL / L，丁二酮肟的添加量为10g / L，ZP-1缓蚀剂的添加量分别为15mL/ L，抛光温度选择在室温，抛光电压为15v，阴极材料为铅板，抛光时间为1min。电解抛光完毕的样品，放入酒精中超声去离子清洗后，烘干保存待IBAD沉积时使用。304号不锈钢材料经酸洗和抛光后表面洁净平整，光洁如镜，表面折射率由抛光前的28%升高到65%。

Claims

1.一种涂层导体用不锈钢基带的抛光工艺，其特征在于，包括以下步骤：

（1）对不锈钢进行酸洗除油，即预抛处理；

在进行预抛处理前需要配置酸洗溶液；本发明中所采用酸洗溶液由磷酸、硫酸、丁二酮肟三部分组成；磷酸的密度为1.685 g/ cm^-3，添加量为300~420mL / L，硫酸的密度为1.84g /cm^-3，添加量为160~250mL / L，丁二酮肟为固体粉末，其添加量为10~15g / L，酸洗时间为5~10min；

（2）对酸洗后的不锈钢材料进行水洗，干燥，然后进行化学抛光；

将酸洗后的不锈钢材料进行水洗，然后进行干燥，等待进一步的化学抛光；在进行化学抛光之前需要先配置化学抛光液；化学抛光液的成分由磷酸、硫酸、双氧水、ZP-1缓蚀剂组成；磷酸的密度为1.685 g/ cm^-3，添加量为200~320mL / L，硫酸的密度为1.84g /cm^-3，添加量为180~300mL / L，质量百分比浓度为30%的双氧水的添加量为50~100mL / L，ZP-1缓蚀剂的添加量为10~30mL / L，抛光时间为5~10min；

（3）最后对不锈钢材料进行电化学抛光处理；

将化学抛光后的不锈钢材料进行水洗，然后进行干燥，等待进一步的电化学抛光；在进行电化学抛光之前需要先配置电化学抛光液；电化学抛光液的成分由磷酸、硫酸、双氧水、丁二酮肟和ZP-1缓蚀剂组成；磷酸的密度为1.685 g/ cm^-3，添加量为250~420mL / L，硫酸的密度为1.84g /cm^-3，添加量为180~250mL / L，质量百分比浓度为30%的双氧水的添加量为150~300mL / L，丁二酮肟为粉末，其添加量为5~10g / L，ZP-1缓蚀剂的添加量为10~20mL / L，抛光电压为10~15v，阴极材料为铅板，抛光时间为1~3min；

（4）将电化学抛光好的材料进行水洗，然后烘干保存待用。