CN108570705B - 一种用于不锈钢管内壁的电解抛光设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种不锈钢管内壁电解抛光设备，所述设备上端设有铜质阳极组架，所述铜质阳极组架的倾斜角度为5‑15°，在钢管的两端连接有延伸钢管，左端所述延伸钢管的左侧端部设有电解液分配器，所述电解液分配器与高扬程离心泵通过管路连接，右端所述延伸钢管的右侧端部开口且与收集器连接，在所述钢管内设有柔性阴极，在所述收集器的底部设有回流管与电解液槽相连接，所述电解液槽上端与所述高扬程离心泵的出口间设有卸压管路，在所述铜质阳极组架的右侧底部设有全自动控制主机和高频脉冲整流器。该设备结构紧凑，占地面积小，加工效率高，加工质量好，组件拆装更换方便，设备使用寿命长，有较好的经济效益。

Description

一种用于不锈钢管内壁的电解抛光设备

技术领域

本发明涉及集成电路芯片制造技术领域，具体地涉及一种在集成电路芯片制造业输送超高纯度气体用的超高洁净度不锈钢管的内壁的电解抛光设备。

背景技术

在现代集成电路工业中，芯片特征线宽已经达到了纳米级别。因此，集成电路工业的高纯度气体的输送必须使用超高纯净度的316L不锈钢管。这类钢管的内壁必须经过高质量的电解抛光，内表面粗糙度须达到Ra 0.25微米甚至更低，否则，在粗糙的内壁上会粘附极微量的颗粒或者不纯物质，该类杂质的存在即可造成芯片的良率大幅下降。同时不锈钢管内表面目视检验要求必须非常光洁一致，且其内的表面抗腐蚀指标，如铬铁比、铬铁氧化物比、钝化层厚度必须达到半导体行业的国际标准。

集成电路工业所大量使用的电解抛光钢管尺寸小，长度长。钢管内径往往只有4毫米～10毫米左右，而单根钢管标准长度为6米，这就对加工工艺提出了较高的要求，在生产过程中也逐渐暴露出了很多的问题。

在现有技术中，对不锈钢管内壁进行电解抛光时，通常使用的方法是将一根与被抛光钢管几乎等长的导体伸入钢管中作为阴极，将钢管本体作为阳极，并在钢管中灌入电解抛光溶液后再通电抛光。这样的电解抛光工艺有几大严重缺陷:其一，由于整根钢管内表面同时在进行电解抛光，而细长的阴极导体结构能承受的电流是非常有限的，导致的结果是根本无法达到所需的电流密度，而且钢管的口径越小这个问题越严重。其二，电解抛光时阴极会析出大量气体，这些气体无法迅速排出，严重影响抛光效果；如果将被抛光工件水平放置又会导致气泡聚集于管壁的上半部分，而垂直放置则会导致气泡在上升过程中破裂于钢管内部。因此，这种方案不能较好适用于集成电路工业所需的小口径、长尺寸电解抛光管的生产。

之后也提出过将钢管水平布置的方案，具体的操作方法是将100毫米-200毫米活动式阴极沿钢管内部来回运动，同时设置电解抛光溶液循环装置，使电解抛光溶液在钢管内部循环流动以带走气泡，这一方法虽然可以在局部增大电流密度，但存在以下严重缺陷：

一、该种方案的抛光效果不良：当阴极运动方向与电解抛光溶液流向相反时会恶化气泡的流出效果，进而严重影响抛光质量。这种钢管水平布置的结构还容易出现电解抛光溶液无法充满整根管道的情况，继而导致局部无法正常电解。此外钢管的两个端口的电解质量难以控制，很难获得与钢管中段一样的电流密度与抛光时间，抛光效果很难达到半导体行业标准。

二、设备占地面积大：半导体工业所需电解抛光管的标准长度为6米，现有技术在进行电解抛光时将钢管水平横置，插入钢管内部的阴极与延长杆均为硬性长导体，这种结构特征决定了整体设备长度必须超过12米。同时，当前技术方案还要求每根钢管均配以单独的电解溶液循环装置，每套循环装置都包含一台耐酸高温泵以及变频调速装置。在空间有限的情况下，这样的布局难以做到同时生产较多数量的钢管，实际应用中基本只能做到同时生产两根钢管，成本高且效率很低，且设备所需长度过长，影响场地利用效率。

三、管内电解抛光溶液难以达到理想流量：利用现有技术进行电解抛光时，每根钢管由单独的耐酸高温离心泵负责泵送电解抛光溶液，但电解抛光溶液比较粘稠，其比重往往达到1.7以上。而半导体行业所使用的小口径不锈钢管内径小，长度长，溶液在其中的流动压损很大。要达到理想的溶液流量必须使用高扬程的离心泵(通常需要25米以上扬程)。但离心泵的特点决定了流量过小时其根本无法稳定工作，也容易因热量无法及时带出导致泵头过热损坏。单根钢管的内径最小只有4毫米左右，实际使用过程中很难匹配到扬程合适的离心泵，所以，往往只能在流量偏小的条件下工作，这就导致阳极溶解的附着物容易在阴极上堆积，进而增大电阻，影响抛光工艺。当附着物增长到一定厚度时，甚至会直接接触管壁导致产品电伤报废。

四、残留污染物多，废水处理困难：因为生产中的钢管为水平放置，在电解抛光完成后钢管内部残余大量电解抛光溶液难以排出。电解抛光溶液本身为强酸性，其中含有从不锈钢本体上溶解下来的铬、镍等重金属氧化物以及很高的总磷。大量污染物只能被带入后道清洗工序后进入废水处理系统，大大加重了废水处理系统负荷，并带来了较大的水污染隐患。

五、电解抛光液比重维护困难：由于电解抛光液中含有浓硫酸成分，极易从空气中吸收水份导致比重下降，而过高的含水量会影响电解抛光的质量。在长时间停产以及空气湿度大的气候条件极易出现这种情况。目前的解决方法是通过加热电解抛光溶液使其中的水分蒸发，但是该方案需浪费大量能源，且耗时长，不利于提升生产效率。

六、钢管连接处的密封接头存在安全隐患：由于高温电解抛光溶液须在钢管内部流通且具备一定压力，如果连接钢管的密封接头无法正常工作会带来很大的安全隐患。同时，批量化生产时此处需反复拆装，必须容易拆装且具备耐用性。

七、现有技术封闭钢管两端以形成密闭酸液回路，这一方法一方面导致电解过程中产生的大量气泡回流至电解液槽中，必须依靠吸气装置去除，大大增加了废气处理装置的负荷且带来环境隐患。另一方面，阴极在钢管内部运动时必须依靠某种动密封装置与外部整流电源连接才能保证不出现酸液泄露的情况，但原方案并未给出具体解决方案。更考虑到繁琐的拆装过程，因此很难适用于大批量化生产。

八、现有技术要求钢管在电解抛光过程中不断滚动以获得均匀的内表面。但电解液通过钢管进行循环时，滚动的钢管必须要以动密封形式与电解液输送管道相连接。实现难度大，成本高，泄露风险大。

因此，有必要设计出一种高效的用于超高洁净度不锈钢管内壁的电解抛光设备，使得电解抛光的生产效率能显著提升的同时保持高度的工艺稳定性与一致性，解决现有技术中的存在的多种缺陷，使得生产出的不锈钢管具备较强的市场竞争力。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的不足，设计出一种可达到超高洁净度的不锈钢管内壁的电解抛光设备，该设备结构紧凑，占地面积小，加工效率高，加工质量好，组件拆装更换方便，设备使用寿命长，有较好的经济效益。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种用于不锈钢管内壁的电解抛光设备，所述设备上端设有铜质阳极组架，所述铜质阳极组架的倾斜角度为5-15°，所述铜质阳极组架的底部等距离间隔设有数个支架进行设备的固定，所述铜质阳极组架上设有数个V型槽，在所述V型槽的上部设有压紧装置，钢管设在所述铜质阳极组架与所述压紧装置之间，在所述钢管的两端连接有延伸钢管，所述延伸钢管与所述钢管的直径相同，所述延伸钢管长50-100cm，左端所述延伸钢管的左侧端部设有电解液分配器，所述电解液分配器与高扬程离心泵通过管路连接，右端所述延伸钢管的右侧端部开口且与收集器连接，在所述钢管内设有柔性阴极，在所述收集器的底部设有回流管与电解液槽相连接，所述电解液槽上端与所述高扬程离心泵的出口间设有卸压管路，在所述卸压管路上设有阀门，在所述铜质阳极组架的右侧底部设有全自动控制主机和高频脉冲整流器。

进一步地，所述柔性阴极包括圆铜棒和连接在所述圆铜棒一端的阴极导线，所述圆铜棒的长度为30-90cm，在所述圆铜棒上设有数个贯穿式螺纹孔，在所述贯穿式螺纹孔内拧入PTFE外螺纹杆，所述阴极导线为PFA外壳高温镀银线，在所述阴极导线的一端设有连接端子、另一端焊接铜质外螺纹接头，所述圆铜棒与所述阴极导线相接的一端设有内螺纹，所述内螺纹与所述铜质外螺纹接头可匹配螺接。

进一步地，所述钢管与所述延伸钢管通过快拧接头组件连接，左侧的所述延伸钢管与所述电解液分配器间通过所述快拧接头组件连接，所述快拧接头组件的两端分别设有管套，在所述管套间设有管套连接件，所述管套与所述管套连接件的连接处设有氟橡胶密封圈。

进一步地，所述压紧装置包括设在所述V型槽上端的不锈钢的压紧条，在所述压紧条上设有数个复位弹簧，在所述复位弹簧下端设有压紧保护套，所述压紧保护套由耐高温橡胶或者聚丙烯材料制成，在所述压紧条上设有两个定位孔，所述定位孔可卡合套接在所述铜质阳极组架上的螺杆上，在所述螺杆上设有蝶形螺母。

进一步地，所述电解液分配器由聚丙烯材料制成且其内中空，在与所述高扬程离心泵相接的一端设有电解液入口，在与所述延伸钢管连接的一侧设有数个平行的电解液出口，所述电解液入口的口径大于所述电解液出口的口径。

进一步地，在所述电解液槽上设有泵入口、卸压管入口、回流管入口和电加热装置导线引入口，所述泵入口与所述高扬程离心泵的右侧连接，所述卸压管入口与所述卸压管路连接，所述回流管入口与所述回流管连接，所述电加热装置导线引入口与电加热装置连接。

进一步地，所述自动阴极导线拉动装置包括上橡胶滚轴、下橡胶滚轴和动力装置，所述动力装置包括主动轮和设在所述主动轮上的直流调速电机，所述主动轮与所述上橡胶滚轴间通过同步带连接。

进一步地，在所述铜质阳极组架的右端设有阴极导线清洗槽。

进一步地，在所述自动阴极导线拉动装置的右侧设有在线电流控制装置，在每组所述阴极导线上设有穿线式霍尔传感器。

进一步地，所述电解液槽中的电解液由重量百分比为20～50％的98％的工业硫酸和重量百分比为50～80％的85％的工业磷酸配比而成，在其中添加少量去离子水。

本发明的有益效果为：

1.柔性阴极的使用以及钢管倾斜放置，使得设备结构紧凑，占地面积小；

2.可以自由调节柔性阴极运动速度，也可以自由匹配不同的阴极长度以获得合适的阳极电流密度，加工速度快，产能大；

3.电解液分配器使得每根产品可获得同样电解液流量，同时监控每根产品的工艺电流，使得工艺稳定性与一致性良好；

4.阴极铜棒可自由替换，大幅降低阴极成本，铜棒上的PTFE外螺纹杆可以确保铜棒处于钢管中心位置，避免阴极直接接触钢管内壁且完全不影响酸液流量；

5.全新的电解液回路以及电解液分配器，可以满足高扬程离心泵的使用要求，使之工作在流量/扬程曲线最佳区域；可使每根钢管获得理想的酸液流量，钢管在生产过程中不需要滚动即可达到非常理想的电解抛光效果；倾斜的钢管放置方式，可使电解后残余电解液充分回流至电解液槽，大幅减少了水污染物以及电解液的浪费。而且绝大部分电解抛光过程所产生的气泡在回路中可破裂消除，不需要另行处理；

6.快拧接头组件可以反复多次使用，耐压强度高，杜绝了使用中跑冒滴漏现象。经济效益与安全性良好；

7.阴极导线清洗槽可以为导线降温，提高工作寿命；

8.密闭式电解液槽使得电解液从空气中吸收的水汽大大下降，电解液比重容易维护。同时升温快，热量损失少，大大提高了能源使用效率以及生产效率；此外密封式的电解液槽使得厂房环境没有酸雾异味产生，大幅提高职业健康水平；

9.电解抛光溶液使得生产过程中不产生六价铬，大幅提高了环境友好度。

附图说明

图1是本发明一种用于不锈钢管内壁的电解抛光设备的整体结构示意图；

图2是本发明一种用于不锈钢管内壁的电解抛光设备的柔性阴极的结构示意图；

图3是本发明一种用于不锈钢管内壁的电解抛光设备的快拧接头组件的结构示意图；

图4是本发明一种用于不锈钢管内壁的电解抛光设备的压紧装置的结构示意图；

图5是本发明一种用于不锈钢管内壁的电解抛光设备的电解液分配器的结构示意图；

图6是本发明一种用于不锈钢管内壁的电解抛光设备的电解液槽的结构示意图；

图7是本发明一种用于不锈钢管内壁的电解抛光设备的自动阴极导线拉动装置的结构示意图；

图8为实施例3中对每根钢管两端与中心三个位置进行检测后的内表面粗糙度数据统计图；

图9为实施例3中对钢管样品进行AES氧化层厚度分析结果图；

图10为实施例3中对钢管样品进行表面XPS分析后的结果。

1-铜质阳极组架，2-V型槽，3-压紧装置，4-钢管，5-延伸钢管，6-电解液分配器，7-高扬程离心泵，8-收集器，9-柔性阴极，10-自动阴极导线拉动装置，11-回流管，12-电解液槽，13-卸压管路，14-全自动控制主机，15-高频脉冲整流器，16-快拧接头组件，17-阴极导线清洗槽，18-在线电流监控装置；

91-圆铜棒，92-阴极导线，93-贯穿式螺纹孔，94-PTFE外螺纹杆，95-连接端子，96-铜质外螺纹接头；

161-管套，162-管套连接件，163-氟橡胶密封圈；

31-压紧条，32-复位弹簧，33-压紧保护套，34-定位孔，35-螺杆，36-蝶形螺母；

61-电解液入口，62-电解液出口；

121-泵入口，122-卸压管入口，123-回流管入口，124-电加热装置导线引入口；

101-上橡胶滚轴，102-下橡胶滚轴，103-同步带，104-主动轮，105-直流调速电机。

具体实施方式

下面结合附图1-10以及具体实施例对本发明的结构、原理和工作过程作进一步地说明，但本发明的保护范围并不局限于此。

需要说明的是本发明所提供的实施例仅是为了对本发明的技术特征进行有效的说明，所述的左侧、右侧、上端、下端等定位词仅是为了对本发明实施例进行更好的描述，不能看作是对本发明技术方案的限制。

实施例1

一种用于不锈钢管内壁的电解抛光设备，在设备上端设有铜质阳极组架1，所述铜质阳极组架1的倾斜角度为5-15°，可一次性放置10根至20根产品，所述铜质阳极组架1的底部等距离间隔设有数个支架进行设备的固定，所述铜质阳极组架1上设有数个V型槽2，适用于多种外径的钢管产品，在所述V型槽2的上部设有压紧装置3，钢管4设在所述铜质阳极组架1与所述压紧装置3之间，在所述钢管4的两端连接有延伸钢管5，所述延伸钢管5与所述钢管4的直径相同，所述延伸钢管5长50-100cm，左端所述延伸钢管5的左侧端部设有电解液分配器6，所述电解液分配器6与高扬程离心泵7通过管路连接，使用一台高扬程耐酸耐高温的离心泵可满足10根至20根产品同时进行电解抛光的溶液流量需求。右端所述延伸钢管5的右侧端部开口且与收集器8连接，在所述钢管4内设有柔性阴极9，所述柔性阴极9在所述钢管4端口与延伸钢管5间运动时电流可无缝过渡，确保了所述钢管4端口达到与中段一致的电解抛光效果。在所述收集器8的底部设有回流管11与电解液槽12相连接，所述电解液槽12上端与所述高扬程离心泵7的出口间设有卸压管路13，在所述卸压管路13上设有阀门，通过阀门的开关可方便调节流量，使所述高扬程离心泵7工作在流量/扬程曲线的最佳工作点，所述钢管4内部可获得充足的酸液流量，充分带走了气泡以及阳极溶解杂质，确保了高质量的电解抛光效果。在所述铜质阳极组架1的右侧底部设有全自动控制主机14和高频脉冲整流器15。

所述钢管4倾斜放置，且两端设有所述延伸钢管5。电解液从所述钢管4下部的所述电解液分配器6处泵入，从上部所述延伸钢管5口流出。上部所述延伸钢管5口不做封闭，电解液直接流入所述收集器8，并沿所述回流管11自然回流至所述电解液槽12。这一过程确保了所述钢管4内部可充满电解液，同时电解过程产生的气泡在流出所述延伸钢管5口并回流至所述电解液槽12这段期间已经充分破裂消除了，不需要进行额外处理。在所述收集器8上半部分设有可拆卸式不锈钢罩壳，在所述不锈钢罩上安装有透明玻璃视窗，可以方便地观察流出钢管的电解液状态以及所述柔性阴极9的运动状态。

所述柔性阴极9包括圆铜棒91和连接在所述圆铜棒91一端的阴极导线92，所述圆铜棒91的长度为30-90cm，所述圆铜棒91的直径根据被加工的钢管的内径作出调整，在所述圆铜棒91上设有数个贯穿式螺纹孔93，在所述贯穿式螺纹孔93内拧入PTFE外螺纹杆94，选择合适的所述PTFE外螺纹杆94长度确保所述柔性阴极9插入所述钢管4时处于中心位置，不会接触所述钢管4的管壁且完全不影响电解液流通。所述阴极导线92为PFA外壳高温镀银线，根据不同产品需要可选择单根或者多根所述阴极导线92制作阴极，在所述阴极导线92的一端设有连接端子95、另一端焊接铜质外螺纹接头96，所述圆铜棒91与所述阴极导线92相接的一端设有内螺纹，所述内螺纹与所述铜质外螺纹接头96可匹配螺接。

这样的柔性阴极使用以及倾斜的产品放置可以使整台设备长度缩减至8米，可同时加工10根外径1/2英寸以下的不锈钢管或5根外径1英寸的不锈钢管，大大提高了空间利用效率，方便维护以及上下料。另一方面，所述铜质外螺纹接头96可替换，大幅缩减了所述柔性阴极9的制作成本。生产时多组所述柔性阴极9同时连接至设备侧面阴极母排，阴极母排通过电缆连接至整流器负极输出端。

所述钢管4与所述延伸钢管5通过快拧接头组件16连接，左侧的所述延伸钢管5与所述电解液分配器6间通过所述快拧接头组件16连接，所述快拧接头组件16的两端分别设有管套161，在所述管套161间设有管套连接件162，所述管套161与所述管套连接件162的连接处设有氟橡胶密封圈163。其工作原理为先将所述管套161套在所述钢管4端部，再套上内径略小于所述钢管4外径的所述氟橡胶密封圈163，之后所述管套161与所述管套连接件162进行拧紧可挤压所述氟橡胶密封圈163，使之发生形变进而起到密封与固定所述钢管4的作用。所述快拧接头组件16可以反复多次使用，耐压强度高，杜绝了使用中跑冒滴漏现象。经济效益与安全性良好。

所述压紧装置3包括设在所述V型槽2上端的不锈钢的压紧条31，在所述压紧条31上设有数个复位弹簧32，在所述复位弹簧32下端设有压紧保护套33，所述压紧保护套33由耐高温橡胶或者聚丙烯材料制成，在所述压紧条31上设有两个定位孔34，所述定位孔34可卡合套接在所述铜质阳极组架1上的螺杆35上，在所述螺杆35上设有蝶形螺母36，使用时轻轻拧紧所述蝶形螺母36即可使得所述钢管4紧密贴合在所述V型槽2内，获得良好的导电接触。

所述电解液分配器6由聚丙烯材料制成且其内中空，在与所述高扬程离心泵7相接的一端设有电解液入口61，在与所述延伸钢管5连接的一侧设有数个平行的电解液出口62，所述电解液入口61的口径大于所述电解液出口62的口径。

在所述电解液槽12上设有泵入口121、卸压管入口122、回流管入口123和电加热装置导线引入口124，所述泵入口121与所述高扬程离心泵7的右侧连接，所述卸压管入口122与所述卸压管路13连接，所述回流管入口123与所述回流管11连接，所述电加热装置导线引入口124与电加热装置连接。基本密封的所述电解液槽12使得电解液从空气中吸收的水汽大大下降，电解液比重容易维护。同时升温快，热量损失少，大大提高了能源使用效率以及生产效率。此外密封式的所述电解液槽12使得厂房环境没有酸雾异味产生，充分满足了职业健康需求。可在所述电解液槽12中设置挡板，使得回流电解液中所含泥渣优先沉积于远离泵口处，提高电解抛光质量也方便维护。

所述自动阴极导线拉动装置10包括上橡胶滚轴101、下橡胶滚轴102和动力装置，所述动力装置包括主动轮104和设在所述主动轮104上的直流调速电机105，所述主动轮104与所述上橡胶滚轴101间通过同步带103连接。工作时启动所述直流调速电机105，拉动所述阴极导线92使所述圆铜棒91从所述钢管4底部开始匀速向上部管口移动，直至所述圆铜棒91完全进入上部所述延伸钢管5中。此装置可以非常方便地调节所述柔性阴极9在所述钢管4内的运动速度，匹配不同长度的所述圆铜棒91，可以使被加工钢管内壁任意一点都可获得同样的电解时间以获得合适的阳极电流密度。实际生产中每小时可生产超过120米小口径不锈钢管，经济效益良好。

在所述铜质阳极组架1的右端设有阴极导线清洗槽17。工作中已经被拉出滚轴的所述阴极导线92进入所述阴极导线清洗槽17，槽内注满纯水可以洗去所述阴极导线92表面残留酸液并可以为所述阴极导线92降温，提高工作寿命。槽内纯水经多次使用后进入废水处理站处理。

在所述自动阴极导线拉动装置10的右侧设有在线电流控制装置18，在每组所述阴极导线92上设有穿线式霍尔传感器，可实时监控每组所述阴极导线92的电流值并反馈至所述全自动控制主机14。一旦某组所述阴极导线92电流超出范围，主机即刻报警或者停机。

所述电解液槽中的电解液由重量百分比为20～50％的98％的工业硫酸和重量百分比为50～80％的85％的工业磷酸配比而成，在其中添加少量去离子水。不使用含六价铬的铬酐等易造成严重污染的化学品。

本发明所述全自动控制主机14的控制核心为PLC可编程逻辑控制器，实际生产中操作人员只需根据被加工钢管种类，在人机界面上选择合适的程序。设备将自动匹配所述直流调速电机105转速、高频脉冲整流器15输出电流并根据时间控制自动开启以及关闭所述高扬程离心泵7。更佳地，所述全自动控制主机14可以与制造执行系统相连接，自动识别产品批号并匹配合适的加工程序，避免错误操作，所述高频脉冲整流器15提供电解抛光所需直流电源。整流器为稳流型，与所述全自动控制主机14相连，实际生产中根据产品规格设定不同的电流输出值。

实施例2

1、以外径为12.7毫米(1/2英寸)316L不锈钢管生产实例:

1.1.在所述铜质阳极组架上一次性放置10根外径为12.7毫米，长度6米的316L原材料钢管(原料管经光亮退火处理)；

1.2.所有钢管的上下端口使用所述快拧接头组件连接长度为800毫米，外径为12.7毫米的304延伸钢管。所述延伸钢管上下各10根，下端10根延伸钢管与所述电解液分配器通过所述快拧接头组件连接。上端延伸钢管伸入所述收集器中，上部端口敞开。

1.3.选择直径5毫米，长度800毫米的所述圆铜棒作为阴极主体。使用直径3毫米，长度9毫米的PTFE外螺纹杆件作为支撑条.单根阴极共使用16根支撑条，间隔排列。阴极导线采用外径约3毫米的PFA绝缘镀银线。

1.4.将10根制备好的所述柔性阴极从上端延伸管口插入，直至所述圆铜棒头部插到下端所述延伸钢管底部。

1.5.将85％工业磷酸与98％浓硫酸按照6:4的重量比例充分混合，并添加去离子水将比重调节至1.7(室温)。将混合酸加入所述电解液槽，使用电加热器加热并控制酸液温度为60摄氏度。

1.6.开启所述高扬程离心泵，观察并调节酸液流量至合适大小。选择电解参数如下：过程时间30分钟，所述高频脉冲整流器输出电流1000A。启动电解抛光过程，所述全自动控制主机将控制所述直流调速电机工作转速，使得橡胶滚轴表面线速度为226.7mm/min。所述柔性阴极在橡胶滚轴的拉动下开始匀速向上运动。此参数设置决定了钢管内部任一点抛光时间接近3.5分钟，阳极电流密度约40A/d㎡。30分钟后所述圆铜棒完全进入上部所述延伸钢管，设备自动关闭所述高频脉冲整流器输出以及电解液泵。

实施例3：产品或方法的效果实施例

上述实施例2在30分钟内电解完成10根6米长度316L不锈钢管，完成常规清洗流程后进行一系列检验。

1.每根钢管检测两端与中心共3个位置的内表面粗糙度，每个位置均使用日本三丰SJ-210粗糙度仪检测两点，实测内表面粗糙度数据如图8所示。

2.将所有钢管剖开进行目视检验，钢管内壁均呈光亮电解抛光面，无任何肉眼可见缺陷。

3.基于半导体行业国际标准测试方法SEMATECH Test Method 91060573B对钢管样品进行AES氧化层厚度分析，结果如图9所示。

4.基于半导体行业国际标准测试方法SEMATECH Test Method 90120403B对钢管样品进行表面XPS分析，结果如图10所示。

综合上述结果，可知依靠本发明设备及所设定参数进行电解抛光后，钢管产品质量已完全达到半导体行业国际标准SEMI-F19所要求的高纯不锈钢流体输送原件表面要求。且工艺稳定性与工艺一致性良好、生产效率高、生产过程环保，具备极高的实用价值与经济效益。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。但是以上所述仅为本发明的具体实施例，本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式均应涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (6)

1.一种用于不锈钢管内壁的电解抛光设备，其特征在于，所述设备上端设有铜质阳极组架(1)，所述铜质阳极组架(1)的倾斜角度为5-15°，所述铜质阳极组架(1)的底部等距离间隔设有数个支架进行设备的固定，所述铜质阳极组架(1)上设有数个V型槽(2)，在所述V型槽(2)的上部设有压紧装置(3)，钢管(4)设在所述铜质阳极组架(1)与所述压紧装置(3)之间，在所述钢管(4)的两端连接有延伸钢管(5)，所述延伸钢管(5)与所述钢管(4)的直径相同，左端所述延伸钢管(5)的左侧端部设有电解液分配器(6)，所述电解液分配器(6)与高扬程离心泵(7)通过管路连接，右端所述延伸钢管(5)的右侧端部开口且与收集器(8)连接，在所述钢管(4)内设有柔性阴极(9)，在所述收集器(8)的底部设有回流管(11)与电解液槽(12)相连接，所述电解液槽(12)上端与所述高扬程离心泵(7)的出口间设有卸压管路(13)，在所述卸压管路(13)上设有阀门，在所述铜质阳极组架(1)的右侧底部设有全自动控制主机(14)和高频脉冲整流器(15)；

所述钢管(4)与所述延伸钢管(5)通过快拧接头组件(16)连接，左侧的所述延伸钢管(5)与所述电解液分配器(6)间通过所述快拧接头组件(16)连接，所述快拧接头组件(16)的两端分别设有管套(161)，在所述管套(161)间设有管套连接件(162)，所述管套(161)与所述管套连接件(162)的连接处设有氟橡胶密封圈(163)；

在所述电解液槽(12)上设有泵入口(121)、卸压管入口(122)、回流管入口(123)和电加热装置导线引入口(124)，所述泵入口(121)与所述高扬程离心泵(7)的右侧连接，所述卸压管入口(122)与所述卸压管路(13)连接，所述回流管入口(123)与所述回流管(11)连接，所述电加热装置导线引入口(124)与电加热装置连接；

在所述铜质阳极组架(1)的右端设有阴极导线清洗槽(17)；

在收集器(8)右侧设有自动阴极导线拉动装置(10)，在自动阴极导线拉动装置(10)的右侧设有在线电流控制装置(18)，在每组所述阴极导线(92)上设有穿线式霍尔传感器。

2.如权利要求1所述的一种用于不锈钢管内壁的电解抛光设备，其特征在于，所述柔性阴极(9)包括圆铜棒(91)和连接在所述圆铜棒(91)一端的阴极导线(92)，所述圆铜棒(91)的长度为30-90cm，在所述圆铜棒(91)上设有数个贯穿式螺纹孔(93)，在所述贯穿式螺纹孔(93)内拧入PTFE外螺纹杆(94)，所述阴极导线(92)为PFA外壳高温镀银线，在所述阴极导线(92)的一端设有连接端子(95)、另一端焊接铜质外螺纹接头(96)，所述圆铜棒(91)与所述阴极导线(92)相接的一端设有内螺纹，所述内螺纹与所述铜质外螺纹接头(96)可匹配螺接。

3.如权利要求2所述的一种用于不锈钢管内壁的电解抛光设备，其特征在于，所述压紧装置(3)包括设在所述V型槽(2)上端的不锈钢的压紧条(31)，在所述压紧条(31)上设有数个复位弹簧(32)，在所述复位弹簧(32)下端设有压紧保护套(33)，所述压紧保护套(33)由耐高温橡胶或者聚丙烯材料制成，在所述压紧条(31)上设有两个定位孔(34)，所述定位孔(34)可卡合套接在所述铜质阳极组架(1)上的螺杆(35)上，在所述螺杆(35)上设有蝶形螺母。

4.如权利要求3所述的一种用于不锈钢管内壁的电解抛光设备，其特征在于，所述电解液分配器(6)由聚丙烯材料制成且其内中空，在与所述高扬程离心泵(7)相接的一端设有电解液入口(61)，在与所述延伸钢管(5)连接的一侧设有数个平行的电解液出口(62)，所述电解液入口(61)的口径大于所述电解液出口(62)的口径。

5.如权利要求4所述的一种用于不锈钢管内壁的电解抛光设备，其特征在于，所述自动阴极导线拉动装置(10)包括上橡胶滚轴(101)、下橡胶滚轴(102)和动力装置，所述动力装置包括主动轮(104)和设在所述主动轮(104)上的直流调速电机(105)，所述主动轮(104)与所述上橡胶滚轴(101)间通过同步带(103)连接。

6.如权利要求5所述的一种用于不锈钢管内壁的电解抛光设备，其特征在于，所述电解液槽(12)中的电解液由重量百分比为20～50％的98％的工业硫酸和重量百分比为50～80％的85％的工业磷酸配比而成，在其中添加少量去离子水。

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