技術(shù)交流

隨著中國工業(yè)體系的不斷提高，高端制造領(lǐng)域的工業(yè)產(chǎn)品也逐漸增多，高性能材料尤其是高性能不銹鋼的應(yīng)用也大量普及。 而往往在高端不銹鋼的應(yīng)用領(lǐng)域中，常常會用到電化學(xué)拋光這種表面處理方式。雖然不銹鋼電化學(xué)拋光技術(shù)早在五六十年代就已經(jīng)開始應(yīng)用，但真正在國內(nèi)大量使用也就近十多年的時間。而在國外的發(fā)達國家，他們的高端制造業(yè)比我們起步早，因此在這方面的應(yīng)用則更廣泛、技術(shù)工藝更成熟。

生物醫(yī)藥、醫(yī)療器械、真空電子、半導(dǎo)體是不銹鋼高端應(yīng)用最典型的工業(yè)領(lǐng)域，尤以半導(dǎo)體行業(yè)要求最高。

很多人會有不解，為什么高端或高純凈的產(chǎn)品一定要使用電化學(xué)拋光處理？機械拋光或酸洗鈍化就不可以么？這就需要從相關(guān)產(chǎn)品的應(yīng)用場所的要求及不銹鋼電解拋光的特性來講起。

電化學(xué)拋光（Electrochemical Polishing），是以不銹鋼工件為陽極，不溶性金屬為陰極，兩極同時浸入到電化學(xué)拋光槽液中，通以直流電而產(chǎn)生有選擇性的陽極溶解，從而在不銹鋼工件表面形成一富鉻的氧化膜層，該膜層具有較高的光亮度。如果材料材質(zhì)越好，純度越高，其表面氧化膜層質(zhì)量就越好，光潔度越低，光亮度也越好，三者成正比關(guān)系。

由于不銹鋼電化學(xué)拋光屬于電化學(xué)陽極反應(yīng)，其膜層是在工件本身母材的表面形成的，因此與母材是一個整體，且是同樣的金屬元素。它不會有與母材不同的金屬元素的脫落情況發(fā)生，從而影響使用。

由于不銹鋼電化學(xué)拋光所形成的表面氧化膜是一種富鉻層，含鉻比例越高，其耐腐蝕性則更好。該膜層成分與不銹鋼本體相比，其Cr/Fe比要大于母材料，ASME BPE-2016新標準中，要求Cr/Fe比＞1，SEMI標準中，則要求HP等級中，Cr/Fe比和CrOX/FeOX比＞1；在SEMI標準中UHP等級中則要求：Cr/Fe比＞1.5，CrOX/FeOX比＞2。在實際應(yīng)用中，Cr/Fe比有些企業(yè)甚至能做到＞2.5～3。

我們都知道，不銹鋼材料在制作過程中，不可避免的表面會存在一些微小的缺陷，甚至?xí)幸恍┝鸭y，或者可能有異物顆粒附著在其表面。而在真空領(lǐng)域，材料也都會有“放氣“現(xiàn)象。

電化學(xué)拋光過程可以將其表面剝落一層，一方面可以將異物脫離，另外可以將表面或淺表面的缺陷暴露出來。對于生物醫(yī)藥、醫(yī)療器械、精細化工等領(lǐng)域，處理后的不銹鋼工件表面易清洗，不易結(jié)垢和滋生細菌，不會影響產(chǎn)品質(zhì)量或使用效果。

還有一點需要補充的，電化學(xué)拋光對于不銹鋼材料的要求也十分苛刻，不僅僅是要求不銹鋼材料中含碳量，以及鉻、鎳成分達到相關(guān)標準，還要求材料中的雜質(zhì)P、S、Mn、Si、Cu等有害元素以及O和H等近可能的最低，不是任何的不銹鋼材料都可以達到的。在半導(dǎo)體行業(yè)所使用的不銹鋼首選是316L，該材料是用經(jīng)過真空脫碳（VOD）316L不銹鋼，再通過真空感應(yīng)熔煉（VIM），然后再用真空電弧再熔化（VAR）處理所得的材料，純度高，奧氏體金相組織均勻一致。該材料所做的電解拋光處理效果是最佳的。

機械拋光（Mechanical Polishing）是高速運動的拋光材料與不銹鋼基體摩擦，在拋光力作用下，基體產(chǎn)生高溫從而表面發(fā)生塑性變形。并使周邊高溫氧化下瞬間形成的金屬表面的極薄氧化膜反復(fù)地被磨削下來，從而變得越來越光亮。整個拋光過程既具有機械的磨削作用，又同時發(fā)生物理和化學(xué)作用。拋光切削量較大，屬于一種宏觀整平。

機械拋光過程中，與電化學(xué)拋光相比，機械拋光會在不銹鋼表面留有拋光痕跡，表面還會形成冷作硬化的變形層（Beilby Layer），此外，還會將一些細小的拋光材料顆粒嵌入到不銹鋼表面。再者，機械拋光還會掩蓋一些表面下層的缺陷，隱藏隱患。

而常用的不銹鋼酸洗鈍化及化學(xué)鈍化，由于是化學(xué)反應(yīng)，不及電化學(xué)反應(yīng)強烈，一方面，對基體表面的腐蝕量不充分；另一方面，所形成氧化膜層質(zhì)量也不如電化學(xué)拋光。清除表面雜質(zhì)效果差。雜質(zhì)和純度的不到位，會嚴重影響到實際使用的效果。以當前半導(dǎo)體行業(yè)舉例，目前芯片采用最先進的工藝的是5nm，主流芯片生產(chǎn)工藝也在幾十nm左右，可想而知，nm級的異物都會對芯片的質(zhì)量造成致命性的影響。

這就是高端或高純凈的不銹鋼產(chǎn)品一定要使用電化學(xué)拋光處理的原因。