電化學研磨技藝在潔凈不銹鋼商品範圍中的應用及品質檢驗（下篇）

4 半導體

半導體工業對於不銹鋼純凈度的要求是最高的，也有非常明確的可執行標準，這是由該工業的特點所決定的。目前,世界上已經批量生產的最先進的芯片是5 nm，於3nm的芯片也在研製當中。因此，極其微小的異物都會嚴重影響到芯片的品質。

因此，該範圍所使用的大部分不銹鋼都是超低碳不銹鋼316L，且在此基礎上，不僅僅是要求含碳量，铬、镍等主要成分達到或超過相關材料的標準，還要求材料中的雜質P、S、Mn、Si、Cu等有害元素以及O和H等盡可能的最低^[2]。如表1所示：

表1 不同材料所對應的元素化學成分要求

在半導體工業所使用的不銹鋼316L，是用經過真空脫碳（VOD）的316L不銹鋼，再通過真空感應熔煉（VIM），然後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。對該材料做的電化學研磨處理的品質效果也是最佳的。

由於不銹鋼電化學拋光所形成的表面氧化膜是一種富铬層，含铬比例越高，其耐腐蝕性則更好。該膜層成分與不銹鋼本體相比，其Cr/Fe比要大於母材料。與ASME BPE-2016標準，在SEMI標準中，HP等級中，同樣要求Cr/Fe比＞1，但還要求CrOX/FeOX比＞1；在UHP等級中，則要求：Cr/Fe比＞1.5，而CrOX/FeOX比＞2；在實際應用中，有些産業甚至能將Cr/Fe比做到＞2.5～3。

SEMI F19標準中，都有半導體相關級別對不銹鋼表面的品質要求及對應的測試執行標準，如表2所示：

表2 商品等級的規格和測試方法^[3]

通過使用掃描電子顯微鏡（SEM）進行檢測分析，可以檢測金屬表面或膜層金屬成分、表面缺陷、表面汙染物等；通過使用X射線光電子能譜儀（XPS/ESCA）可以檢測不銹鋼表面鈍化膜層的铬/鐵比及氧化铬/氧化鐵比，表面鈍化膜層厚度；通過使用俄歇電子能譜儀（AES）可檢測不銹鋼碳化層厚度，膜層各元素組成等等；通過檢測表面電化學臨界點蝕溫度值（CPT）來檢驗其耐腐蝕性能。

5 核電

在核電範圍中，較為典型的不銹鋼電化學研磨技藝的應用是核電發電機組最為重要的部件：蒸汽發生器。

蒸汽發生器一次側水室封頭內表面（包括各接管內表面）及換熱管內表面直接與一次側放射性水長期接觸，內部具有較高的放射性。對於必須在封頭內從事定期檢查和維持的工人來說，這種強放射場將會造成高的職業輻照。核電站需要經常使用機器人或遙控維持檢查設備以減少這些輻照。

研究和實踐證明，通過拋光降低蒸汽發生器不銹鋼及镍基合金金屬表面粗糙度，可以使其表面光滑平整，使水攜帶的放射性雜質難以積聚，導致放射性大大降低，減少了日常維持作業人員受到放射性輻射的風險。

國外研究的相關數據表明，電化學研磨後的再循環管道，可減少放射物積聚達2～3倍^[4]；采用電化學拋光處理後的蒸汽發生器一次側封頭上的放射性減少1/2～4/5^[5]，表3所列的是一些國內外應用實例。

表3 國內外應用實例

核電範圍主要的檢測目標參數是：表面粗糙度，表面潔凈度，以及電化學拋光後的晶間腐蝕情況，其中晶間腐蝕所對應的相關檢測執行標準是：ASTM A262-02a Standard Practices for Detecting Susceptibility to Intergranular Attack in Austenitic Stainless Steels。

6 結語

本文簡單展現了目前幾個較為典型的潔凈不銹鋼的電化學研磨應用範圍以及相關的品質檢驗標準和方法。由於之前電化學研磨技藝的重要性在國內高端製造業中並不是很突出的，因此沒有形成廣泛深入應用該技藝的專業人才隊伍，它在國內的擴展及應用並不成熟。但隨着近十年來國內高端製造業的蓬勃擴展，電化學研磨技藝在潔凈不銹鋼範圍的應用越來越多，也越來越重要，對它的理解和認識也越來越深入。它的深入應用會極大助力國內高端製造業的快速擴展。

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