電化學研磨技術在潔淨不鏽鋼产品領域中的應用及質量檢驗（上篇）

不鏽鋼材料以其優異的物理化學性能廣泛地應用于生物制藥設備、醫療器械、真空太陽能、泛半導體、核電等高端制造領域。隨着高端制造行業的迅猛發展，對潔淨不鏽鋼，特別是超潔淨不鏽鋼的表面質量和機械性能提出了更加嚴苛的要求。潔淨不鏽鋼通常可通過適當的表面處理技術如機械研磨、鈍化處理、化學清洗、化學研磨、電化學研磨等，改善其表面質量，並獲得優異機械性能。其中，電化學研磨技術不僅可以提高不鏽鋼材料的潔淨度，降低其表面粗糙度，還可以極大地提高材料的耐腐蝕性。本文針對不鏽鋼材料在潔淨領域中的電化學研磨技術的應用和質量檢驗，進行了綜述說明，旨在爲潔淨不鏽鋼的表面處理技術提供一些經驗參考。

前 言

不鏽鋼在具有一定的耐高低溫性能、優異的耐腐蝕性、成型性，以及良好的強韌性和可加工性等優點，在潔淨領域的應用非常多，較爲典型的有生物制藥設備、醫療器械、真空太陽能、泛半導體、核電等。而往往這些行業對产品的表面質量要求較高，因此生產時都需要對产品表面做進一步的表面處理。其中，電化學研磨技術因工藝簡便，表面質量改善效果等優點，已廣泛應用于這些行業的产品制造中。

電化學研磨（Electro Grinding），又名：電化學抛光、電解抛光、電抛光（Electro Polishing），其基本的工作原理已經爲大家所熟知，在此不再繁琐介紹。本文主要介紹以上相關領域中一些有代表性的電化學研磨技術的應用案例及質量檢驗要求，供大家相互交流學習。

1 生物制藥設備

生物制藥設備产品的主要加工方式是焊接，如罐體的制作、系統連接管道的制作等。爲降低不鏽鋼产品表面粗糙度，需對其進行機械研磨處理。通常情況下要求Ra≤0.3～0.4 µm，Rz≤1.25 µm。對于潔淨度要求更高的應用，除機械研磨和酸洗鈍化外，還要再進行電化學研磨處理。

對于不鏽鋼酸洗鈍化或化學鈍化質量以“藍點法（鐵氰化鉀法）”和“硫酸銅法”應用最多，電化學研磨質量檢驗也同樣可以采取以上兩種方法，但需要說明的是檢測所用藥劑的配比有着極大的區別。ASTM A380和ASTM A967-17兩個標准中都有相關檢測方法的詳細說明，在ASME BPE-2016標准中，NONMANDATORY APPENDIX E Passivation Procedure Qualification中，也有相關檢測方法的使用說明。

在ASME BPE-2016標准中，NONMANDATORY APPENDIX H Electropolishing Procedure Qualification，要求316/316L材質在電化學抛光後，表面平均粗糙度Ra≤0.25 um，Rz≤0.63 um，表面形成的鈍化膜中，Cr/Fe≥1，膜層厚度≥15Å。

以上數據的檢測必須通過XPS/ESCA及SEM等相關檢測手段方可實現。

2 醫療器械

醫療器械領域使用的不鏽鋼主要分爲手術器械類及植入物類。這些器械通常需要機械加工成型，有時甚至用到焊接工藝。因此，也需要先通過機械研磨，來降低产品表面的粗糙度，然後再通過酸洗、化學鈍化、還有電解研磨，來提升不鏽鋼表面耐蝕性能。

對于316L植入物類产品，通常要求機械抛光後，Ra≤0.8 um；要求化學鈍化或電化學研磨後，其點蝕電位≥800 mV以上。而對于手術器械類不鏽鋼，使用的材料則主要是馬氏體和奧氏體不鏽鋼。這些器械在機械加工成型後，通過機械物理研磨來降低表面粗糙度，要求機械研磨後，Ra≤1.6 um。而對于其中一些比較複雜的手術工具，在焊接組裝後，可以采用噴砂或者電化學抛光的方法去除表面雜質，最後通過化學鈍化來提升不鏽鋼表面耐蝕性能。

相關的檢測標准有：《YY/T 1552-2017 外科植入物 評價金屬植入材料和醫療器械長期腐蝕行爲的開路電位測量方法》YY/T（ISO 16429：2004，MOD）；《YY/T 0695-2008 小型傳入器械腐蝕敏感性的循環動電位極化標准測試方法》（ASTM F 2129-06，MOD）。以上兩種標准的檢測，可以通過使用電化學工作站來完成。

3 真空太陽能

在真空太陽能領域，其中一個典型的不鏽鋼電化學研磨技術應用場景是生產多晶矽、單晶矽的還原爐。還原爐作爲多晶矽生產中最重要的設備之一，是整個多晶矽生產系統的“心髒”部件，也是影響實際產量最核心的工藝環節，多晶矽产品的質量的優劣完全取決于它。同時，它也是最主要的能耗工藝環節，還原爐電耗約占多晶矽生產綜合電耗的60～70%，約占綜合生產成本的25～35%。

通過對還原爐內壁做機械研磨+電化學研磨處理，能大大提高熱輻射反射效率，起到減少能耗，縮短運行時間，降低生產成本的作用；定期對內壁進行抛光，減少內壁長期運行而生產的一些雜質，對于多晶矽的生產質量也非常有利；定期對鍾罩內壁的修複，會及時處理和發現一些隱藏的問題，減少可能出現的事故。

有數據表明：還原爐鍾罩內壁經機械抛光+電抛光後，在粗糙度Ra均小于0.1 um的前提下，其還原爐運行周期第一爐與抛光前比較，平均可縮短周期300分鍾左右，以後的運行周期時間有所增加，綜合分析，抛光後比抛光前縮短反應爐運行周期在150～200分鍾之間；平均沉積率提高7%～8%；TCS單耗下降6%～7%；平均電耗下降9%～10%^[1]。

該領域目前暫時沒有對應的質量檢驗標准可參照執行。