電化學研磨技術在潔凈不銹鋼產品領域中的應用及質量檢驗（上篇）

前 言

不銹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，在潔凈領域的應用非常多，較為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。而往往這些行業對產品的表面質量要求較高，因此生產時都需要對產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產品制造中。

電化學研磨（Electro Grinding），又名：電化學拋光、電解拋光、電拋光（Electro Polishing），其基本的工作原理已經為大家所熟知，在此不再繁瑣介紹。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

生物制藥設備產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。為降低不銹鋼產品表面粗糙度，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。對于潔凈度要求更高的應用，除機械研磨和酸洗鈍化外，還要再進行電化學研磨處理。

對于不銹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著極大的區別。ASTM A380和ASTM A967-17兩個標準中都有相關檢測方法的詳細說明，在ASME BPE-2016標準中，NONMANDATORY APPENDIX E Passivation Procedure Qualification中，也有相關檢測方法的使用說明。

在ASME BPE-2016標準中，NONMANDATORY APPENDIX H Electropolishing Procedure Qualification，要求316/316L材質在電化學拋光后，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≥15?。

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銹鋼主要分為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，來降低產品表面的粗糙度，然后再通過酸洗、化學鈍化、還有電解研磨，來提升不銹鋼表面耐蝕性能。

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

相關的檢測標準有：《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為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準測試方法》（ASTM F 2129-06，MOD）。以上兩種標準的檢測，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，其中一個典型的不銹鋼電化學研磨技術應用場景是生產多晶硅、單晶硅的還原爐。還原爐作為多晶硅生產中最重要的設備之一，是整個多晶硅生產系統的“心臟”部件，也是影響實際產量最核心的工藝環節，多晶硅產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硅生產綜合電耗的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；定期對內壁進行拋光，減少內壁長期運行而生產的一些雜質，對于多晶硅的生產質量也非常有利；定期對鐘罩內壁的修復，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：還原爐鐘罩內壁經機械拋光+電拋光后，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拋光前比較，平均可縮短周期300分鐘左右，以后的運行周期時間有所增加，綜合分析，拋光后比拋光前縮短反應爐運行周期在150～200分鐘之間；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準可參照執行。