一种安全高效的铌及射频超导腔的等离子电解抛光方法

本发明涉及一种安全高效的铌及射频超导腔的等离子电解抛光方法，属于表面处理。

背景技术：

1、射频超导腔(简称超导腔)是现代加速器装置的核心部件，被广泛应用于核物理、高能物理、同步辐射光源和自由电子激光器等。超导腔使用最为广泛的材料是高纯铌(nb)，它具有较高的超导转变温度(tc～9.25k)和临界磁场(bc～200mt)。由于超导腔需要在极低温、高真空、强电磁场的苛刻环境中运行，其表面特性直接影响其加速梯度和品质因子，决定了表面处理研究成为射频超导技术中最重要的环节之一。

2、超导腔在加工过程中，表面会形成150μm左右的损伤层，必须要通过化学或电化学抛光方法去除。这一步对超导腔表面的改变最大，是腔体处理最为关键的步骤。缓冲化学抛光(bcp)和电化学抛光(ep)是国内外常用的超导腔表面处理方法。采用bcp或ep对超导腔进行表面处理，存在的最大问题是抛光液的安全问题及低抛光效率。bcp采用hf-hno3-h3po4(体积比为1：1：2)的混酸溶液作为抛光液，ep采用hf和浓h2so4(体积比1：9)混酸溶液作为抛光液，这两种抛光液均具有腐蚀性和挥发性，安全隐患大。其次，bcp的抛光速率约为0.5～1.5μm/min，ep的抛光速率仅为0.1～0.5μm/min，处理一只超导腔的时间过长。为了解决这些问题，射频超导领域急需要一种安全高效的抛光方式。另外铌作为一种阀金属，当作为阳极时，在高温高压条件下，表面通常会生成大量氧化物，也急需改进。特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种安全高效的铌及射频超导腔的等离子电解抛光方法，抛光效率高，能耗较低。

2、本发明提供的铌或射频超导腔的等离子电解抛光方法，包括如下步骤：

3、s1、将铌或射频超导腔进行前处理；

4、s2、配制等离子电解抛光液；

5、所述等离子电解抛光液由基础电解质和功能电解质组成；

6、s3、将所述铌或所述射频超导腔浸泡于所述等离子电解抛光液中，以所述铌或所述射频超导腔作为阳极，不锈钢作为阴极，采用高频直流电源对所述铌或所述射频超导腔进行等离子电解抛光处理。

7、上述的等离子电解抛光方法中，步骤s1中，所述前处理包括依次进行的除油、清洗和干燥的步骤。

8、上述的等离子电解抛光方法中，步骤s2中，所述基础电解质由乙二醇、丙三醇、丙二醇、二甘醇、氯化胆碱和尿素中的至少一种组成，优选乙二醇、丙三醇和丙二醇的组合、乙二醇、丙三醇和二甘醇的组合、乙二醇、氯化胆碱和尿素的组合；

9、所述功能电解质由氟化铵、氟化氢铵、氟硼酸铵、氟化钠中的至少一种组成，优选氟化铵、氟化氢铵、氟硼酸铵和氟化钠的组合、氟化氢铵、氟硼酸铵和氟化钠的组合、或氟化氢铵。

10、上述的等离子电解抛光方法中，所述基础电解质中各组份的质量份如下：

11、0～200乙二醇，0～100丙三醇，0～150 1,2-丙二醇，0～300二甘醇，0～140氯化胆碱和0～120尿素，各组分不同时为零；

12、所述功能电解质中各组份的质量份如下：

13、由0～120氟化铵，0～80氟化氢铵，0～40氟硼酸铵，0～30氟化钠，各组分不同时为零。

14、上述的等离子电解抛光方法中，所述基础电解质与所述功能电解质的质量比为1：0.1～0.8，优选1：0.1～0.3、1：0.1、1：0.2或1：0.3。

15、上述的等离子电解抛光方法中，所述等离子电解抛光的条件如下：

16、高频直流电源的频率为0～500hz，占空比为8～100％，抛光电压为100～500v，抛光时间为5～60min，在该条件下处理的样品镜面效果好，粗糙度低，抛光效果最佳。

17、与现有技术相比，本发明具有如下优势：

18、本发明摒弃使用氢氟酸、硫酸、硝酸等强挥发性及强腐蚀性酸液，在高温高压条件下，采用安全环保的非水溶剂作为电解液，实现铌和射频超导腔的安全高效抛光处理，同时将抛光速率提升多个数量级，极大减少了抛光时间，提升了抛光效率，具有较高的实用价值。

技术特征：

1.一种铌或射频超导腔的等离子电解抛光方法，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的等离子电解抛光方法，其特征在于：步骤s1中，所述前处理包括依次进行的除油、清洗和干燥的步骤。

3.根据权利要求1或2所述的等离子电解抛光方法，其特征在于：步骤s2中，所述基础电解质由乙二醇、丙三醇、丙二醇、二甘醇、氯化胆碱和尿素中的至少一种组成；

4.根据权利要求3所述的等离子电解抛光方法，其特征在于：所述基础电解质中各组份的质量份如下：

5.根据权利要求1-4中任一项所述的等离子电解抛光方法，其特征在于：所述基础电解质与所述功能电解质的质量比为1：0.1～0.8。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的等离子电解抛光方法，其特征在于：所述等离子电解抛光的条件如下：

技术总结
本发明公开了一种安全高效的铌及射频超导腔的等离子电解抛光方法。所述等离子电解抛光方法包括如下步骤：S1、将铌或射频超导腔进行前处理；S2、配制等离子电解抛光液；等离子电解抛光液由基础电解质和功能电解质组成；S3、将铌或射频超导腔浸泡于等离子电解抛光液中，以铌或射频超导腔作为阳极，不锈钢作为阴极，采用高频直流电源对铌或射频超导腔进行等离子电解抛光处理。本发明摒弃使用氢氟酸、硫酸、硝酸等强挥发性及强腐蚀性酸液，同时将抛光速率提升多个数量级，极大减少了抛光时间，提升了抛光效率，具有较高的实用价值。

技术研发人员：初青伟,彭振军,谭腾,何源,杨自钦,郭浩
受保护的技术使用者：中国科学院近代物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13