電化學(xué)研磨技術(shù)在潔凈不銹鋼產(chǎn)品領(lǐng)域中的應(yīng)用及質(zhì)量檢驗（下篇）

4 半導(dǎo)體

半導(dǎo)體行業(yè)對于不銹鋼純凈度的要求是最高的，也有非常明確的可執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，這是由該行業(yè)的特點所決定的。目前,世界上已經(jīng)批量生產(chǎn)的最先進(jìn)的芯片是5 nm，于3nm的芯片也在研制當(dāng)中。因此，極其微小的異物都會嚴(yán)重影響到芯片的質(zhì)量。

因此，該領(lǐng)域所使用的大部分不銹鋼都是超低碳不銹鋼316L，且在此基礎(chǔ)上，不僅僅是要求含碳量，鉻、鎳等主要成分達(dá)到或超過相關(guān)材料的標(biāo)準(zhǔn)，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等盡可能的最低^[2]。如表1所示：

表1 不同材料所對應(yīng)的元素化學(xué)成分要求

在半導(dǎo)體行業(yè)所使用的不銹鋼316L，是用經(jīng)過真空脫碳（VOD）的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。對該材料做的電化學(xué)研磨處理的質(zhì)量效果也是最佳的。

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。與ASME BPE-2016標(biāo)準(zhǔn)，在SEMI標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用中，有些企業(yè)甚至能將Cr/Fe比做到＞2.5～3。

SEMI F19標(biāo)準(zhǔn)中，都有半導(dǎo)體相關(guān)級別對不銹鋼表面的質(zhì)量要求及對應(yīng)的測試執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示：

表2 產(chǎn)品等級的規(guī)格和測試方法^[3]

通過使用掃描電子顯微鏡（SEM）進(jìn)行檢測分析，可以檢測金屬表面或膜層金屬成分、表面缺陷、表面污染物等；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鉻/鐵比及氧化鉻/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(xué)臨界點蝕溫度值（CPT）來檢驗其耐腐蝕性能。

5 核電

在核電領(lǐng)域中，較為典型的不銹鋼電化學(xué)研磨技術(shù)的應(yīng)用是核電發(fā)電機組最為重要的部件：蒸汽發(fā)生器。

蒸汽發(fā)生器一次側(cè)水室封頭內(nèi)表面（包括各接管內(nèi)表面）及換熱管內(nèi)表面直接與一次側(cè)放射性水長期接觸，內(nèi)部具有較高的放射性。對于必須在封頭內(nèi)從事定期檢查和維護(hù)的工人來說，這種強放射場將會造成高的職業(yè)輻照。核電站需要經(jīng)常使用機器人或遙控維護(hù)檢查設(shè)備以減少這些輻照。

研究和實踐證明，通過拋光降低蒸汽發(fā)生器不銹鋼及鎳基合金金屬表面粗糙度，可以使其表面光滑平整，使水?dāng)y帶的放射性雜質(zhì)難以積聚，導(dǎo)致放射性大大降低，減少了日常維護(hù)作業(yè)人員受到放射性輻射的風(fēng)險。

國外研究的相關(guān)數(shù)據(jù)表明，電化學(xué)研磨后的再循環(huán)管道，可減少放射物積聚達(dá)2～3倍^[4]；采用電化學(xué)拋光處理后的蒸汽發(fā)生器一次側(cè)封頭上的放射性減少1/2～4/5^[5]，表3所列的是一些國內(nèi)外應(yīng)用案例。

表3 國內(nèi)外應(yīng)用案例

核電領(lǐng)域主要的檢測目標(biāo)參數(shù)是：表面粗糙度，表面潔凈度，以及電化學(xué)拋光后的晶間腐蝕情況，其中晶間腐蝕所對應(yīng)的相關(guān)檢測執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)是：ASTM A262-02a Standard Practices for Detecting Susceptibility to Intergranular Attack in Austenitic Stainless Steels。

6 結(jié) 語

本文簡單介紹了目前幾個較為典型的潔凈不銹鋼的電化學(xué)研磨應(yīng)用領(lǐng)域以及相關(guān)的質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)和方法。由于之前電化學(xué)研磨技術(shù)的重要性在國內(nèi)高端制造業(yè)中并不是很突出的，因此沒有形成廣泛深入應(yīng)用該技術(shù)的專業(yè)人才隊伍，它在國內(nèi)的發(fā)展及應(yīng)用并不成熟。但隨著近十年來國內(nèi)高端制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，電化學(xué)研磨技術(shù)在潔凈不銹鋼領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多，也越來越重要，對它的理解和認(rèn)識也越來越深入。它的深入應(yīng)用會極大助力國內(nèi)高端制造業(yè)的快速發(fā)展。

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[5] EPRI . Electropolishing Qualification Program for PWR Steam Generator Divider Plates. NP-6618[D].USA：EPRI 1990.

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電化學(xué)研磨技術(shù)在潔凈不銹鋼產(chǎn)品領(lǐng)域中的應(yīng)用及質(zhì)量檢驗（下篇）