一种金属铀的电化学抛光方法技术

本发明专利技术公开了一种金属铀的电化学抛光方法，该方法包括预处理、电化学抛光和后处理三个步骤；通过选用针对性配制的抛光液，并对电化学抛光处理过程中的参数与工艺做了针对性优化，使金属铀在电化学抛光过程中不再析出气体，从而不仅提高了电流利用率，缩短了抛光时间，同时，还避免了金属铀的过度侵蚀，降低了金属铀的损耗，本发明专利技术电化学抛光方法的抛光速度快、效果好，且工艺简单，在室温环境下即可进行，对金属铀的应用具有积极作用。

【技术实现步骤摘要】
一种金属铀的电化学抛光方法
本专利技术涉及表面处理
，特别涉及一种金属铀的电化学抛光方法。
技术介绍
金属铀是一种天然放射性元素，元素符号U，是核工业最重要原材料之一。在金属铀的生产和使用过程中，为了达到除去表面机械损伤层以及金相样品制备的目的，通常需要对其进行抛光处理。而采用传统的机械抛光，会在抛光过程中产生大量具有放射性和毒性的铀气溶胶，导致铀放射性和毒性的大面积扩散，严重危害了环境和人生安全，因此，采用更安全的电化学抛光是金属铀的常规抛光手段。电化学抛光也称电解抛光，是以被抛工件为阳极，不溶性金属为阴极，两极同时浸入到电解槽中，通以直流电而产生有选择性的阳极溶解，从而达到工件表面光亮度增大的表面处理技术。经大量实验和应用发现：现有的电化学抛光虽然可以避免铀气溶胶的产生，进而遏制其放射性和毒性的扩散，但由于现有的金属铀电化学抛光中抛光液组成的不合理和抛光工艺的不完善，导致现有的金属铀电化学抛光技术仍存在诸多缺陷，其中，最重要的缺陷之一就是抛光过程中气体的析出。而气体的析出不仅伴随着电流效率的降低，还会引起铀的过度侵蚀，严重降低了铀金属的抛光速度和抛光效果，并造成金属铀损耗过大，从而既增加了抛光成本，也对金属铀的后期应用造成影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有金属铀电化学抛光过程中存在气体析出的缺陷，提供一种金属铀的电化学抛光方法，本专利技术电化学抛光方法通过选用针对性配制的抛光液，并对电化学抛光处理过程中的参数与工艺做了针对性优化，使金属铀在电化学抛光过程中不再析出气体，从而不仅提高了电流利用率，缩短了抛光时间，同时，还避免了金属铀的过度侵蚀，降低了金属铀的损耗，本专利技术电化学抛光方法的抛光速度快、效果好，且工艺简单，在室温环境下即可进行，对金属铀的应用具有积极作用。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种金属铀的电化学抛光方法，包括以下步骤：（1）预处理：将金属铀基体进行预处理，除去金属铀基体表面的氧化层；（2）电化学抛光：将经过预处理的金属铀基体作为阳极，Al或Pt片作为阴极，在抛光液中进行电化学抛光处理；（3）后处理：将经过电化学抛光处理的金属铀基体在抛光液中进行至少一次的带电漂洗，断电后取出，除去表面剩余附着物得到抛光金属铀基体。其中，步骤（1）中的预处理是指能去除金属铀基体表面氧化层的常规处理方法；优选的，所述的预处理包括以下步骤：a、将金属铀基体采用金相砂纸打磨；b、将打磨好的金属铀基体在无水乙醇中用超声波进行清洗；c、将清洗好的金属铀基体用惰性气体吹干后置于水份和氧气含量均低于1ppm的环境中保存。其中，优选的，所述的惰性气体为Ar气或N2气。其中，优选的，预处理中，采用500#，600#，800#，1000#，1200#的水磨砂纸依次对金属铀基体进行打磨；不同目数的砂纸打磨，打磨速度快，铀磨损少，且打磨后金属铀基体表面更光滑，电化学抛光效果更好。其中，步骤（2）中，所述的抛光液是由烷基咪唑阳离子、烷基吡啶阳离子、烷基季胺阳离子、烷基季膦阳离子、Cl-阴离子、AlCl4-阴离子、Al2Cl7-阴离子中的两种或两种以上离子组成离子液体；所述抛光液不仅能为电化学抛光过程中电子的转移提供介质，同时，还不会析出气体，快速的在金属铀基体表面实现抛光态的形貌，达到抛光效果；优选的，所述离子液体是由摩尔比是由1︰1.5~3的二取代氯化咪唑和AlCl3配制而成的；最优选的，所述离子液体中二取代氯化咪唑与AlCl3的摩尔比为1︰2；通过优选，抛光液对金属铀的抛光效果最好。其中，优选的，所述的二取代氯化咪唑为1-甲基-3-乙基氯化咪唑或1-乙基-3-甲基氯化咪唑中的一种；通过优选，抛光液对金属铀的抛光效果会更好。其中，步骤（2）中，电化学抛光处理的电流密度为6~30mA/cm2；电流密度即代表电子的转移速率，而电子转移速率控制电化学反应速度；当电流密度过小，会导致铀表面活性较高区域的电子转移速率显著大于较低的区域的电子转移速率，从而引起金属铀表面溶解的不均一，表面会出现大量凹坑，严重影响抛光效果；而电流密度过大，金属铀基体被快速腐蚀，电化学抛光速度难以控制，使金属铀基体表面出过腐蚀，金属铀损耗大；最优选地，电化学抛光处理的电流密度为17mA/cm2。其中，电化学抛光处理的时间为5~20min；电化学抛光处理的时间影响抛光反应的程度；当电化学抛光时间过短，表面抛光不完全，金属铀表面溶解不均一，甚至出现点蚀现象；当电化学抛光时间过长，金属铀表面出现过腐蚀现象，金属损耗大；最优选的，电化学抛光处理的时间为10min。其中，优选的，电化学抛光处理过程中，抛光液的温度控制在15~80℃；当抛光液温度小于15℃，抛光液粘度增大，会影响传质过程进而影响电化学抛光效率与效果；当抛光液温度大于80℃，会导致抛光液分解；最优选的，抛光液的温度控制在40℃。其中，在电化学抛光处理过程中，需对抛光液的搅拌处理；搅拌抛光液能够降低固液界面处扩散层的厚度，从而提升电化学抛光过程的效率；优选的，所述搅拌速率为50~600r/min；搅拌速率过小，扩散层较厚，金属铀的表面的电流密度过小，会影响电化学抛光过程的效率；若搅拌速率过大，界面处扩散层的稳定性会下降，并有可能破坏均一溶解的状态，无法达到电化学抛光的效果；最优选的，所述搅拌速率为400r/min。其中，步骤（3）中的漂洗能除去金属铀表面的大部分附着物，使电化学抛光效果更好，漂洗过程需带电进行，若不带电漂洗，金属铀基体会与漂洗液发生置换反应从而无法获得抛光态表面。其中，本专利技术一种金属铀的电化学抛光方法，同样可用于抛光铀合金材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1、本专利技术电化学抛光方法中使用的抛光液能实现对金属铀的电化学抛光效果，且不会析出气体，从而不仅提高了电流利用率，缩短了抛光时间，同时，还避免了金属铀的过度侵蚀，降低了金属铀的损耗。2、本专利技术电化学抛光方法中对电化学抛光的参数与工艺做了针对性优化，能缩短抛光时间，增加抛光效率，提高抛光效果，减少铀的消耗。3、本专利技术电化学抛光方法的抛光速度快、效果好，且工艺简单，在室温环境下亦可进行，能广泛应用于铀材料的抛光。附图说明：图1为本专利技术实施例1中打磨后金属铀的表面微观形貌SEM图；图2为本专利技术实施例1中电化学抛光后金属铀的表面微观形貌图：a为SEM图，b为AFM图；图3为本专利技术实施例2中电化学抛光后金属铀的表面微观形貌图：a为SEM图，b为AFM图；图4为本专利技术对比例1中电化学抛光后金属铀的表面微观形貌图：a为SEM图，b为AFM图；图5为本专利技术对比例5中电化学抛光后金属铀的表面微观形貌图。具体实施方式下面结合试验例及具体实施方式对本专利技术作进一步的详细描述。但不应将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
技术实现思路
所实现的技术均属于本专利技术的范围。实施例1（1）预处理：将金属铀片依次采用600#、800#、800#、1000#、1200#的水磨砂纸逐级打磨（如图1所示），随后在无水乙醇中超声波清洗，最后用Ar气吹干并置于低湿低氧手套箱（水份和氧气含量均低于1ppm）中保存；（2）电化学抛光：将经过预处理过的金属铀基体作为阳极，以Al板作为阴极；在由摩尔比为1︰2的1-甲基-3乙基氯化咪唑与AlCl3配制而成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属铀的电化学抛光方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）预处理：将金属铀基体进行预处理，除去金属铀基体表面的氧化层；（2）电化学抛光：将经过预处理的金属铀基体作为阳极，Al或Pt片作为阴极，在抛光液中进行电化学抛光处理；（3）后处理：将经过电化学抛光处理的金属铀基体在抛光液中进行至少一次的带电漂洗，断电后，除去表面剩余附着物得到抛光金属铀基体；所述的抛光液是由烷基咪唑阳离子、烷基吡啶阳离子、烷基季胺阳离子、烷基季膦阳离子、Cl‑阴离子、AlCl4‑阴离子、Al2Cl7‑阴离子中的两种或两种以上离子组成离子液体；所述电化学抛光处理的电流密度为6~30 mA/cm2，电化学抛光处理的时间为5~20 min；在电化学抛光处理过程中，对抛光液进行搅拌，抛光液的温度控制在15~80 ℃。

【技术特征摘要】
1.一种金属铀的电化学抛光方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）预处理：将金属铀基体进行预处理，除去金属铀基体表面的氧化层；（2）电化学抛光：将经过预处理的金属铀基体作为阳极，Al或Pt片作为阴极，在抛光液中进行电化学抛光处理；（3）后处理：将经过电化学抛光处理的金属铀基体在抛光液中进行至少一次的带电漂洗，断电后，除去表面剩余附着物得到抛光金属铀基体；所述的抛光液是由烷基咪唑阳离子、烷基吡啶阳离子、烷基季胺阳离子、烷基季膦阳离子、Cl-阴离子、AlCl4-阴离子、Al2Cl7-阴离子中的两种或两种以上离子组成离子液体；所述电化学抛光处理的电流密度为6~30mA/cm2，电化学抛光处理的时间为5~20min；在电化学抛光处理过程中，对抛光液进行搅拌，抛光液的温度控制在15~80℃。2.根据权利要求1所述的电化学抛光方法，其特征在于，步骤（1）中所述的预处理包括以下步骤：a、采用砂纸对金属铀基体进行打磨；b、将打磨好的金属铀基体在无水乙醇中用超声波进行清洗；c、将清洗好的金属铀基体用惰性气体吹干后置于水份和氧气...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁晶晶，江奕东，方立平，邓舜杰，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51