一种用于分子束外延设备金属部件的表面处理方法技术

本发明专利技术公开了一种用于分子束外延设备金属部件的表面处理方法，包括步骤：先进行电抛光工艺流程，在经过脱脂

【技术实现步骤摘要】
一种用于分子束外延设备金属部件的表面处理方法


[0001]本专利技术涉及分子束外延领域，尤其涉及一种用于分子束外延设备金属部件的表面处理方法。

技术介绍

[0002]由于分子束外延技术(MBE)所需工作环境为超高真空，该系统必须满足良好的密封性，故而超高真空腔体及与腔体连接的各部件结构面的粗糙度、洁净度是影响超高真空腔体密封性能的关键指标，而超高真空腔体的表面处理工艺与超高真空腔体结构面的密封性能直接相关。
[0003]对超高真空腔体结构面密封性能的控制和优化旨在满足超高真空腔体对超高真空度的严格要求，其中对超高真空腔体结构面进行表面处理工艺的优化，以减少超高真空腔体表面杂质的残留，是实现超高真空腔体结构面密封性能的主要技术手段，因为在高真空环境下，杂质及污垢会气化为气体分子，从而会一定程度的降低真空腔体的真空度，所以超高真空腔体结构面的光洁度越高，超高真空腔体的真空度越好。
[0004]现有技术在对金属部件进行表面处理时，为了提高金属表面的光洁度、耐腐蚀性和抗氧化性，通常会采用机械抛光或者先酸洗后电解抛光的电化学抛光方法，但是由于机械抛光对更低粗糙度表面需要用到更精密的机械装置，并且不能够对边角等不利于加工处理的位置一并处理，同时，电化学抛光所使用的金属表面处理液与金属表面的附着力有限，所用金属表面处理液往往包含硫酸和盐酸，腐蚀性强且有一定毒性。由于金属表面会受到不均匀的侵蚀，将会产生表面处理效果不均衡等问题，将会影响目标设备的性能与使用寿命，即使通过金属表面处理剂的用量或延长处理时间，也会造成大量的资源浪费，增大了废液污染风险，增加了处理成本。因此，需要研发出一种能够显著提高金属表面光洁度、耐腐蚀性和抗氧化性，并使金属部件表面能够得到均匀处理效果的，更加节能、绿色、高效表面处理方法来满足对应设备所需的超高真空要求。
[0005]为此，结合现有技术，提出使用新型电解液和高能电子束对金属部件进行表面处理的方法。新型电解液的组分不包含硫酸、盐酸，通过调节其他酸配比和添加有机溶液的方法减少其对金属的腐蚀性，在不影响其工作效能的情况下，进一步降低了废液处理难度，更加绿色环保。对于利用高能电子束对金属部件表面处理的方法：一方面，高能电子束通过轰击金属部件表面，使被轰击处的材料迅速蒸发而避免周围材料的熔化，实现材料的去气和杂质的选择性蒸发，其工作时间、冷却时间短，工作区域范围、表面处理程度高效可控；另一方面，电子束加工避免了其他加工处理方法造成的溶液浪费、污染等问题，清洁节能。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，追求分子束外延系统(MBE)更高真空度要求，提出一种操作简便、适用范围广、节能绿色、更灵活可控、精密高效的用于分子束外延设备金属部件表面处理方法。经该金属部件表面处理方法处理后的超高真空腔体粗糙度能
达到Ra≤0.5μm，有效减少了腔体、部件结构面的表面波纹，且使纹理朝向和线条粗细更加均匀一致，杂质释放气体量更少，提高了超高真空腔体、部件的表面质量，有效保证了超高真空腔体构件结构面的密封性。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是设计一种用于分子束外延设备金属部件的表面处理方法，所用材质为SUS300系列不锈钢(含Cr10％～20％的低碳钢，具有优良的抗腐蚀性、放气率低、无磁性、焊接性好、导电率和导热率低、能够在
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270～900℃工作等优点，在高真空和超高真空系统中，应用广泛。)包括如下操作步骤：
[0008]S1：预清洗，首先根据工件加工状况采用水溶性碱性清洁剂(碳酸钠和氢氧化钠的混合水溶液，其中碳酸钠的质量分数为3％，氢氧化钠的质量分数为1.5％)对密封面去油脱脂，然后采用一定压力的自来水对密封面进行一次高压冲洗；
[0009]S2：超声波酸洗，超声波频率为40～100kHz，功率密度为≥0.4W/cm2,，超声波酸洗温度为40℃～80℃。酸洗所用混合溶液中，磷酸(85％H3PO4)的质量比为0.4～0.6，适宜工作温度的有机酸混合溶液(包含柠檬酸、有机膦酸等)的质量比为0.3～0.5，水的质量比为 0.1～0.2。酸洗时间(包含浸泡时间)不得低于25min。酸洗完成后，采用一定压力的纯水(不可用污水或自来水，下同)冲洗净表面酸洗液；
[0010]S3：电解抛光，使用磷酸(H3PO
4 85％)的质量比为0.7～0.8，铬酐(CrO3)、甘油、甲基纤维素等缓蚀剂的质量比≤0.1，水的质量比为0.1～0.2的温度为60～80℃的电解液。电解时，电压为6～10V，抛光4～7min后取出工件，再重复抛光几次，且每次抛光的时间相对应缩短使部件达到更高光洁度，该步骤最终能使Ra达到1μm左右。电解完成后，采用一定压力的纯水冲洗净表面电解液；
[0011]S4：使用一定质量分数(质量分数25％)的碳酸钠水溶液进行中和处理，之后采用一定压力的纯水冲洗净表面中和液，烘干；
[0012]S5：对金属部件表面使用光学检测仪器进行检测，所用仪器的硬件框架主要由照明设备，CCD相机，图像处理计算机和服务器组成，采用特殊的红外光源阵列照明，得到金属部件表面粗糙状况的相关信息后，将待加工的金属部件表面合理划分为若干行列区域，运行设置好的一系列加工算法程序，计算出后续高能电子束加工环节各区域所需电子束的能量、束流强度、加工时间、加工次数和电子束源端与电子束焦点直径等多组数据方案，并从能耗、功效等多角度选取最适宜的一个方案；
[0013]S6：使用高能电子束对金属部件表面加工，所用高能电子束由电子回旋加速器产生，加速上限为30MeV，加速电压范围为30～150kV，波长＜0.1埃，束流强度＞10mA，功率密度≥102W/cm2，电子束焦点直径约为0.1～1mm；
[0014]S7：采用一定压力的纯水冲洗净表面屑末，烘干，再次进行S5中表面光学检测，若检测结果未达预期要求，回到S6，再次执行，若已达要求，则进行包装，放置好加工成品。
[0015]本专利技术首先对用于分子束外延设备的金属部件表面采用碱性清洁剂进行清洗，有效去除了其表面的油性污渍，保证了后续电抛光的工作效率和电解液的使用寿命；超声波酸洗对金属部件结构面进行进一步处理，去除了金属部件结构面的焊接飞溅渣滓、夹渣、表面氧化膜等，电解抛光工艺实现了对金属部件结构面的进一步抛光，有效减少了表面波纹，同时保证了金属部件表面的光洁度，提高了金属部件表面的密封性；中和处理工艺有效消除了之前的工艺流程中残留在金属部件表面的酸洗液、电解液对金属部件表面的腐蚀作
用；多次采用自来水、纯水高压冲洗金属部件表面，有效清洗掉金属部件表面残留的溶液，保证了超高真空腔体结构面的洁净度；干燥工序保证了金属部件表面成品的干燥性能。
[0016]本专利技术为了提高酸洗效率和酸洗液的利用率，使用了超声波酸洗技术。超声波酸洗工艺是近年来发展起来的高效除锈、除氧化皮技术，其除锈原理与前面介绍过的超声波脱脂相似，只是溶液换成了酸性物质。超声波酸洗能大幅度提高酸洗效率，即使是几何本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于分子束外延设备金属部件表面处理方法，其特征在于，包括如下操作步骤：S1：预清洗：根据工件加工状况去油脱脂，冲水使表面干净；S2：超声波酸洗，清水(不可用污水或自然水)冲洗净表面酸洗液；S3：电解抛光(多次重复)，漂水；S4：中和，漂水，烘干；S5：表面光学检测，运行加工算法程序；S6：高能电子束加工；S7：漂水，烘干，表面光学检测，若检测结果未达预期要求，重复进行S6，若已达要求，则完成包装。2.根据权利要求1所述的分子束外延设备金属部件表面处理方法，其特征在于，在电解抛光过程中，加热电解液至60～80℃，需电解抛光的工件用适宜的挂具固定在阳极且保持工件与阴极相对，然后调整电压在6～10V，抛光4～7min取出工件，再重复抛光几次，且每次抛光的时间相对应缩短使部件达到更高光洁度，最终使Ra达到1μm左右。3.根据权利要求2所述的分子束外延设备金属部件表面处理方法的电解抛光过程中，其特征在于，电解液使用磷酸(H3PO
4 85％)的质量比为0.7～0.8，铬酐(CrO3)、甘油、甲基纤维素等缓蚀剂的质量比≤0.1，水的质量比为0.1～0.2。4.根据权利要求1所述的分子束外延设备金属部...

【专利技术属性】
技术研发人员：王君，王晓晖，琚海涛，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：