一种用于加工超光滑低损伤钽钨合金表面的抛光液及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种用于加工超光滑低损伤钽钨合金表面的抛光液及应用，抛光液包括以下组分：0.01～40wt％的研磨颗粒、0～10wt％的氧化剂、0.01～1wt％的阳离子、0.01～1wt％的pH缓冲剂，其余为超纯水，以及少量pH值调节剂；所述pH值调节剂用于将抛光液的pH值调节为2.5～5；wt％表示质量百分比。本发明专利技术的抛光液利用氧化剂调控钽、钨的电化学腐蚀，特别是钽、钨之间的电偶腐蚀，实现高表面质量；利用阳离子调控钽钨合金表面与研磨颗粒之间的相互作用，提高材料去除速率，最终实现超光滑低损伤钽钨合金表面，表面粗糙度达到亚纳米级，帮助提升钽钨合金部件的使役性能。合金部件的使役性能。合金部件的使役性能。

【技术实现步骤摘要】
一种用于加工超光滑低损伤钽钨合金表面的抛光液及应用


[0001]本专利技术属于金属表面处理
，具体涉及一种用于加工超光滑低损伤钽钨合金表面的抛光液及应用。

技术介绍

[0002]钽钨合金具有高的熔点、良好的延展性、高的强度和优异的耐腐蚀性。钽钨合金作为一种重要的结构材料和功能材料，被广泛应用于航空航天、核能等工业领域。目前应用较广的钽钨合金主要包括Ta
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2.5W、Ta
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7.5W、Ta
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10W、Ta
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12W等。然而，在一些应用场合，钽钨合金仍然存在一些问题，亟待解决：一方面，在活动部件中，钽钨合金需要与对磨副之间发生相对运动，然而，钽钨合金自身的摩擦系数较高，会影响相对运动的顺行进行；另一方面，在高温条件下，钽钨合金的某些性能会发生退化。为此，从表面工程的角度，可以在钽钨合金表面制备一层具有特定功能的涂层，以解决上述问题。研究表明，基体表面质量对涂层质量具有极为重要的影响，良好的基体表面质量有助于提升涂层的生长质量和膜基结合强度，提高涂层的服役性能和使用寿命。为此，亟需发展超精密加工技术，实现超光滑低损伤钽钨合金表面。
[0003]在钽中添加钨后，材料的屈服强度和加工硬化率提高，钽钨合金变得难加工，现有的电火花、磨削、研磨加工技术难以获得超光滑低损伤表面。如参考文献“关佳亮,仇忠臣,赵增强,翟奋楼,钽合金精密镜面研磨工艺的实验研究,机械设计与制造,2008,(06):118
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119”，关佳亮等人对钽钨铪合金进行了精密研磨实验研究，通过优化研磨工艺，表面粗糙度Ra为25nm左右。然而，研磨技术受纯机械去除原理限制，去除时接触压力需要达到材料的塑性屈服极限，最小去除厚度受限，表面质量难以进一步提高。一方面是客观需求所在，另一方面是现有机械加工技术的制约，因此，亟需针对性发展钽钨合金超精密加工技术。
[0004]化学机械抛光技术广泛应用于集成电路制造中。化学机械抛光通过化学反应和机械力的协同作用，可以获得纳米级平坦度和亚纳米级粗糙度的晶圆表面。将化学机械抛光技术延伸应用于钽钨合金表面超精密加工，有望加工获得超光滑低损伤表面。然而，目前缺乏钽钨合金化学机械抛光工艺的研究，尤其是最为关键的抛光液，未见报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，针对性发展钽钨合金化学机械抛光工艺，提供一种用于加工超光滑低损伤钽钨合金表面的抛光液及应用。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于加工超光滑低损伤钽钨合金表面的抛光液，抛光液包括以下组分：0.01～40wt％的研磨颗粒、0～10wt％的氧化剂、0.01～1wt％的阳离子、0.01～1wt％的pH缓冲剂，其余为超纯水，以及少量pH值调节剂；所述pH值调节剂用于将抛光液的pH值调节为2.5～5；wt％表示质量百分比。
[0007]进一步地，所述氧化剂为过氧化氢、过氧化钠、过氧化脲、过氧甲酸、过氧乙酸、过碳酸钠中的一种或多种。所述氧化剂一方面将钽、钨氧化生成氧化物，相对于金属钽和金属
钨本身，其氧化物更容易被去除，提高材料去除速率；更为重要的是，调控钽、钨之间的电偶腐蚀，实现高表面质量。
[0008]进一步地，所述阳离子为锂离子、钠离子、钾离子、银离子、铵根离子、镁离子、钙离子、锶例子、钡离子、铁离子、钴离子、镍离子、铜离子、锌离子、铝离子中的一种或多种。所述阳离子调控钽钨合金表面与研磨颗粒之间的相互作用，提高材料去除速率。
[0009]进一步地，所述研磨颗粒为单晶金刚石、聚晶金刚石、三氧化二铝、二氧化锆、二氧化钛、二氧化铈、氧化锌、掺杂铝的二氧化硅、覆盖铝的二氧化硅、煅制二氧化硅、胶体二氧化硅中的一种或多种。
[0010]进一步地，所述研磨颗粒为胶体二氧化硅，胶体二氧化硅的粒径为10～200nm。所述研磨颗粒通过化学成键和机械犁沟方式去除钽钨合金表面氧化物，实现材料去除。
[0011]进一步地，所述pH缓冲剂为磷酸盐、柠檬酸盐、醋酸盐、邻苯二甲酸盐的一种或多种。
[0012]进一步地，所述pH值调节剂为盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、硼酸、硅酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、乳酸、苹果酸、酒石酸、柠檬酸、以及氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、氢氧化钡、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾中的一种或多种。所述pH值调节剂和pH缓冲剂配合使用，将抛光液的pH值准确调节至目标值，并稳定下来。
[0013]进一步地，采用上述抛光液对钽钨合金工件表面进行化学机械抛光，利用氧化剂和阳离子的协同作用，实现超光滑低损伤钽钨合金表面，表面粗糙度达到亚纳米级，帮助提升钽钨合金部件的使役性能。
[0014]与现有的钽钨合金加工技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0015]1、本专利技术针对性发展了钽钨合金化学机械抛光工艺，有效克服了传统机械加工带来的表面质量不高、损伤层深的难题。
[0016]2、本专利技术提供了一种钽钨合金化学机械抛光液，利用氧化剂和阳离子的协同作用，实现超光滑低损伤钽钨合金表面，表面粗糙度达到亚纳米级，亚表面无明显的加工损伤，帮助提升钽钨合金部件性能。
附图说明
[0017]图1为根据本专利技术实施例对钽钨合金表面进行化学机械抛光的一种方法示意图；
[0018]图2为采用本专利技术实施例11的抛光液对钽钨合金表面进行抛光后的钽钨合金表面形貌图；
[0019]图3为采用本专利技术实施例15的抛光液对钽钨合金表面进行抛光后的钽钨合金表面形貌图；
[0020]图4为采用本专利技术实施例15的抛光液对钽钨合金表面进行抛光后的钽钨合金横截面高分辨透射电子显微镜图一，其中图(b)为图(a)的局部放大图；
[0021]图5为采用本专利技术实施例15的抛光液对钽钨合金表面进行抛光后的钽钨合金横截面高分辨透射电子显微镜图二，其中图(b)为图(a)的局部放大图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案。
[0023]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0024]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方向或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于加工超光滑低损伤钽钨合金表面的抛光液，其特征在于，抛光液包括以下组分：0.01～40wt％的研磨颗粒；0～10wt％的氧化剂；0.01～1wt％的阳离子；0.01～1wt％的pH缓冲剂；其余为超纯水，以及少量pH值调节剂；所述pH值调节剂用于将抛光液的pH值调节为2.5～5；wt％表示质量百分比。2.根据权利要求1所述的一种用于加工超光滑低损伤钽钨合金表面的抛光液，其特征在于，所述氧化剂为过氧化氢、过氧化钠、过氧化脲、过氧甲酸、过氧乙酸、过碳酸钠中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种用于加工超光滑低损伤钽钨合金表面的抛光液，其特征在于，所述阳离子为锂离子、钠离子、钾离子、银离子、铵根离子、镁离子、钙离子、锶例子、钡离子、铁离子、钴离子、镍离子、铜离子、锌离子、铝离子中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种用于加工超光滑低损伤钽钨合金表面的抛光液，其特征在于，所述研磨颗粒为单晶金刚石、聚晶金刚石、三氧化二铝、二氧化锆、二氧化钛、二氧化铈、氧化锌、掺杂铝的二氧化硅、覆盖铝的二氧化硅、煅制二氧化硅、胶体二氧化硅中的一种或多种。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵齐戬，江亮，田川东，钱林茂，郑佳昕，孙鹏飞，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：