阅读说明：本技术 一种铜材料表面的电化学抛光方法 (Electrochemical polishing method for surface of copper material ) 是由 刘洋 董笑瑜 梁田 吴亚琴 成红霞 唐中华 吕婧 于 2019-11-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种铜材料表面的电化学抛光方法,包括如下步骤：配制抛光溶液；将待抛光铜材料浸入抛光溶液中,开通电源进行抛光；其中,配制抛光溶液包括：根据要配制溶液的总体积计算各溶质的用量,溶质包括磷酸、丙三醇、硫脲和聚氧乙烯烷醇酰胺；根据计算结果,称取磷酸、丙三醇导入耐腐蚀容器中,加水至达到所述总体积,搅拌溶解得到第一中间溶液；根据计算结果,称取硫脲并加入到第一中间溶液中,搅拌溶解得到第二中间溶液；根据计算结果,量取聚氧乙烯烷醇酰胺并加入到第二中间溶液中,搅拌均匀得到抛光溶液。本发明能使铜精密零件的表面粗糙度从Ra0.4μm提高至Ra0.2μm,以满足真空电子器件使用要求。(The invention relates to an electrochemical polishing method for the surface of a copper material, which comprises the following steps: preparing a polishing solution; immersing a copper material to be polished into a polishing solution, and turning on a power supply to polish; wherein, preparing the polishing solution comprises: calculating the dosage of each solute according to the total volume of the solution to be prepared, wherein the solutes comprise phosphoric acid, glycerol, thiourea and polyoxyethylene alkanolamide; according to the calculation result, weighing phosphoric acid and glycerol, introducing the phosphoric acid and the glycerol into a corrosion-resistant container, adding water until the total volume is reached, and stirring and dissolving to obtain a first intermediate solution; weighing thiourea according to the calculation result, adding the thiourea into the first intermediate solution, and stirring and dissolving to obtain a second intermediate solution; and measuring polyoxyethylene alkanolamide according to the calculation result, adding the polyoxyethylene alkanolamide into the second intermediate solution, and uniformly stirring to obtain the polishing solution. The invention can improve the surface roughness of the copper precision part from Ra0.4 mu m to Ra0.2 mu m so as to meet the use requirement of a vacuum electronic device.)

一种铜材料表面的电化学抛光方法

技术领域

本发明涉及一种电化学抛光方法，尤其涉及一种铜材料表面的电化学抛光方法。

技术背景

铜材料由于其卓越的高电导率和低损耗性能，广泛应用于真空电子器件中，但对于一些高精度的零件，其中以慢波系统的关键零件——微小型高频腔体和L波段空间行波管的连接环为代表。一般而言，为了保证真空电子器件的传输损耗、增益、输出功率以及稳定性，零件表面粗糙度要求达到Ra0.2μm，因微小型高频腔体和L波段空间行波管的连接环的材质为无氧铜，质软，加工后表面粗糙度相对较差，仅能达到Ra0.4μm，且在棱角、边缘处会产生微小毛刺。若不进行处理，将影响真空电子器件的传输损耗、增益、输出功率以及稳定性。

发明内容

发明目的：为克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种铜材料表面的电化学抛光方法，用以降低铜精密零件的表面粗糙度，以满足真空电子器件使用要求。

技术方案：本发明的铜材料表面的电化学抛光方法包括如下步骤：(1)配制抛光溶液；(2)将待抛光铜材料浸入抛光溶液中，开通电源进行抛光；其中，步骤(1)具体包括：(11)根据要配制溶液的总体积计算各溶质的用量，溶质包括磷酸、丙三醇、硫脲和聚氧乙烯烷醇酰胺；(12)根据计算结果，称取磷酸、丙三醇导入耐腐蚀容器中，加水至所述总体积，搅拌溶解得到第一中间溶液；(13)根据计算结果，称取硫脲并加入到所述第一中间溶液中，搅拌溶解得到第二中间溶液；(14)根据计算结果，量取聚氧乙烯烷醇酰胺并加入到所述第二中间溶液中，搅拌均匀得到所述抛光溶液。

进一步地，上述铜材料表面的电化学抛光方法还包括如下步骤：(3)关闭电源，取出铜材料，脱水并烘干。

进一步地，步骤(11)具体包括：每配制1L抛光溶液，各溶质的用量分别为：磷酸：50-60mL；丙三醇：80-100mL；硫脲：2-3g；聚氧乙烯烷醇酰胺：0.5-0.8mL。

进一步地，步骤(2)中，所开通的电源的电流密度为5-6A/dm²，频率为5000Hz，占空比为5％-15％，抛光时间为15-20s，抛光在室温下进行。

原理：选择上述组分及范围的原因是：

磷酸：磷酸是铜基体表面黏膜的主要成分，同时与丙三醇的协同作用，可以显著提高膜层的均匀性，如添加磷酸高于本发明范围，则膜层电阻过大，局部出现欠抛光，而当磷酸的量少于本发明范围，则膜层电阻过小，局部出现抛光过度，因此，上述范围为本发明的最佳范围。

丙三醇：丙三醇可以辅助磷酸在基体表面成膜，如添加丙三醇高于本发明范围，成膜过厚，且不均匀，如丙三醇低于本发明范围，则成膜不连续，因此，上述范围为本发明的最佳范围。

硫脲：硫脲作为缓蚀剂，可以明显降低基体的溶解速度，如添加硫脲高于本发明范围，则基体的溶解速度无法再降低，且会影响抛光效果，如添加硫脲低于本发明范围，则基体的溶解速度将会提高。

聚氧乙烯烷醇酰胺：聚氧乙烯烷醇酰胺作为表面活性剂，可以加速基体表面起泡的排出，如添加聚氧乙烯烷醇酰胺高于本发明范围，聚氧乙烯烷醇酰胺会在基体表面析出，如添加聚氧乙烯烷醇酰胺低于本发明范围，则会降低基体表面气泡的排出速度。

电流密度：电流密度的大小直接影响着抛光质量，如电流密度大于本发明范围，基体表面出现过腐蚀，如电流密度小于本发明范围，基体表面粗糙度达不到要求。

占空比：占空比可以改善电抛光溶液的浓差极化，如占空比大于本发明范围，会加剧浓差极化，导致基体表面产生缺陷，如占空比小于本发明范围，会降低电抛光效率。

抛光时间：抛光时间主要与基体表面粗糙度和基体腐蚀量有关，如抛光时间大于本发明范围，基体腐蚀量过大，如抛光时间小于本发明范围，表面粗糙度达不到要求。

有益效果：与现有技术相比，本发明利用磷酸、丙三醇的协同腐蚀作用，促使铜基体表面形成一层黏膜；采用硫脲的缓蚀作用，可以防止铜基体被腐蚀；采用聚氧乙烯烷醇酰胺的表面润湿作用，可以使产生的气泡迅速排出；采用脉冲电源，通过调整电流密度和占空比，来保证抛光效果。本发明与现有常规的电化学抛光技术相比，对基体的腐蚀量从5-10μm降低至1μm以下，表面粗糙度可以从Ra0.4μm提高至Ra0.2μm。

附图说明

图1为本发明各实施例所得抛光后的铜材料的表面粗糙度测试结果图。

具体实施方式

实施例1

步骤(1)：配制总体积为1L的抛光溶液，具体包括：

(a)称取50ml磷酸、80ml丙三醇导入耐腐蚀容器中，加入2/3L的水，搅拌溶解得到第一中间溶液；

(b)称取2g硫脲并加入到第一中间溶液中，搅拌溶解得到第二中间溶液；

(c)量取0.5ml聚氧乙烯烷醇酰胺并加入到第二中间溶液中，加水至1L，搅拌均匀得到抛光溶液。

步骤(2)：将待抛光铜材料浸入抛光溶液中，开通电源在室温下进行抛光。所开通的电源的电流密度为5A/dm²，占空比为5％，抛光时间为15s。

步骤(3)：关闭电源，取出铜材料，冲洗干净，用乙醇脱水，烘干机烘干。

实施例2

与实施例1不同，步骤(1)中，各溶质的组分含量分别为：

磷酸：55ml

丙三醇：90ml

硫脲：2.5g

聚氧乙烯烷醇酰胺：0.6ml

步骤(2)中，所开通的电源的电流密度为5.5A/dm²，占空比为10％，抛光时间为17s。

实施例3

与实施例2不同，步骤(1)中，各溶质的组分分别为：

磷酸：60ml

丙三醇：100ml

硫脲：3g

聚氧乙烯烷醇酰胺：0.8ml

步骤(2)中，所开通的电源的电流密度为6A/dm²，占空比为15％，抛光时间为20s。

实施例4

与实施例3不同，步骤(1)中，各溶质的组分分别为：

磷酸：50ml

丙三醇：100ml

硫脲：3g

聚氧乙烯烷醇酰胺：0.5ml

步骤(2)中，所开通的电源的电流密度为5.5A/dm²，占空比为10％，抛光时间为17s。

实施例5

与实施例4不同，步骤(1)中，各溶质的组分分别为：

磷酸：55ml

丙三醇：100ml

硫脲：2g

聚氧乙烯烷醇酰胺：0.8ml

步骤(2)中，所开通的电源的电流密度为5A/dm²，占空比为15％，抛光时间为20s。

各实施例的粗糙度情况见图1。从图1可以看出，抛光后的铜材料表面粗糙度在0.16～0.18μm的范围内，均达到零件表面粗糙度小于Ra0.2μm的要求，因而能够满足真空电子器件使用要求。