不锈钢管电化学机械抛光技术

  1965年美国Monsanto公司的Herzog与Walsh工程师首次提出电化学机械抛光(Electrochemical mechanical polishing, ECMP)技术的概念。该项技术最初被运用于高质量光学元器件表面抛光上，如军用望远镜、显微镜等。自1988年开始，不锈钢管厂将该项技术运用于不锈钢管的制造中，并使其在世界各地迅速发展起来。与传统纯机械或纯电化学抛光方法不同的是，不锈钢管通过电化学抛光与机械抛光的综合性作用，避免了机械抛光后表面所存在显微损伤和电化学抛光中表面平整度与抛光一致性低等缺点。在复合抛光过程中，待抛光不锈钢管浸没在电解液中并在表面上施加一定的电压，随着电化学抛光的进行其表面氧化膜增厚，加工速度较慢。然而由于旋转的抛光盘的作用将表层氧化膜与沉淀物去除，被抛光表面的反应产物被不断地被剥离，新鲜电解液被补充进来，反应产物随抛光液流动而被带走。新裸露出的表面又发生电化学反应，产物再被剥离下来而循环往复，在衬底、磨粒和电化学反应的联合作用下，形成超精表面。由于在抛光过程中，在表面所施加的压力较小，其切削速率较慢，因此，不锈钢管表面的抛光速率主要由两极上所施加的电压决定。

    为实现不锈钢管内表面镜面抛光，日本产业技术总合研究所Kouichi教授等于1991年研发了如图所示的不锈钢管内表面电化学机械抛光装置，这也是目前市场上主流的面向中小口径不锈钢管件内表面的机械电化学抛光工艺。该装置采用了具有特殊结构的工具电极，在弹性材料层的作用下，尼龙材料与不锈钢管内表面得到充分接触，提供了机械抛光过程中所需的挤压力。但当管道内径小于10mm时，电解液更新困难的问题就变得尤为明显。在对小口径不锈钢管内表面进行电化学机械抛光过程中产生的大量气泡与沉淀物被大量积蓄，导致抛光表面出现麻点与电蚀等缺陷。

    综上所述，目前对于大中口径不锈钢管内表面的抛光技术与方法研究较为成熟。但对与小口径特别是内径小于5mm的细长管道的抛光技术与工艺研究相对较少。在分析上述表面抛光技术优缺点并结合本实验室条件的基础上，本文将采用电化学抛光的方法对其小口径管道内表面进行抛光处理。同时针对待加工不锈钢管道具有长径比大、加工过程中电解液更新困难等难点，对工具电极结构及抛光装置进行特殊设计。