[发明专利]一种用于分子束外延设备金属部件的表面处理方法

说明书

本发明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‑‑漂水‑‑超声波‑‑酸洗‑‑漂水‑‑电解抛光‑‑漂水‑‑中和‑‑漂水‑‑烘干后，使用光学仪器检测工件表面，运行加工算法，再利用经电子回旋加速器加速获得的高能电子束进一步加工处理。经此表面处理方法后的金属部件可以达到分子束外延设备所需的超高真空环境要求。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

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。

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。

发明内容

本发明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。

为实现上述目的，本发明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-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：

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；