[发明专利]一种金属铌工件的电化学抛光液

说明书

本发明公开了一种金属铌工件的电化学抛光液，涉及超导技术领域，所述电抛光化学液中增加了标准电极电势比氢离子更高的金属离子，在电抛光过程中，阳极依然是铌工件溶解抛光反应，但阴极反应从氢离子得到电子生成氢气变为金属离子得电子变为金属单质沉积到电极上。本发明可以在不增加电化学抛光工序的前提下，使铌工件电化学抛光过程减少甚至不产生氢气，降低金属铌发生“氢病”现象的概率。

技术领域

本发明属于超导技术领域，具体涉及一种金属铌工件的电化学抛光液。

背景技术

金属铌在9.2K以下的低温下为超导状态，其所制的超导工件在直流电压下电阻为零，其作为超导转变温度最高的金属，所制作的工件具有广泛应用。射频超导腔即为其中一种，其为带电粒子提供谐振的加速电压，是粒子加速器的重要组成部分。

金属铌工件作为超导体应用的时候，通过超导体的电流分布一般都集中于很浅层的表面，故工件性能严重依赖于表面的光洁度和粗糙度，故表面处理(如化学抛光或电化学抛光)总是必要的。而铌工件经电化学抛光处理后的表面比化学抛光后的表面更光滑，如金属铌制成的超导腔经电化学抛光后的品质因子、最高加速梯度会有大幅提升等。

电化学抛光的阳极为连接到腔体的工作电极，金属在阳极失去电子被氧化、随后被剥离腔壁，从而达到去除污染层抛光的效果。而阴极一般是附反应，氢离子在阴极得到电子被还原，生成氢气逸出。氢气因为分子半径很小，在室温下就极易吸附、扩散、溶解在金属中，产生氢脆等效应，会降低工件的各项性能。而铌超导腔体由于形状是密闭的，气体不易逸出而滞留在腔体内，更加重了氢气在金属内的扩散，形成大幅降低腔体性能的“氢病”(见图1中的Hydrogen Q-disease)，导致超导腔性能变差(参见：USPAS lecture notes 2017,RF Superconductivity for Particle Accelerators，S.Belomestnykh,Lecture 1:Introduction,2017(6)https://sites.google.com/view/srfuspas17/home)。为了解决超导腔的这个问题，前人采用了横式电抛光法抛光椭球腔(见图2)，将腔放平，电抛液灌注到高于中心轴的液位，然后通过不停旋转腔体来达到均匀的抛光(参见H.Padamsee,J.Knobloch,and T.Hays,RF Superconductivity for Accelerators,(WILEY-VCH VerlagGmbH Co.KGaA,2008)P.124.)。虽然此方法已经大幅降低了“氢病”的发生概率，但是仍有一部分氢气被困在腔体，在长达几小时甚至几天的电抛光过程中扩散到腔体内。虽然额外的高温退火步骤可以将扩散至腔壁内的氢去除，但整个过程繁复且有危险。

发明内容

本发明的目的是提供一种电化学抛光液。本发明所提供的电化学抛光液，在原有的电化学抛光酸中增加了比氢离子标准电极电势高的金属离子，使得电化学抛光的阴极由原本的氢离子得电子生成氢气的气体电极反应，变为金属离子得电子生成金属单质的金属电极反应，减少、甚至杜绝了氢气的产生。

本发明所提供的电化学抛光液，由电化学抛光酸和比氢离子标准电极电势高的金属离子组成；

所述电化学抛光酸为超导铌腔国际常用的电化学抛光酸，是由98％(质量浓度)浓硫酸和40％(质量浓度)氢氟酸按体积比9：1制成的混合溶液；

所述金属离子包括银离子、铜离子中的至少一种；

所述金属离子以水溶性金属盐或酸溶性金属盐的形式加入，具体可为硫酸盐、氟化盐、硝酸盐、磷酸盐中的至少一种；

所述金属离子为银离子，银离子以硫酸银的形式加入；

所述电化学抛光液中金属离子的浓度为：1×10^-8mol/L至饱和状态，具体可为0.44mol/L。

上述电化学抛光液在金属铌工件的电化学抛光处理中的应用也属于本发明的保护范围。