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电化学抛光电流对哈氏合金表面粗糙度影响的多尺度分析

哈氏合金；电化学抛光；表面粗糙度；原子力显微镜；图像处理

镍基合金具有良好的机械性能和耐腐蚀性能，其中哈氏合金（Hastelloy）C276型号在第二代高温超导导线等领域已经实现了广泛的应用。哈氏合金的表面需要进行抛光处理，降低表面粗糙度以利于在其表面上制备具有良好双轴织构的过渡层，因此其技术优化与机理分析长期以来都受到国内外相关科研单位的重视。在本研究中，为了系统考察电化学抛光对哈氏合金表面的作用机制，对表面粗糙度在多个尺度下进行系统测试和模型分析，考虑的关键实验参数包括电化学抛光电流、原子力显微镜图像尺寸和表面粗糙度，基于实验结果对电化学抛光的微观机理进行了建模分析。本研究中首先分析了哈氏合金在浓硫酸-浓磷酸体系的电解液中电化学反应类型，并考察表面粗糙度与抛光电流、电极电压之间的相关性，确认以电流作为核心参数的有效性。使用了光学显微镜和原子力显微镜对表面形貌进行了系统测量，并进行了定量计算，发现在10微米以下的考察范围内，表面粗糙度与抛光电流具有显著的指数衰减函数关系，并存在剩余粗糙度现象。针对这一实验现象，本研究对电化学过程建立了简化模型进行了机理分析，该模型中通过假设哈氏合金表面的局域反应速率与高度值存在线性关系，可以有效解释表面粗糙度随抛光电流的指数衰减现象。