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一种电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法
申请号	CN202311863091.7	申请日	2023-12-29	公开(公告)号	CN117802563A	公开(公告)日	2024-04-02
申请人	河北科技大学;			发明人	马静; 冯志浩; 李建辉; 王建刚; 张欣; 陈嘉惠; 王铁凝;
摘要	本申请涉及金属表面处理技术领域，具体公开了一种电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法。一种电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法，包括如下步骤：S1：对钨丝网布进行预处理，得到预处理网布；S2：将预处理网布浸泡至电解抛光液内，然后用双电极体系连接直流电源进行电解抛光，电解抛光时间为0.5‑15min，最后清洗烘干即可；所述电解抛光液包括碱液和缓蚀剂，所述缓蚀剂包括碳酸钠和柠檬酸三钠。本申请的方法制得的钨丝网布具有丝径差距小、表面光滑无缺陷的优点。
权利要求	1.一种电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法，其特征在于，包括如下步骤： S1：对钨丝网布进行预处理，得到预处理网布； S2：将预处理网布浸泡至电解抛光液内，然后用双电极体系连接直流电源进行电解抛光，电解抛光时间为0.5‑15min，最后清洗烘干即可；所述电解抛光液包括碱液和缓蚀剂，所述缓蚀剂包括碳酸钠和柠檬酸三钠。 2.根据权利要求1所述的一种电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法，其特征在于，所述步骤S2中，电解抛光过程中对预处理网布均匀施加张力，张力大小为15‑20N。 3.根据权利要求1所述的一种电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法，其特征在于，所述步骤S2中，碱液与缓蚀剂的体积比为(2‑4):1。 4.根据权利要求1所述的一种电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法，其特征在于，所述步骤S2中，缓蚀剂为碳酸钠、柠檬酸三钠按质量比(2‑5):1组成。 5.根据权利要求3所述的一种电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法，其特征在于，所述步骤S2中，碱液为KOH溶液，浓度为5‑30g/L。 6.根据权利要求1所述的一种电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法，其特征在于，所述步骤S2中，电解抛光过程中电流为0.2‑20A，电压为1‑15V，时间为0.5‑30min。 7.根据权利要求1所述的一种电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法，其特征在于，所述步骤S2中，用双电极体系连接直流电源是以预处理网布为阳极接电源正极，以铂片为阴极接电源负极。 8.根据权利要求7所述的一种电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法，其特征在于，所述步骤S2中，阴极与阳极之间的相对间距为20‑60mm。 9.根据权利要求1所述的一种电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法，其特征在于，所述步骤S1中，对钨丝网布进行预处理是对钨丝网布进行超声清洗，依次包括丙酮超声清洗、去离子水超声清洗和无水乙醇超声清洗。 10.根据权利要求1所述的一种电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法，其特征在于，所述步骤S2中，电解抛光过程中保持电解抛光液的温度为15‑40℃。
说明书全文	一种电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法技术领域 [0001] 本申请涉及金属表面处理技术领域，更具体地说，它涉及一种电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法。背景技术 [0002] 钨是一种具有高熔点，高强度和高化学稳定性的稀有难熔金属。由于其独特的性能而被广泛用于电气电子、石油化工、新能源、精密仪器、医疗器材、军事航天等各个领域。例如用于集成电路，SEM的灯丝，微创钨针，电池电极等。 [0003] 然而，利用钨的高强度、高硬度、高密性和良好导电性的同时，这些优良特性也提升了钨的加工难度。作为新能源电池的电极材料，钨丝网布存在丝径较厚的问题，传统解决办法是将钨丝网布浸入含有强酸或强碱的腐蚀溶液中，从而缩小钨丝直径进而使钨丝网布精细化，但受限于钨的优良特性，腐蚀过程中存在不均匀、网布丝径差距较大和钨丝表面存在麻点等问题。 [0004] 对此，技术人员开发出钨的电解抛光技术，电解抛光是在一定电解液中以钨金属工件作为阳极，在金属表面同时进行氧化膜的生成与溶解两个过程，使金属工件减径、粗糙度下降、光亮度提高。现阶段对于钨的电解抛光仍主要以碱性溶液作为电解抛光液，采用KOH、NaOH、KClO3等一种或几种复配，这种传统电解液的抛光效果较差，已经不能满足各类高精密仪器或高新技术的需求。 [0005] 经过持续的研究，技术人员开发出新的电解液系统，如申请公布号为CN113463178A的中国专利申请公开了一种钨基丝材或片材的电解抛光液及电解抛光方法，是将待处理的钨基丝材或片材置于电解抛光液中作为阳极，镍作为阴极，调节稳压电源的电流大小进行电解。电解抛光液包括季铵碱、无水乙醇、2‑甲基‑1‑己烯、硫酸钠和水，虽然抛光效果较好，但是电解抛光液的配置成本高，后续电解废液的处理难度大，不适合工业大范围应用。 [0006] 因此，如何开发出低成本、安全高效的钨丝电解方法是亟待解决的技术难题。发明内容 [0007] 为了进一步开发低成本、安全高效的钨丝电解方法，本申请提供一种电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法。 [0008] 本申请提供一种电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法，采用如下的技术方案： [0009] 一种电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法，包括如下步骤： [0010] S1：对钨丝网布进行预处理，得到预处理网布； [0011] S2：将预处理网布浸泡至电解抛光液内，然后用双电极体系连接直流电源进行电解抛光，电解抛光时间为0.5‑15min，最后清洗烘干即可；所述电解抛光液包括碱液和缓蚀剂，所述缓蚀剂包括碳酸钠和柠檬酸三钠。 [0012] 通过采用上述技术方案，本申请采用碱液与缓蚀剂复配作为电解抛光液，在电解抛光过程中，碳酸钠和柠檬酸三钠在电解过程中可发生金属络合作用，生成络合物在电解6+ ‑ 过程中发挥缓蚀作用，其反应式为：Na3C6H5O7+W +6OH→Na3[W(C6H5O7)(OH6)]+6H2O和Na2CO3 6+ +W →Na2[W(CO3)6]，能够进一步改善网布丝径表面的表面状态，获得均匀、深度的抛光效果。 [0013] 优选的，所述步骤S2中，电解抛光过程中对预处理网布均匀施加张力，张力大小为15‑20N。 [0014] 通过采用上述技术方案，在添加缓蚀剂基础上对丝网均匀施加张力，让网布处于完全伸展状态，从而使钨丝得到较为均匀的腐蚀，保持钨丝网布良好的丝径状态，避免局部腐蚀过度或腐蚀较轻的情况，最终制得的钨丝网布具有精细的丝径和光滑平整的表面状态，并且优化和调整预处理网布上施加的张力，在保证电解抛光效果的同时不因过大的张力导致腐蚀过程中发生自发断裂。 [0015] 优选的，所述步骤S2中，碱液与缓蚀剂的体积比为(2‑4):1。进一步优选的，所述步骤S2中，碱液与缓蚀剂的体积比为(3‑4):1。 [0016] 通过采用上述技术方案，当碱液与缓蚀剂比例过高时，抛光效果不明显，表面仍然凹凸不平；当碱液与缓蚀剂比例过低时，造成过度抛光，产生过多的络合物阻碍电解抛光进程，导致丝径表面出现蚀坑。因此试验和筛选碱液与缓蚀剂的体积比，平衡钨丝表面氧化膜的生成与溶解速度，获得更加均匀的腐蚀效果，避免表面出现麻点等缺陷。 [0017] 优选的，所述步骤S2中，缓蚀剂为碳酸钠、柠檬酸三钠按质量比(2‑5):1组成。 [0018] 通过采用上述技术方案，碳酸钠作为强缓蚀剂，与柠檬酸三钠混合使用，在保证有效减缓钨丝腐蚀速率的前提下，与钨产生金属络合反应，促进钨的溶解达到均匀腐蚀抛光的目的。因此优化和调整碳酸钠与柠檬酸三钠的质量比，起到更好的络合缓蚀作用，控制整体腐蚀过程更加稳定均匀。 [0019] 优选的，所述步骤S2中，碱液为KOH溶液，浓度为5‑30g/L。进一步优选的，所述步骤S2中，碱液为KOH溶液，浓度为15‑30g/L。 [0020] 通过采用上述技术方案，碱液的浓度提高可以有效提升钨丝腐蚀速率，但当碱液的浓度高于30g/L时，再提升浓度对腐蚀速率的提高作用不大。因此试验和筛选碱液的组成与浓度，平衡钨在电解过程中的溶解速度与扩散速度，避免钨丝表面麻点、蚀坑的出现。 [0021] 优选的，所述步骤S2中，电解抛光过程中电流为0.2‑20A，电压为1‑15V，时间为0.5‑15min。进一步优选的，所述步骤S2中，电解抛光过程中电流为0.2‑17.5A，电压为1‑9V，时间为0.5‑15min。 [0022] 通过采用上述技术方案，电解抛光工艺作为最主要的腐蚀环节，电解抛光过程中电压和电流的大小是控制丝径腐蚀程度的重要因素，过小导致抛光程度低，效果不显著；过大导致过抛光丝径表面质量下降。电解抛光时间作为辅助因素，可以更好的控制抛光进程，使钨丝网布达到减径标准并获得光滑平整的表面状态。因此优化和调整电解抛光过程中电压、电流和抛光时间大小，使钨丝网布均匀腐蚀，控制丝径大小，并且调整钨的溶解速度和扩散速度，获得较低的表面RES。 [0023] 优选的，所述步骤S2中，用双电极体系连接直流电源是以预处理网布为阳极接电源正极，以铂片为阴极接电源负极。 [0024] 通过采用上述技术方案，将预处理网布作为阳极，经过电解抛光进行腐蚀减径。 [0025] 优选的，所述步骤S2中，阴极与阳极之间的相对间距为20‑60mm。进一步优选的，所述步骤S2中，阴极与阳极之间的相对间距为20‑40mm。 [0026] 通过采用上述技术方案，此范围内，网布可被均匀腐蚀抛光，间距过大导致网布中间和四周腐蚀丝径差距过大，间距过小导致网布极易过度腐蚀从而断裂。 [0027] 优选的，所述步骤S1中，对钨丝网布进行预处理是对钨丝网布进行超声清洗，依次包括丙酮超声清洗、去离子水超声清洗和无水乙醇超声清洗。 [0028] 通过采用上述技术方案，依次经过丙酮超声处理、去离子水超声处理和无水乙醇超声处理后，钨丝网布表面的油污、杂质得到很好的清除，为后续的电解抛光提供良好的工况。 [0029] 优选的，所述步骤S2中，电解抛光过程中保持电解抛光液的温度为15‑40℃。进一步优选的，所述步骤S2中，电解抛光过程中保持电解抛光液的温度为40℃。 [0030] 通过采用上述技术方案，此温度下，电解抛光钨丝网布丝径可均匀减薄。 [0031] 优选的，步骤S1中，钨丝网布中钨丝的钨含量为95‑100wt％。进一步优选的，步骤S1中，钨丝网布中钨丝的钨含量为98wt％。 [0032] 通过采用上述技术方案，优化和调整钨丝网布中钨丝中的钨含量，进一步提升腐蚀效果，改善电解抛光后钨丝的表面状态。 [0033] 综上所述，本申请具有以下有益效果： [0034] 1、本申请在碱环境下加入合适比例的碳酸钠和柠檬酸三钠作为缓蚀剂，同时对钨丝网布施加合适的张力，能够在电解过程中获得具有的腐蚀抛光效果，网布各处的丝径相差不超过0.6μm。并且电解抛光处理前后的丝径尺寸可相差4.5μm，处理后的钨丝表面无麻点、蚀坑，整体工艺简单，成本较低，且安全高效。 [0035] 2、本申请优化和调整碱液与缓蚀剂的组成配比，选择合适的施加张力，并且筛选合适的电压、电流和电解时间，获得更好的电解抛光效果。 [0036] 3、采用本申请的方法制得的钨丝网布具有较细的丝径，网孔精度高，且各处丝径差距很小，非常适合用于电池电极材料。附图说明 [0037] 图1是本申请实施例1的电解抛光减薄钨丝网布的SEM图。 [0038] 图2是本申请实施例2的电解抛光减薄钨丝网布的SEM图。 [0039] 图3是本申请实施例3的电解抛光减薄钨丝网布的SEM图。 [0040] 图4是本申请对比例1的电解抛光减薄钨丝网布的SEM图。 [0041] 图5是本申请对比例4的电解抛光减薄钨丝网布的SEM图。具体实施方式 [0042] 以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。 [0043] 本申请实施例及对比例的原料除特殊说明以外均为普通市售。 [0044] 实施例 [0045] 实施例1 [0046] 本实施例的电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法，包括如下步骤： [0047] S1：对钨丝网布进行预处理，预处理是依次经过丙酮超声清洗100s、去离子水超声清洗100s和无水乙醇超声清洗100s，得到预处理网布； [0048] S2：将预处理网布浸泡至电解抛光液内，并对预处理网布均匀施加张力，然后用双电极体系连接直流电源进行电解抛光，预处理网布作为阳极接直流电源的正极，铂片作为阴极接直流电源的负极，电解抛光后取出清洗烘干即可。 [0049] 本实施例的电解抛光液包括碱液和缓蚀剂。 [0050] 碱液为KOH，浓度为15g/L。缓蚀剂由碳酸钠、柠檬酸三钠按质量比3.5:1组成。 [0051] 本实施例的电解抛光液由如下步骤制成： [0052] 1)准确称取KOH固体置于烧杯内，在150rad/min的搅拌速度下缓慢向搅拌釜内加入去离子水，搅拌10min配置成碱液；按上述比例准确称取碳酸钠和柠檬酸三钠置于烧杯内，在150rad/min的搅拌速度下缓慢向烧杯内加入少量去离子水，搅拌10min配置成缓蚀剂； [0053] 2)向碱液中加入缓蚀剂，碱液与缓蚀剂的体积比为3:1，保持搅拌速度不变，继续搅拌10min制得电解抛光液。 [0054] 其中，对预处理网布施加的张力为20N。电解抛光过程中电流为12.5A，电压为7.5V，时间为15min。阴极与阳极之间的相对距离为40mm。钨丝网布中钨丝的钨含量为98％。电解抛光液的温度为40℃。 [0055] 实施例2 [0056] 本实施例的电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法，包括如下步骤： [0057] S1：对钨丝网布进行预处理，预处理是依次经过丙酮超声清洗120s、去离子水超声清洗120s和无水乙醇超声清洗120s，得到预处理网布； [0058] S2：将预处理网布浸泡至电解抛光液内，并对预处理网布均匀施加张力，然后用双电极体系连接直流电源进行电解抛光，预处理网布作为阳极接直流电源的正极，铂片作为阴极接直流电源的负极，电解抛光后取出清洗烘干即可。 [0059] 本实施例的电解抛光液包括碱液和缓蚀剂。 [0060] 碱液为KOH，浓度为15g/L。缓蚀剂由碳酸钠、柠檬酸三钠按质量比5:1组成。 [0061] 本实施例的电解抛光液由如下步骤制成： [0062] 1)准确称取KOH固体置于烧杯内，在150rad/min的搅拌速度下缓慢向搅拌釜内加入去离子水，搅拌10min配置成碱液；按上述比例准确称取碳酸钠和柠檬酸三钠置于烧杯内，在150rad/min的搅拌速度下缓慢向烧杯内加入少量去离子水，搅拌10min配置成缓蚀剂； [0063] 2)向碱液中加入缓蚀剂，碱液与缓蚀剂的体积比为4:1，保持搅拌速度不变，继续搅拌10min制得电解抛光液。 [0064] 其中，对预处理网布施加的张力为20N。电解抛光过程中电流为17.5A，电压为9V，时间为15min。阴极与阳极之间的相对距离为40mm。钨丝网布中钨丝的钨含量为98％。电解抛光液的温度为40℃。 [0065] 实施例3 [0066] 本实施例的电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法，包括如下步骤： [0067] S1：对钨丝网布进行预处理，预处理是依次经过丙酮超声清洗60s、去离子水超声清洗60s和无水乙醇超声清洗60s，得到预处理网布； [0068] S2：将预处理网布浸泡至电解抛光液内，并对预处理网布均匀施加张力，然后用双电极体系连接直流电源进行电解抛光，预处理网布作为阳极接直流电源的正极，铂片作为阴极接直流电源的负极，电解抛光后取出清洗烘干即可。 [0069] 本实施例的电解抛光液包括碱液和缓蚀剂。 [0070] 碱液为KOH，浓度为15g/L。缓蚀剂由碳酸钠、柠檬酸三钠按质量比2:1组成。 [0071] 本实施例的电解抛光液由如下步骤制成： [0072] 1)准确称取KOH固体置于烧杯内，在200rad/min的搅拌速度下缓慢向搅拌釜内加入去离子水，搅拌10min配置成碱液；按上述比例准确称取碳酸钠和柠檬酸三钠置于烧杯内，在200rad/min的搅拌速度下缓慢向烧杯内加入少量去离子水，搅拌20min配置成缓蚀剂； [0073] 2)向碱液中加入缓蚀剂，碱液与缓蚀剂的体积比为2:1，保持搅拌速度不变，继续搅拌20min制得电解抛光液。 [0074] 其中，对预处理网布施加的张力为15N。电解抛光过程中电流为7.5A，电压为5.5V，时间为15min。阴极与阳极之间的相对距离为40mm。钨丝网布中钨丝的钨含量为98％。电解抛光液的温度为40℃。 [0075] 实施例4 [0076] 本实施例的电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法与实施例1的不同之处在于：步骤S2中，电解抛光的时间为5min，其余的与实施例1中相同。 [0077] 实施例5 [0078] 本实施例的电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法与实施例2的不同之处在于：步骤S2中，阴极与阳极之间的相对距离为60mm，其余的与实施例2中相同。 [0079] 实施例6 [0080] 本实施例的电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法与实施例3的不同之处在于：步骤S2中，电解抛光液的温度为25℃，其余的与实施例3中相同。 [0081] 实施例7 [0082] 本实施例的电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法与实施例1的不同之处在于：步骤S2中，电解抛光过程中未对预处理网布施加张力，其余的与实施例1中相同。 [0083] 实施例8 [0084] 本实施例的电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法，包括如下步骤： [0085] S1：对钨丝网布进行预处理，预处理是依次经过丙酮超声清洗100s、去离子水超声清洗100s和无水乙醇超声清洗100s，得到预处理网布； [0086] S2：将预处理网布浸泡至电解抛光液内，并对预处理网布均匀施加张力，然后用双电极体系连接直流电源进行电解抛光，预处理网布作为阳极接直流电源的正极，铂片作为阴极接直流电源的负极，电解抛光后取出清洗烘干即可。 [0087] 本实施例的电解抛光液包括碱液和缓蚀剂。 [0088] 碱液为KOH，浓度为30g/L。缓蚀剂由碳酸钠、柠檬酸三钠按质量比3.5:1组成。 [0089] 本实施例的电解抛光液由如下步骤制成： [0090] 1)准确称取KOH固体置于烧杯内，在200rad/min的搅拌速度下缓慢向搅拌釜内加入去离子水，搅拌10min配置成碱液；按上述比例准确称取碳酸钠和柠檬酸三钠置于烧杯内，在200rad/min的搅拌速度下缓慢向烧杯内加入少量去离子水，搅拌20min配置成缓蚀剂； [0091] 2)向碱液中加入缓蚀剂，碱液与缓蚀剂的体积比为3:1，保持搅拌速度不变，继续搅拌20min制得电解抛光液。 [0092] 其中，对预处理网布施加的张力为15N。电解抛光过程中电流为0.2A，电压为1V，时间为0.5min。阴极与阳极之间的相对距离为20mm。钨丝网布中钨丝的钨含量为98％。电解抛光液的温度为15℃。 [0093] 对比例 [0094] 对比例1 [0095] 本对比例的电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法与实施例1的不同之处在于：步骤S2中，电解抛光液为KOH碱液，浓度为15g/L，未添加缓蚀剂，其余的与实施例1中相同。 [0096] 对比例2 [0097] 本对比例的电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法与实施例1的不同之处在于：步骤S2中，缓蚀剂为碳酸钠，未添加柠檬酸三钠，其余的与实施例1中相同。 [0098] 对比例3 [0099] 本对比例的电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法与实施例1的不同之处在于：步骤S2中，缓蚀剂为柠檬酸三钠，未添加碳酸钠，其余的与实施例1中相同。 [0100] 对比例4 [0101] 本对比例的电解抛光减薄钨丝网布丝径的方法与实施例4的不同之处在于：步骤S2中，电解抛光的时间为20min，其余的与实施例4中相同。 [0102] 性能检测试验 [0103] 分别对实施例1‑8以及对比例1‑4电解抛光处理前后的钨丝网布进行SEM分析，并利用SEM测量工具测量处理前后的丝径尺寸变化情况，具体结果如表1所示；并对钨丝表面状态进行观察，具体结果如图1‑4所示。 [0104] 表1实施例1‑8以及对比例1‑4的电解抛光处理前后的钨丝网布丝径尺寸测量结果[0105] [0106] [0107] 结果分析 [0108] 分析实施例1‑3、实施例4‑8并结合表1、图1‑3可以看出，采用本申请的方法电解抛光处理后的钨丝网布的丝径腐蚀均匀，约11.6‑12.3μm，表面状态良好，光滑无麻点、蚀坑等缺陷存在。实施例4采用了较短的电解抛光时间，丝径减量相较于实施例1少。实施例5中采用了较宽的阴阳极间距，导致电解效果下降，丝径减量较小。实施例6中采用了较低的电解抛光液温度，丝径减量也较小，这可能是由于温度低导致钨离子的扩散速度下降所致。实施例7中网布未施加张力，虽然也能达到一定的减径效果，但电解过程中网布易折叠从而使得网布丝径腐蚀不均匀，表面质量不佳。实施例8虽采用较高的碱液浓度，但由于电流和电压过小，腐蚀过程中电解抛光作用不大，丝径减径量较小表面质量不高。 [0109] 分析实施例1、对比例1‑5并结合表1和图4‑5可以看出，对比例1中未添加缓蚀剂，钨丝网布腐蚀过程极快难控制，钨丝网布丝径虽减小至10.0μm，但丝径产生断丝、腐蚀不均匀状态极差、表面缺陷过多等不良情况。对比例2、3相较于混合缓蚀剂，网布腐蚀速率过快，导致丝径表面出现凹坑，腐蚀效果较差。从图5可以看出，对比例4中采用较长的电解抛光时间，虽然丝网的平均丝径达到了10.8μm，但由于腐蚀时间过长导致钨丝表面出现麻点、点蚀坑等缺陷。 [0110] 本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。