劉 洋，梁 田，成紅霞，唐中華，李秀秀，岳賢寧

（南京三樂(lè)集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 211800）

螺旋線型空間行波管的熱特性是一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)，不僅是決定行波管平均輸出功率的主要因素，也是直接影響著空間行波管工作的穩(wěn)定性與可靠性的主要因素。當(dāng)空間行波管工作時(shí)，鎢螺旋線由于高頻損耗和聚焦特性不好的電子注轟擊而受熱，這部分熱量由夾持桿傳送到管殼，然后擴(kuò)散出去［1］。在慢波結(jié)構(gòu)散熱過(guò)程中，螺旋線與夾持桿處的傳熱速率對(duì)螺旋線上熱量的散出起到了重要的作用。

式中，φ為傳熱速率，A為傳熱面積，λ為導(dǎo)熱系數(shù)，dν/dσ為溫度梯度。

從公式（1）看出，傳導(dǎo)的熱量與溫度梯度、傳熱面積成正比，其他因素不變，傳熱面積增大，傳熱速率也隨之提高。

當(dāng)高頻微波通過(guò)螺旋線時(shí)，由于受到趨膚效應(yīng)的影響，可認(rèn)為微波只在螺旋線表面很薄的一層中傳輸，若螺旋線表面凹凸不平，就會(huì)使微波在螺旋線上的傳輸距離變長(zhǎng)，增加高頻損耗。

因此，本文對(duì)鎢螺旋線表面的電解拋光工藝進(jìn)行了研究，電解拋光是近幾十年發(fā)展起來(lái)的表面處理技術(shù)，目的是為了改善金屬表面的微觀幾何形狀，降低金屬表面的顯微粗糙程度。目前，電解拋光技術(shù)已經(jīng)被逐步應(yīng)用到了電真空行業(yè)中，與機(jī)械拋光相比，電解拋光可大大減小工件內(nèi)部和表面的應(yīng)力，適用于任何硬度的金屬和合金［2］，它依靠選擇性溶解材料表面微小的凸出部分使表面光滑，其拋光后的光潔度與表面平整度比機(jī)械拋光保持得更長(zhǎng)久。它具有其它表面精加工技術(shù)無(wú)法比擬的高效率、高難度、高精度、速度快等優(yōu)點(diǎn)［3］。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器

磷酸三鈉（AR），氫氧化鈉（AR），丙三醇（AR）。電子天平（島津AUW320），掃描電鏡（SIGMA 500），袖珍式粗糙度測(cè)定儀（TR110型）。

1.2 性能測(cè)試方法

1.2.1 粗糙度

采用TR110型袖珍式粗糙度測(cè)定儀測(cè)量鎢螺旋線表面粗糙度，要求鎢螺旋線表面粗糙度（Ra）優(yōu)于0.2μm。

1.2.2 微觀形貌

采用掃描電鏡在2000倍下對(duì)拋光前后的螺旋線表面狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比分析，要求拋光后的鎢螺旋線表面不允許有毛刺和劃痕。

2 結(jié)果與討論

2.1 電解拋光溶液配方及工藝參數(shù)

基礎(chǔ)配方及工藝參數(shù)為：磷酸三鈉60～140g/L，氫氧化鈉4～12 g/L，丙三醇5～25mL/L，拋光電壓3～11V，溶液溫度30～70℃，拋光時(shí)間10～50s。

2.1.1 磷酸三鈉的影響

磷酸三鈉作為緩蝕劑和輔助成膜劑，在溶液中起著至關(guān)重要的作用。其他成分和工藝條件保持不變，改變磷酸三鈉濃度，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 磷酸三鈉的影響

從表1中可看出，磷酸三鈉的濃度低于80g/L時(shí)，溶液起不到拋光作用，大于140 g/L時(shí)，鎢螺旋線表面過(guò)腐蝕。因此，磷酸三鈉的最佳含量在100～120g/L。

2.1.2 氫氧化鈉的影響

氫氧化鈉的作用是為溶液提供一個(gè)堿性環(huán)境，以保證鎢螺旋線的正常溶解。其他成分和工藝條件保持不變，改變氫氧化鈉的濃度，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 氫氧化鈉的影響

從表2中可看出，氫氧化鈉的濃度低于4g/L時(shí)，鎢螺旋線在溶液中鈍化，大于10g/L時(shí)，鎢螺旋線表面的腐蝕速度加劇。因此氫氧化鈉的最佳含量為6～8 g/L。

2.1.3 丙三醇的影響

丙三醇作為成膜劑，在電解拋光過(guò)程中可以再鎢螺旋線表面形成黏膜，以保證拋光效果。其他成分和工藝條件保持不變，改變丙三醇的濃度，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 丙三醇的影響

從表3中可看出，丙三醇的體積分?jǐn)?shù)低于5 mL/L時(shí)，螺旋線表面無(wú)光澤，大于20 mL/L時(shí)，螺旋線表面反應(yīng)速度慢。因此丙三醇的最佳體積分?jǐn)?shù)為10～15mL/L。

2.1.4 拋光電壓的影響

溶液成分和其他工藝條件保持不變，改變電壓值，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 拋光電壓的影響

從表4中可看出，拋光電壓低于5V時(shí)，反應(yīng)速度慢，螺旋線表面無(wú)光澤，大于11 V時(shí)，反應(yīng)速度快，螺旋線表面過(guò)腐蝕。因此拋光電壓的最佳范圍為7～9V。

2.1.5 溶液溫度的影響

溶液成分和其他工藝條件保持不變，改變?nèi)芤簻囟龋囼?yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 溫度的影響

從表5中可看出，溫度低40℃時(shí)，螺旋線表面無(wú)光澤，大于70℃時(shí)，反應(yīng)速度快，螺旋線表面過(guò)腐蝕。因此溫度的最佳范圍為50～60℃。

2.1.6 拋光時(shí)間的影響

在溶液成分及其他工藝條件都確定的情況下，改變拋光時(shí)間，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 不同拋光時(shí)間下鎢螺旋線表面狀況

從表6可看出，拋光時(shí)間低于20 s時(shí)，鎢螺旋線表面無(wú)光澤，大于50 s時(shí)，對(duì)鎢螺旋線的腐蝕量較大。因此拋光時(shí)間的最佳范圍為30～40s。

2.2 粗糙度測(cè)試

取5只鎢螺旋線試樣，經(jīng)電解拋光后采用TR110型袖珍式粗糙度測(cè)定儀測(cè)量鎢螺旋線表面粗糙度，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 鎢螺旋線電解拋光前后表面粗糙度對(duì)比

從表7可看出，5只螺旋線樣品的表面粗糙度均優(yōu)于0.1μm，滿足指標(biāo)規(guī)定的表面粗糙度優(yōu)于0.2μm的要求。

2.3 微觀形貌

微觀形貌如圖2所示。

圖2 拋光前后的鎢螺旋線的微觀表面狀態(tài)（2000×）

3 結(jié)語(yǔ)

鎢螺旋線最佳配方及工藝參數(shù)為磷酸三鈉100～120g/L，氫氧化鈉 6～8 g/L，丙三醇 10～15 mL/L，拋光電壓7～9V，溶液溫度50～60℃，拋光時(shí)間30～40s；電解拋光尺寸消耗小于2μm；粗糙度優(yōu)于0.1μm。該工藝可完全滿足螺旋線型空間行波管的使用要求。