Ali je elektrolitsko poliranje primerno za kompleksne notranje strukture?

一, Glavna ideja elektrolitskega poliranja je izravnalna naprava, ki se ničesar ne dotika.
Anodno raztapljanje je tisto, zaradi česar elektrolitsko poliranje deluje. Ključ do njegovega uspeha je razlika v porazdelitvi gostote toka. Kot anoda je obdelovanec potopljen v elektrolit. Mikro štrline na površini se najprej raztopijo, ker je gostota toka večja, medtem ko se vdolbine raztapljajo počasneje, ker je gostota toka manjša. "Teorija sluznice" je glavna ideja tega procesa. Pravi, da fosfatni ioni v elektrolitu tvorijo debel fosfatni film z raztopljenimi kovinskimi ioni. Film je na izboklinah tanjši in se hitreje raztopi, v vdolbini pa je debelejši in se počasneje raztaplja. Dinamično gibanje sluznice sproti izravnava mikro hrapavosti površine, ki jo na koncu naredi gladko kot ogledalo.
Na primer, notranja mrežasta struktura kardiovaskularnega stenta iz nerjavečega jekla 316L je široka le 0,1 mm in tradicionalno mehansko poliranje lahko zlahka povzroči, da se mreža zlomi ali popači. Elektrolitsko poliranje lahko naredi površino notranje mreže manj grobo z zelo skrbnim nadzorom gostote toka (15–50 A/dm²) in temperature elektrolita (60–70 stopinj). Hrapavost lahko zmanjša z Ra3,2 μm na Ra0,05 μm ali manj, ne da bi spremenil velikost stenta. Prav tako se znebi morebitnih preostalih napetosti, ki so nastale zaradi mehanske obdelave, zaradi česar stent traja dlje in je bolj kompatibilen s telesom.
2, Tri glavne tehnološke prednosti obdelave zapletenih notranjih struktur
1. Globalna pokritost brez vrzeli
Elektrolitsko poliranje lahko deluje na mestih, kjer ni dovolj prostora, ker se ničesar ne dotika. Reakcijska komora za plazemsko jedkanje, ki se uporablja v industriji polprevodnikov, ima več deset tisoč mikropor s premerom 0,5 mm in dolge kanale, dolge do 500 mm. Za tradicionalno mehansko poliranje morate razstaviti votline in uporabiti posebno opremo za obdelavo vsakega dela. To vzame veliko časa in se zlahka umaže. S krožečim elektrolitskim sistemom je mogoče izvesti elektrolitsko poliranje. To omogoča, da tok enakomerno doseže vse mikrostrukturne površine in jih polira vse hkrati. Proizvajalec polprevodniške opreme je zagotovil praktične podatke, ki kažejo, da lahko elektrolitsko poliranje zmanjša hrapavost površine v reakcijski komori z Ra1,6 μm na Ra0,02 μm. Prav tako lahko zniža število kovinskih delcev na manj kot 5 na kvadratni centimeter, kar ustreza standardom čistosti za 5nm procesne čipe.
2. Odpravljanje mikroskopskih napak in izboljšanje delovanja stvari
Med proizvodnim procesom bodo zapletene notranje strukture verjetno imele težave, kot so mikrorazpoke in poroznost. Elektrolitsko poliranje lahko prednostno odstrani materiale iz okvarjenih območij s postopkom selektivnega raztapljanja. Na primer, letalski pritrdilni elementi iz titanove zlitine imajo po obdelavi z vročim izostatičnim stiskanjem (HIP) še vedno mikro luknje 0,01–0,05 mm v notranjih navojih. Elektrolitsko poliranje naredi površino niti bolj gladko, medtem ko prilagaja gostoto toka (20–30A/dm²) za postopno raztapljanje materiala na robovih mikropor, kar pomaga pri zapiranju por. Po obdelavi se je trdnost pritrdilnih elementov povečala za 35 %, njihova odpornost proti koroziji pa je dosegla standard ASTM G48 razreda A.
3. Skupinska obdelava in zniževanje stroškov
Elektrolitsko poliranje je veliko bolj učinkovit način za poliranje velikega števila kompleksnih kosov. Na primer, injektor goriva v avtomobilskem sistemu za vbrizgavanje goriva ima na desetine lukenj za vbrizgavanje s premerom 0,2 mm in zapletene poti pretoka v notranjosti. Poliranje posameznega kosa kovine s tradicionalnim mehanskim poliranjem traja več kot 2 uri, zato ga je treba večkrat vpeti in namestiti. Elektrolitsko poliranje uporablja posebno opremo in lahko polira od 50 do 100 bencinskih injektorjev naenkrat. To skrajša čas obdelave posameznega predmeta na 8 minut in poskrbi, da je hrapavost površine vsakič enaka, za razliko od mehanskega poliranja. Po podatkih določenega podjetja, ki izdeluje avtomobilske dele, je elektrolitsko poliranje dvignilo stopnjo izkoristka injektorjev goriva z 82 % na 98 %, kar podjetju prihrani več kot 2 milijona juanov letno pri stroških predelave.
3, Primeri in podatki iz industrije, ki to podpirajo
1. Področje medicinskih pripomočkov: narediti ortopedske vsadke bolj biokompatibilne
Notranja porozna struktura umetnih sklepnih protez mora zadostiti proliferacijskim zahtevam osteocitov, hkrati pa zavirati bakterijsko adhezijo. S skrbnim prilagajanjem količine fosforne kisline in žveplove kisline v mešanem elektrolitu (65–75 % fosforne kisline in 10–15 % žveplove kisline) lahko elektrolitsko poliranje naredi pasivacijski film, ki je enakomerno debel na poroznih površinah. Eksperimentalni podatki multinacionalnega medicinskega podjetja kažejo, da elektrolitsko poliranje naredi proteze kolčnega sklepa iz titanove zlitine bolj gladke, z notranjimi porami od Ra2,5 μm do Ra0,3 μm, 92-odstotno zmanjšanje bakterijske adhezije in zmanjšanje stopnje pooperativne okužbe z 1,2 % na 0,15 %.
2. Področje letalstva: izboljšanje toplotne odpornosti turbinskih lopatic
Notranji premer hladilnega kanala lopatic turbine letalskega motorja je le 0,8 mm, tradicionalno mehansko poliranje pa lahko zlahka spremeni obliko kanala, zaradi česar je hlajenje manj učinkovito. Elektrolitsko poliranje uporablja tehnologijo impulznega toka (30-odstotni delovni cikel, frekvenca 1kHz), da naredi površino bolj gladko brez povečanja velikosti kanala. Lahko sega od Ra1,6 μm do Ra0,1 μm. Preizkus, ki ga je opravil določen proizvajalec letalskih motorjev, je pokazal, da se je koeficient prenosa toplote notranjih hladilnih kanalov obdelanih rezil povečal za 18 % pri visoki temperaturi 1200 stopinj. Skupna učinkovitost motorja se je povečala za 2,3 %.
4, Težave in rešitve v tehnologiji
Elektrolitsko poliranje ima veliko prednosti, ko gre za delo z zapletenimi notranjimi strukturami, vendar ima še vedno dva velika problema:
Nadzorovanje homogenosti elektrolita: Strukture, kot so globoke slepe luknje, lahko povzročijo slab pretok elektrolita, kar lahko privede do odstopanj v koncentraciji na različnih področjih. Odgovor je uporaba ultrazvočnega-mešanja, izdelava edinstvenih cirkulacijskih sistemov in izdelava novih elektrolitov z nizko viskoznostjo in visoko prevodnostjo (na primer dodajanje etilenglikola za boljši pretok tekočine).
Natančen nadzor gostote toka: Oblika obdelovanca lahko zlahka spremeni porazdelitev gostote toka struktur na mikrometrski ravni. Z izdelavo digitalnega modela dvojčka in uporabo analize končnih elementov (FEA) za simulacijo porazdelitve tokovnega polja je mogoče izboljšati zasnovo katode (na primer z uporabo 3D-natisnjenih oblikovanih katod) in procesne parametre (na primer z uporabo tehnologije gradientne gostote toka), da se doseže enakomerno poliranje kompleksnih struktur.