Da li je elektrolitičko poliranje prikladno za složene unutrašnje strukture?

一, Glavna ideja elektrolitičkog poliranja je uređaj za nivelisanje koji ništa ne dodiruje.
Anodno otapanje je ono što čini da elektrolitičko poliranje funkcionira. Ključ njegovog uspjeha je razlika u distribuciji gustine struje. Kao anoda, radni komad je potopljen u elektrolit. Mikro izbočine na površini se prvo rastvaraju jer je gustoća struje veća, dok se udubljenja sporije otapaju jer je gustoća struje manja. "Teorija sluzokože" je glavna ideja iza ovog procesa. Kaže da fosfatni joni u elektrolitu formiraju debeli fosfatni film sa otopljenim ionima metala. Film je tanji na izbočinama i brže se otapa, a u udubljenju je deblji i sporije se otapa. Dinamično kretanje sluznice izjednačava mikro hrapavost površine, što je na kraju čini glatkom poput ogledala.
Na primjer, unutarnja mrežasta struktura kardiovaskularnog stenta od nehrđajućeg čelika 316L široka je samo 0,1 mm, a tradicionalno mehaničko poliranje može lako uzrokovati pucanje ili izobličenje mreže. Elektrolitičko poliranje može učiniti površinu unutrašnje mreže manje grubom tako što pažljivo kontrolišete gustoću struje (15–50A/dm²) i temperaturu elektrolita (60–70 stepeni). Može smanjiti hrapavost sa Ra3,2 μm na Ra0,05 μm ili niže bez promjene veličine stenta. Također se oslobađa svih zaostalih naprezanja uzrokovanih mehaničkom obradom, što čini da stent traje duže i da bude kompatibilniji s tijelom.
2, Tri glavne tehnološke prednosti obrade komplikovanih unutrašnjih struktura
1. Globalna pokrivenost bez praznina
Elektrolitičko poliranje može djelovati na mjestima gdje nema dovoljno prostora jer ništa ne dodiruje. Reakciona komora za jetkanje plazmom koja se koristi u industriji poluprovodnika ima desetine hiljada mikropora prečnika 0,5 mm i dugačke kanale dužine do 500 mm. Da biste obavili tradicionalno mehaničko poliranje, morate rastaviti šupljine i koristiti posebnu opremu za rad na svakom dijelu. Ovo oduzima dosta vremena i lako se zaprlja. Sa cirkulirajućim sistemom elektrolita, može se obaviti elektrolitičko poliranje. To omogućava da struja ravnomjerno dopre do svih mikrostrukturnih površina i sve ih polira u isto vrijeme. Proizvođač poluvodičke opreme dao je praktične podatke koji pokazuju da elektrolitičko poliranje može smanjiti hrapavost površine unutar reakcione komore sa Ra1,6 μm na Ra0,02 μm. Takođe može smanjiti broj metalnih čestica na manje od 5 po kvadratnom centimetru, što zadovoljava standarde čistoće za 5nm procesne čipove.
2. Popravljanje mikroskopskih nedostataka i poboljšanje rada stvari
Tokom procesa proizvodnje, složene unutrašnje strukture će vjerovatno imati problema kao što su mikropukotine i poroznost. Elektrolitičko poliranje može prvenstveno eliminirati materijale iz defektnih područja putem selektivnog procesa rastvaranja. Na primjer, pričvršćivači od titanijumske legure i dalje imaju mikro rupe od 0,01–0,05 mm u unutrašnjim navojima nakon tretmana vrućim izostatičkim presovanjem (HIP). Elektrolitičko poliranje čini površinu niti glatkijom uz podešavanje gustoće struje (20-30A/dm²) kako bi se materijal progresivno rastvorio na rubovima mikropora, što pomaže u zatvaranju pora. Nakon obrade, zamorna čvrstoća pričvršćivača porasla je za 35%, a njihova otpornost na koroziju je zadovoljila standard ASTM G48 razred A.
3. Grupna prerada i smanjenje troškova
Elektrolitičko poliranje je daleko efikasniji način poliranja velikog broja složenih komada. Na primjer, injektor goriva u sistemu za ubrizgavanje goriva automobila ima desetine rupa za ubrizgavanje prečnika 0,2 mm i komplikovane puteve protoka unutra. Za poliranje jednog komada metala tradicionalnim mehaničkim poliranjem potrebno je više od 2 sata, a potrebno ga je stegnuti i postaviti nekoliko puta. Elektrolitičko poliranje koristi specijalnu opremu i može polirati 50 do 100 benzinskih injektora odjednom. Ovo skraćuje vrijeme obrade za jedan predmet na 8 minuta i osigurava da je hrapavost površine svaki put ista, za razliku od mehaničkog poliranja. Prema podacima određene kompanije koja proizvodi automobilske dijelove, elektrolitičko poliranje je podiglo stopu prinosa mlaznica za gorivo sa 82% na 98%, što kompaniji štedi više od 2 miliona juana godišnje na troškovima prerade.
3, Primjeri i podaci iz industrije koji to podržavaju
1. Oblast medicinskih uređaja: povećanje biokompatibilnosti ortopedskih implantata
Struktura unutrašnje poroznosti umjetnih zglobnih proteza mora zadovoljiti zahtjeve za proliferaciju osteocita dok istovremeno inhibira bakterijsku adheziju. Pažljivim podešavanjem količine fosforne i sumporne kiseline u miješanom elektrolitu (65-75% fosforne kiseline i 10-15% sumporne kiseline), elektrolitičko poliranje može napraviti pasivacijski film koji je ravnomjerno debeo na poroznim površinama. Eksperimentalni podaci multinacionalne medicinske kompanije pokazuju da elektrolitičko poliranje čini proteze zgloba kuka od legure titana glatkijim, sa unutrašnjim porama koje idu od Ra2,5 μm do Ra0,3 μm, smanjenjem bakterijske adhezije za 92% i smanjenjem postoperativne stope infekcije sa 1,2% na 0,15%.
2. Vazduhoplovstvo: Poboljšanje toplotne otpornosti lopatica turbine
Unutrašnji prečnik kanala za hlađenje lopatica turbine motora aviona je samo 0,8 mm, a tradicionalno mehaničko poliranje može lako promeniti oblik kanala, što hlađenje čini manje efikasnim. Elektrolitičko poliranje koristi tehnologiju pulsne struje (30% radnog ciklusa, frekvencija 1kHz) kako bi površinu učinila glađom bez povećanja veličine kanala. Može ići od Ra1,6 μm do Ra0,1 μm. Test koji je uradio određeni proizvođač avionskih motora pokazao je da je koeficijent prenosa toplote unutrašnjih rashladnih kanala tretiranih lopatica porastao za 18% na visokoj temperaturi od 1200 stepeni. Ukupna efikasnost motora porasla je za 2,3%.
4, Problemi i rješenja u tehnologiji
Elektrolitičko poliranje ima mnogo prednosti kada je u pitanju rad sa komplikovanim unutrašnjim strukturama, ali i dalje ima dva velika problema sa kojima se treba nositi:
Kontrola homogenosti elektrolita: Strukture poput dubokih slijepih rupa mogu uzrokovati slab protok elektrolita, što može dovesti do varijacija u koncentraciji u različitim područjima. Odgovor je korištenje ultrazvučnog-potpomognutog miješanja, stvaranje jedinstvenih sistema za cirkulaciju i stvaranje novih elektrolita niskog viskoziteta i visoke provodljivosti (na primjer, dodavanje etilen glikola da bi se tečnost poboljšala).
Precizna kontrola gustine struje: oblik radnog komada može lako promeniti distribuciju gustine struje struktura na mikrometarskom nivou. Izradom digitalnog modela blizanaca i upotrebom analize konačnih elemenata (FEA) za simulaciju distribucije strujnog polja, dizajn katode (kao korištenje 3D štampanih oblikovanih katoda) i parametri procesa (kao korištenje tehnologije gradijenta gustine struje) mogu se poboljšati kako bi se dobilo ravnomjerno poliranje složenih struktura.