Er elektrolytisk polering egnet for komplekse indre strukturer?

一, Hovedideen bak elektrolytisk polering er en utjevningsanordning som ikke berører noe.
Anodisk oppløsning er det som gjør at elektrolytisk polering fungerer. Nøkkelen til suksessen er forskjellen i strømtetthetsfordeling. Som en anode er arbeidsstykket nedsenket i elektrolytt. Mikrofremspringene på overflaten oppløses først fordi strømtettheten er høyere, mens fordypningene løses opp saktere fordi strømtettheten er lavere. "Slimhinneteorien" er hovedideen bak denne prosessen. Det står at fosfationer i elektrolytten danner en tykk fosfatfilm med oppløste metallioner. Filmen er tynnere ved fremspringene og løses opp raskere, og den er tykkere i fordypningen og løses saktere opp. Den dynamiske bevegelsen av slimhinnen jevner ut mikroruheten til overflaten, noe som til slutt gjør den jevn som et speil.
For eksempel er den indre nettstrukturen til en 316L kardiovaskulær stent i rustfritt stål bare 0,1 mm bred, og tradisjonell mekanisk polering kan lett føre til at nettet brytes eller forvrenges. Elektrolytisk polering kan gjøre overflaten til det indre nettet mindre ru ved å kontrollere strømtettheten (15–50A/dm²) og elektrolytttemperaturen (60–70 grader) svært nøye. Den kan senke ruheten fra Ra3,2 μm til Ra0,05 μm eller lavere uten å endre størrelsen på stenten. Den kvitter seg også med restspenninger som er forårsaket av mekanisk bearbeiding, noe som gjør at stenten varer lenger og er mer kompatibel med kroppen.
2, De tre viktigste teknologiske fordelene ved å behandle kompliserte interiørstrukturer
1. Global dekning uten hull
Elektrolytisk polering kan fungere på steder der det ikke er nok plass fordi det ikke berører noe. Plasmaetsingsreaksjonskammeret som brukes i halvlederindustrien har titusenvis av mikroporer som er 0,5 mm i diameter og lange kanaler som er opptil 500 mm lange. For å utføre tradisjonell mekanisk polering, må du ta fra hverandre hulrommene og bruke spesialutstyr for å jobbe med hver del. Dette tar mye tid og er lett å bli skittent. Med et sirkulerende elektrolyttsystem kan elektrolytisk polering gjøres. Dette lar strømmen jevnt nå alle mikrostrukturoverflater og polere dem alle samtidig. En produsent av halvlederutstyr har levert praktiske data som viser at elektrolytisk polering kan senke overflateruheten inne i reaksjonskammeret fra Ra1,6 μm til Ra0,02 μm. Den kan også senke antallet metallpartikler til mindre enn 5 per kvadratcentimeter, noe som oppfyller renslighetsstandardene for 5nm prosessbrikker.
2. Å fikse mikroskopiske defekter og få ting til å fungere bedre
Under produksjonsprosessen vil komplekse indre strukturer sannsynligvis ha problemer som mikrosprekker og porøsitet. Elektrolytisk polering kan fortrinnsvis eliminere materialer fra defekte områder via en selektiv oppløsningsprosess. For eksempel har titanlegeringer for luftfart fortsatt mikrohull på 0,01–0,05 mm i de indre gjengene etter behandling med varm isostatisk pressing (HIP). Elektrolytisk polering gjør overflaten på trådene jevnere mens strømtettheten (20–30A/dm ²) justeres for gradvis å løse opp materialet ved kantene av mikroporene, noe som bidrar til å lukke porene. Etter å ha blitt behandlet økte festenes utmattingsstyrke med 35 %, og deres korrosjonsmotstand oppfylte ASTM G48 standard klasse A.
3. Gruppebehandling og kutte kostnader
Elektrolytisk polering er en langt mer effektiv måte å polere et stort antall komplekse deler på. For eksempel har drivstoffinjektoren i bilens drivstoffinnsprøytningssystem dusinvis av injeksjonshull med en diameter på 0,2 mm og kompliserte strømningsveier inni. Det tar mer enn 2 timer å polere et enkelt stykke metall ved hjelp av tradisjonell mekanisk polering, og det må klemmes og plasseres flere ganger. Elektrolytisk polering bruker spesialutstyr og kan polere 50 til 100 bensininjektorer samtidig. Dette reduserer behandlingstiden for en enkelt gjenstand ned til 8 minutter og sørger for at overflateruheten er den samme hver gang, i motsetning til mekanisk polering. I følge data fra et bestemt selskap som lager bildeler, har elektrolytisk polering økt utbyttegraden til drivstoffinjektorer fra 82 % til 98 %, noe som sparer selskapet for mer enn 2 millioner yuan i året i omarbeidingsutgifter.
3, Eksempler og data fra industrien som støtter det
1. Feltet for medisinsk utstyr: gjør ortopediske implantater mer biokompatible
Den indre porøsitetsstrukturen til kunstige leddproteser må tilfredsstille proliferasjonskravene til osteocytter samtidig som den hemmer bakteriell adhesjon. Ved å justere mengden av fosforsyre og svovelsyre nøye i den blandede elektrolytten (65–75 % fosforsyre og 10–15 % svovelsyre), kan elektrolytisk polering lage en passiveringsfilm som er jevnt tykk på porøse overflater. Eksperimentelle data fra et multinasjonalt medisinsk selskap viser at elektrolytisk polering gjør hofteleddsproteser i titanlegering jevnere, med indre porer som går fra Ra2,5 μm til Ra0,3 μm, en 92 % reduksjon i bakteriell adhesjon og en reduksjon i postoperativ infeksjonsrate fra 1,2 % til 0,15 %.
2. Luftfartsfelt: Forbedring av varmemotstanden til turbinblader
Den indre kjølekanaldiameteren til turbinbladene til flymotorer er bare 0,8 mm, og tradisjonell mekanisk polering kan lett endre formen på kanalen, noe som gjør kjølingen mindre effektiv. Elektrolytisk polering bruker pulsstrømteknologi (30 % driftssyklus, frekvens 1kHz) for å gjøre overflaten jevnere uten å øke størrelsen på kanalen. Den kan gå fra Ra1,6 μm til Ra0,1 μm. En test utført av en viss flymotorprodusent indikerte at varmeoverføringskoeffisienten til de behandlede bladenes indre kjølekanaler gikk opp med 18 % ved en høy temperatur på 1200 grader. Motorens totale effektivitet gikk opp med 2,3 %.
4, Problemer og løsninger i teknologi
Elektrolytisk polering har mange fordeler når det gjelder å jobbe med kompliserte interiørstrukturer, men det har fortsatt to store problemer å håndtere:
Kontrollere homogeniteten til elektrolytten: Strukturer som dype blinde hull kan gjøre at elektrolytten flyter dårlig, noe som kan føre til variasjoner i konsentrasjon i forskjellige områder. Svaret er å bruke ultralyd-assistert omrøring, lage unike sirkulasjonssystemer og lage nye elektrolytter med lav viskositet og høy ledningsevne (for eksempel ved å tilsette etylenglykol for å få væsken til å flyte bedre).
Nøyaktig kontroll av strømtetthet: Formen på arbeidsstykket kan lett endre strømtetthetsfordelingen av strukturer på mikrometernivå. Ved å lage en digital tvillingmodell og bruke finite element-analyse (FEA) for å simulere strømfeltfordelingen, kan katodedesignet (som å bruke 3D-trykte formkatoder) og prosessparametere (som bruk av gradientstrømtetthetsteknologi) forbedres for å få jevn polering av komplekse strukturer.