Подходящо ли е електролитното полиране за сложни вътрешни структури?

一, Основната идея зад електролитното полиране е нивелиращо устройство, което не докосва нищо.
Анодното разтваряне е това, което прави електролитното полиране работещо. Ключът към неговия успех е разликата в разпределението на плътността на тока. Като анод детайлът е потопен в електролит. Микро издатините на повърхността се разтварят първо, защото плътността на тока е по-висока, докато вдлъбнатините се разтварят по-бавно, защото плътността на тока е по-ниска. „Теорията за мукозата“ е основната идея зад този процес. Казва, че фосфатните йони в електролита образуват плътен фосфатен филм с разтворени метални йони. Филмът е по-тънък в издатините и се разтваря по-бързо, а във вдлъбнатината е по-дебел и се разтваря по-бавно. Динамичното движение на лигавицата продължава да изравнява микрограпавините на повърхността, което в крайна сметка я прави гладка като огледало.
Например вътрешната мрежеста структура на сърдечно-съдов стент от неръждаема стомана 316L е широка само 0,1 мм и традиционното механично полиране може лесно да причини счупване или изкривяване на мрежата. Електролитното полиране може да направи повърхността на вътрешната мрежа по-малко грапава чрез контролиране на плътността на тока (15–50A/dm²) и температурата на електролита (60–70 градуса) много внимателно. Може да намали грапавостта от Ra3,2 μm до Ra0,05 μm или по-ниско, без да променя размера на стента. Той също така премахва всички остатъчни напрежения, причинени от механична обработка, което прави стента по-дълъг и по-съвместим с тялото.
2, Трите основни технологични предимства от обработката на сложни вътрешни конструкции
1. Глобално покритие без пропуски
Електролитното полиране може да работи на места, където няма достатъчно място, защото не докосва нищо. Реакционната камера за плазмено ецване, използвана в полупроводниковата индустрия, има десетки хиляди микропори с диаметър 0,5 mm и дълги канали с дължина до 500 mm. За да направите традиционно механично полиране, трябва да разглобите кухините и да използвате специално оборудване, за да работите върху всяка част. Това отнема много време и лесно се замърсява. С циркулираща електролитна система може да се извърши електролитно полиране. Това позволява на тока да достигне равномерно до всички микроструктурни повърхности и да ги полира всички едновременно. Производител на полупроводниково оборудване предостави практически данни, показващи, че електролитното полиране може да намали грапавостта на повърхността вътре в реакционната камера от Ra1,6 μm до Ra0,02 μm. Той може също така да намали броя на металните частици до по-малко от 5 на квадратен сантиметър, което отговаря на стандартите за чистота за 5nm технологични чипове.
2. Коригиране на микроскопични дефекти и подобряване на работата на нещата
По време на производствения процес сложните вътрешни структури вероятно ще имат проблеми като микропукнатини и порьозност. Електролитното полиране може преференциално да елиминира материалите от дефектните области чрез процес на селективно разтваряне. Например, авиационни крепежни елементи от титаниева сплав все още имат микро отвори от 0,01–0,05 mm във вътрешните резби след обработка с горещо изостатично пресоване (HIP). Електролитното полиране прави повърхността на нишките по-гладка, като същевременно регулира плътността на тока (20–30A/dm²) за постепенно разтваряне на материала в краищата на микропорите, което спомага за затварянето на порите. След като бяха обработени, якостта на умора на крепежните елементи се повиши с 35%, а устойчивостта им на корозия отговаря на стандарта ASTM G48 клас А.
3. Групова обработка и намаляване на разходите
Електролитното полиране е много по-ефективен начин за полиране на огромен брой сложни части. Например, горивният инжектор в системата за впръскване на гориво на автомобила има десетки инжекционни отвори с диаметър 0,2 mm и сложни пътища на потока вътре. Отнема повече от 2 часа, за да се полира едно парче метал с помощта на традиционно механично полиране и трябва да се захване и позиционира няколко пъти. Електролитното полиране използва специално оборудване и може да полира от 50 до 100 бензинови инжектора наведнъж. Това намалява времето за обработка на един артикул до 8 минути и гарантира, че грапавостта на повърхността е една и съща всеки път, за разлика от механичното полиране. Според данни от определена компания, която произвежда автомобилни части, електролитното полиране е повишило коефициента на добив на горивните инжектори от 82% на 98%, което спестява на компанията повече от 2 милиона юана годишно за разходи за преработка.
3, Примери и данни от индустрията, които го подкрепят
1. Област на медицински изделия: правене на ортопедични импланти по-биосъвместими
Структурата на вътрешната порьозност на изкуствените ставни протези трябва да отговаря на изискванията за пролиферация на остеоцитите, като същевременно инхибира бактериалната адхезия. Чрез внимателно регулиране на количеството фосфорна киселина и сярна киселина в смесения електролит (65–75% фосфорна киселина и 10–15% сярна киселина), електролитното полиране може да създаде пасивиращ филм, който е равномерно дебел върху порести повърхности. Експериментални данни от мултинационална медицинска компания показват, че електролитното полиране прави протезите на тазобедрената става от титаниева сплав по-гладки, с вътрешни пори, преминаващи от Ra2,5 μm до Ra0,3 μm, 92% намаление на бактериалната адхезия и намаляване на степента на постоперативна инфекция от 1,2% до 0,15%.
2. Аерокосмическа област: Подобряване на устойчивостта на топлина на турбинните лопатки
Вътрешният диаметър на охлаждащия канал на лопатките на турбината на самолетния двигател е само 0,8 mm и традиционното механично полиране може лесно да промени формата на канала, което прави охлаждането по-малко ефективно. Електролитното полиране използва технология за импулсен ток (30% работен цикъл, честота 1kHz), за да направи повърхността по-гладка, без да увеличава размера на канала. Може да варира от Ra1,6 μm до Ra0,1 μm. Тест, направен от определен производител на самолетни двигатели, показва, че коефициентът на топлопреминаване на вътрешните охлаждащи канали на обработените лопатки се е повишил с 18% при висока температура от 1200 градуса. Общата ефективност на двигателя се повишава с 2,3%.
4, Проблеми и решения в технологиите
Електролитното полиране има много предимства, когато става въпрос за работа със сложни вътрешни структури, но все още има два големи проблема, с които трябва да се справи:
Контрол на хомогенността на електролита: Структури като дълбоки слепи дупки могат да направят електролита слаб, което може да доведе до отклонения в концентрацията в различни области. Отговорът е да се използва ултразвуково-подпомогнато разбъркване, да се направят уникални циркулационни системи и да се направят нови електролити с нисък вискозитет и висока проводимост (например добавяне на етиленгликол, за да се подобри потокът на течността).
Точен контрол на плътността на тока: Формата на детайла може лесно да промени разпределението на плътността на тока на структурите на ниво микрометър. Чрез създаване на цифров двоен модел и използване на анализ на крайните елементи (FEA) за симулиране на разпределението на текущото поле, катодният дизайн (като използване на 3D отпечатани оформени катоди) и параметрите на процеса (като използване на градиентна технология за плътност на тока) могат да бъдат подобрени, за да се получи равномерно полиране на сложни структури.