Lustruirea electrolitică este potrivită pentru structuri interne complexe?

一, Ideea principală din spatele lustruirii electrolitice este un dispozitiv de nivelare care nu atinge nimic.
Dizolvarea anodică este ceea ce face ca lustruirea electrolitică să funcționeze. Cheia succesului său este diferența de distribuție a densității curente. Ca anod, piesa de prelucrat este scufundată în electrolit. Microproeminențele de pe suprafață se dizolvă mai întâi pentru că densitatea de curent este mai mare, în timp ce depresiunile se dizolvă mai lent deoarece densitatea de curent este mai mică. „Teoria mucoasei” este ideea principală din spatele acestui proces. Se spune că ionii de fosfat din electrolit formează o peliculă groasă de fosfat cu ioni metalici dizolvați. Pelicula este mai subțire la proeminențe și se dizolvă mai repede, iar în depresiune este mai groasă și se dizolvă mai lent. Mișcarea dinamică a mucoasei continuă să niveleze micro rugozitatea suprafeței, ceea ce o face în cele din urmă netedă ca o oglindă.
De exemplu, structura interioară de plasă a unui stent cardiovascular din oțel inoxidabil 316L are o lățime de numai 0,1 mm, iar lustruirea mecanică tradițională poate provoca cu ușurință ruperea sau distorsionarea plasei. Lustruirea electrolitică poate face ca suprafața rețelei interne să fie mai puțin aspră, controlând cu mare atenție densitatea curentului (15–50A/dm²) și temperatura electrolitului (60–70 grade). Poate scădea rugozitatea de la Ra3,2 μm la Ra0,05 μm sau mai mică fără a modifica dimensiunea stentului. De asemenea, scapă de orice tensiuni reziduale care au fost cauzate de prelucrarea mecanică, ceea ce face ca stentul să dureze mai mult și să fie mai compatibil cu corpul.
2, Cele trei beneficii tehnologice principale ale procesării structurilor interioare complicate
1. Acoperire globală fără lacune
Lustruirea electrolitică poate funcționa în locuri unde nu este suficient spațiu pentru că nu atinge nimic. Camera de reacție de gravare cu plasmă utilizată în industria semiconductoarelor are zeci de mii de micropori cu diametrul de 0,5 mm și canale lungi de până la 500 mm lungime. Pentru a face lustruirea mecanică tradițională, trebuie să demontați cavitățile și să utilizați echipamente speciale pentru a lucra pe fiecare parte. Acest lucru necesită mult timp și este ușor de murdar. Cu un sistem electrolitic circulant se poate face lustruire electrolitica. Acest lucru permite curentului să ajungă uniform pe toate suprafețele microstructurii și să le lustruiască pe toate în același timp. Un producător de echipamente semiconductoare a furnizat date practice care arată că lustruirea electrolitică poate reduce rugozitatea suprafeței din interiorul camerei de reacție de la Ra1,6 μm la Ra0,02 μm. De asemenea, poate reduce numărul de particule de metal la mai puțin de 5 pe centimetru pătrat, ceea ce îndeplinește standardele de curățenie pentru cipurile de proces de 5 nm.
2. Remedierea defectelor microscopice și a face lucrurile să funcționeze mai bine
În timpul procesului de producție, structurile interioare complexe sunt susceptibile de a avea probleme precum microfisurile și porozitatea. Lustruirea electrolitică poate elimina de preferință materialele din regiunile defecte printr-un proces de dizolvare selectivă. De exemplu, elementele de fixare pentru aviație din aliaj de titan au încă microgăuri de 0,01–0,05 mm în filetele interne după tratamentul prin presare izostatică la cald (HIP). Lustruirea electrolitică face suprafața firelor mai netedă, în timp ce ajustează densitatea curentului (20–30A/dm²) pentru a dizolva progresiv materialul de la marginile microporilor, ceea ce ajută la închiderea porilor. După procesare, rezistența la oboseală a elementelor de fixare a crescut cu 35%, iar rezistența la coroziune a îndeplinit standardul ASTM G48 grad A.
3. Procesarea grupului și reducerea costurilor
Lustruirea electrolitică este o modalitate mult mai eficientă de a lustrui un număr mare de piese complexe. De exemplu, injectorul de combustibil din sistemul de injecție al unei mașini are zeci de găuri de injecție cu diametrul de 0,2 mm și căi de curgere complicate în interior. Este nevoie de mai mult de 2 ore pentru a lustrui o singură bucată de metal folosind lustruirea mecanică tradițională și trebuie să fie prinsă și poziționată de mai multe ori. Lustruirea electrolitică folosește echipamente speciale și poate lustrui 50 până la 100 de injectoare de benzină simultan. Acest lucru reduce timpul de procesare pentru un singur articol la 8 minute și se asigură că rugozitatea suprafeței este aceeași de fiecare dată, spre deosebire de lustruirea mecanică. Conform datelor unei anumite companii care produce piese auto, lustruirea electrolitică a crescut rata de randament a injectoarelor de combustibil de la 82% la 98%, ceea ce economisește compania cu peste 2 milioane de yuani pe an în cheltuieli de reprelucrare.
3, Exemple și date din industria care o susțin
1. Domeniul dispozitivelor medicale: realizarea implanturilor ortopedice mai biocompatibile
Structura de porozitate interioară a protezelor articulare artificiale trebuie să satisfacă cerințele de proliferare ale osteocitelor inhibând în același timp aderența bacteriană. Prin ajustarea cu atenție a cantității de acid fosforic și acid sulfuric din electrolit amestecat (65–75% acid fosforic și 10–15% acid sulfuric), lustruirea electrolitică poate face o peliculă de pasivare care este uniform groasă pe suprafețele poroase. Datele experimentale de la o companie medicală multinațională arată că lustruirea electrolitică face protezele articulației șoldului din aliaj de titan mai fine, cu porii interni mergând de la Ra2,5 μm la Ra0,3 μm, o scădere cu 92% a aderenței bacteriene și o scădere a ratei infecțiilor postoperatorii de la 1,2% la 0,15%.
2. Domeniul aerospațial: Îmbunătățirea rezistenței la căldură a palelor turbinei
Diametrul canalului de răcire intern al palelor turbinei motorului de aeronave este de numai 0,8 mm, iar lustruirea mecanică tradițională poate schimba cu ușurință forma canalului, ceea ce face răcirea mai puțin eficientă. Lustruirea electrolitică folosește tehnologia cu curent de impuls (ciclu de lucru 30%, frecvență 1kHz) pentru a face suprafața mai netedă, fără a crește dimensiunea canalului. Poate merge de la Ra1,6 μm la Ra0,1 μm. Un test efectuat de un anumit producător de motoare de aeronave a indicat că coeficientul de transfer de căldură al canalelor de răcire interioare ale palelor tratate a crescut cu 18% la o temperatură ridicată de 1200 de grade. Eficiența generală a motorului a crescut cu 2,3%.
4, Probleme și soluții în tehnologie
Lustruirea electrolitică are o mulțime de beneficii atunci când vine vorba de lucrul cu structuri interioare complicate, dar are încă două mari probleme de rezolvat:
Controlul omogenității electrolitului: Structurile precum găurile oarbe adânci pot face ca electrolitul să curgă slab, ceea ce poate duce la variații ale concentrației în diferite zone. Răspunsul este să folosiți agitarea-asistată cu ultrasunete, să faceți sisteme de circulație unice și să faceți noi electroliți cu vâscozitate scăzută și conductivitate ridicată (de exemplu, adăugarea de etilenglicol pentru a face fluidul mai bun).
Controlul precis al densității curentului: forma piesei de prelucrat poate modifica cu ușurință distribuția densității curente a structurilor la nivelul micrometrului. Prin realizarea unui model digital geamăn și folosind analiza cu elemente finite (FEA) pentru a simula distribuția curentă a câmpului, designul catodului (cum ar fi utilizarea catozilor tipăriți 3D) și parametrii procesului (cum ar fi utilizarea tehnologiei de densitate a curentului în gradient) pot fi îmbunătățiți pentru a obține o lustruire uniformă a structurilor complexe.