El poliment electrolític és adequat per a estructures internes complexes?

一, La idea principal darrere del polit electrolític és un dispositiu d'anivellament que no toqui res.
La dissolució anòdica és el que fa que funcioni el poliment electrolític. La clau del seu èxit és la diferència en la distribució de la densitat actual. Com a ànode, la peça de treball està submergida en electròlit. Les microprotruccions de la superfície es dissolen primer perquè la densitat de corrent és més alta, mentre que les depressions es dissolen més lentament perquè la densitat de corrent és menor. La "teoria de la mucosa" és la idea principal d'aquest procés. Diu que els ions fosfat de l'electròlit formen una pel·lícula de fosfat gruixuda amb ions metàl·lics dissolts. La pel·lícula és més fina a les protuberències i es dissol més ràpidament, i és més gruixuda a la depressió i es dissol més lentament. El moviment dinàmic de la mucosa segueix anivellant la micro rugositat de la superfície, que finalment la fa suau com un mirall.
Per exemple, l'estructura de malla interior d'un stent cardiovascular d'acer inoxidable 316L només fa 0,1 mm d'ample i el poliment mecànic tradicional pot fer que la malla es trenqui o es distorsioni fàcilment. El poliment electrolític pot fer que la superfície de la malla interna sigui menys rugosa controlant la densitat de corrent (15–50 A/dm²) i la temperatura de l'electròlit (60–70 graus) amb molta cura. Pot reduir la rugositat de Ra3,2 μm a Ra0,05 μm o inferior sense canviar la mida de l'stent. També elimina les tensions residuals causades pel processament mecànic, la qual cosa fa que l'stent duri més i sigui més compatible amb el cos.
2, els tres avantatges tecnològics principals del processament d'estructures interiors complicades
1. Cobertura global sense llacunes
El poliment electrolític pot funcionar en llocs on no hi ha prou espai perquè no toca res. La cambra de reacció de gravat per plasma utilitzada a la indústria dels semiconductors té desenes de milers de microporus de 0,5 mm de diàmetre i canals llargs de fins a 500 mm de llarg. Per fer un polit mecànic tradicional, cal desmuntar les cavitats i utilitzar un equip especial per treballar cada peça. Això requereix molt de temps i és fàcil d'embrutar. Amb un sistema d'electròlit circulant, es pot fer un polit electrolític. Això permet que el corrent arribi uniformement a totes les superfícies de la microestructura i les poliu totes alhora. Un fabricant d'equips de semiconductors ha proporcionat dades pràctiques que mostren que el poliment electrolític pot reduir la rugositat de la superfície dins de la cambra de reacció de Ra1,6 μm a Ra0,02 μm. També pot reduir el nombre de partícules metàl·liques a menys de 5 per centímetre quadrat, cosa que compleix els estàndards de neteja dels xips de procés de 5 nm.
2. Arreglar defectes microscòpics i fer que les coses funcionin millor
Durant el procés de producció, és probable que les estructures interiors complexes tinguin problemes com microesquerdes i porositat. El poliment electrolític pot eliminar preferentment materials de regions defectuoses mitjançant un procés de dissolució selectiva. Per exemple, els elements de fixació d'aviació d'aliatge de titani encara tenen microforats de 0,01 a 0,05 mm als fils interns després del tractament de premsa isostàtica en calent (HIP). El poliment electrolític fa que la superfície dels fils sigui més suau mentre s'ajusta la densitat de corrent (20–30 A/dm²) per dissoldre progressivament el material a les vores dels microporus, cosa que ajuda a tancar els porus. Després de processar-se, la resistència a la fatiga dels elements de fixació va augmentar un 35% i la seva resistència a la corrosió va complir amb la norma ASTM G48 de grau A.
3. Processament grupal i reducció de costos
El poliment electrolític és una manera molt més eficient de polir un gran nombre de peces complexes. Per exemple, l'injector de combustible del sistema d'injecció de combustible d'un cotxe té desenes de forats d'injecció de 0,2 mm de diàmetre i vies de flux complicades a l'interior. Es triguen més de 2 hores a polir una sola peça de metall mitjançant el polit mecànic tradicional, i s'ha de subjectar i col·locar diverses vegades. El poliment electrolític utilitza equips especials i pot polir de 50 a 100 injectors de gasolina alhora. Això redueix el temps de processament d'un únic article fins a 8 minuts i s'assegura que la rugositat superficial sigui la mateixa cada vegada, a diferència del polit mecànic. Segons dades d'una determinada empresa que fabrica peces d'automòbil, el poliment electrolític ha augmentat la taxa de rendiment dels injectors de combustible del 82% al 98%, la qual cosa estalvia a l'empresa més de 2 milions de iuans a l'any en despeses de reelaboració.
3, Exemples i dades de la indústria que ho donen suport
1. Àmbit dels dispositius mèdics: fer més biocompatibles els implants ortopèdics
L'estructura de porositat interior de les pròtesis articulars artificials ha de satisfer els requisits de proliferació dels osteòcits alhora que inhibeix l'adhesió bacteriana. Ajustant acuradament la quantitat d'àcid fosfòric i àcid sulfúric a l'electròlit mixt (65-75% àcid fosfòric i 10-15% àcid sulfúric), el poliment electrolític pot fer una pel·lícula de passivació que sigui uniformement gruixuda a les superfícies poroses. Les dades experimentals d'una empresa mèdica multinacional mostren que el poliment electrolític fa que les pròtesis d'articulació de maluc d'aliatge de titani siguin més suaus, amb porus interns que van de Ra2,5 μm a Ra0,3 μm, una disminució del 92% de l'adhesió bacteriana i una disminució de la taxa d'infecció postoperatòria de l'1,2% al 0,15%.
2. Camp aeroespacial: Millora de la resistència a la calor de les pales de les turbines
El diàmetre intern del canal de refrigeració de les pales de la turbina del motor d'avions és de només 0,8 mm i el poliment mecànic tradicional pot canviar fàcilment la forma del canal, cosa que fa que el refredament sigui menys efectiu. El poliment electrolític utilitza tecnologia de corrent de pols (cicle de treball del 30%, freqüència 1 kHz) per fer que la superfície sigui més llisa sense augmentar la mida del canal. Pot anar de Ra1,6 μm a Ra0,1 μm. Una prova realitzada per un determinat fabricant de motors d'avions va indicar que el coeficient de transferència de calor dels canals de refrigeració interiors de les pales tractades va augmentar un 18% a una temperatura elevada de 1200 graus. L'eficiència global del motor va augmentar un 2,3%.
4, Problemes i solucions en tecnologia
El poliment electrolític té molts avantatges a l'hora de treballar amb estructures interiors complicades, però encara té dos grans problemes per tractar:
Control de l'homogeneïtat de l'electròlit: estructures com els forats cecs profunds poden fer que l'electròlit flueixi malament, cosa que pot provocar variacions de concentració en diferents àrees. La resposta és utilitzar l'agitació assistida per ultrasons-, fer sistemes de circulació únics i fer nous electròlits amb baixa viscositat i alta conductivitat (per exemple, afegint etilenglicol per millorar el flux del fluid).
Control precís de la densitat de corrent: la forma de la peça de treball pot canviar fàcilment la distribució de la densitat actual de les estructures a nivell micròmetre. Mitjançant un model digital de bessons i utilitzant l'anàlisi d'elements finits (FEA) per simular la distribució actual del camp, es pot millorar el disseny del càtode (com utilitzar càtodes impresos en 3D) i els paràmetres del procés (com l'ús de la tecnologia de densitat de corrent de gradient) per aconseguir un poliment uniforme d'estructures complexes.