Är elektrolytisk polering lämplig för komplexa inre strukturer?

一, Huvudidén bakom elektrolytisk polering är en utjämningsanordning som inte rör någonting.
Anodupplösning är det som gör att elektrolytisk polering fungerar. Nyckeln till dess framgång är skillnaden i strömdensitetsfördelning. Som en anod är arbetsstycket nedsänkt i elektrolyt. Mikroutsprången på ytan löser sig först eftersom strömtätheten är högre, medan fördjupningarna löses upp långsammare eftersom strömtätheten är lägre. "Slemhinneteorin" är huvudtanken bakom denna process. Det står att fosfatjoner i elektrolyten bildar en tjock fosfatfilm med lösta metalljoner. Filmen är tunnare vid utsprången och löses upp snabbare, och den är tjockare i fördjupningen och löses upp långsammare. Den dynamiska rörelsen av slemhinnan jämnar ut ytans mikroråhet, vilket så småningom gör den slät som en spegel.
Till exempel är den inre nätstrukturen hos en 316L kardiovaskulär stent i rostfritt stål endast 0,1 mm bred, och traditionell mekanisk polering kan lätt få nätet att gå sönder eller förvrängas. Elektrolytisk polering kan göra ytan på det inre nätet mindre grov genom att kontrollera strömtätheten (15–50A/dm²) och elektrolyttemperaturen (60–70 grader) mycket noggrant. Den kan sänka grovheten från Ra3,2 μm till Ra0,05 μm eller lägre utan att ändra storleken på stenten. Den tar också bort eventuella restspänningar som orsakats av mekanisk bearbetning, vilket gör att stenten håller längre och blir mer kompatibel med kroppen.
2, De tre huvudsakliga tekniska fördelarna med att bearbeta komplicerade interiörstrukturer
1. Global täckning utan luckor
Elektrolytisk polering kan fungera på platser där det inte finns tillräckligt med utrymme eftersom det inte rör någonting. Plasmaetsningsreaktionskammaren som används i halvledarindustrin har tiotusentals mikroporer som är 0,5 mm i diameter och långa kanaler som är upp till 500 mm långa. För att göra traditionell mekanisk polering måste du ta isär hålrummen och använda specialutrustning för att arbeta med varje del. Detta tar mycket tid och är lätt att bli smutsigt. Med ett cirkulerande elektrolytsystem kan elektrolytisk polering göras. Detta låter strömmen jämnt nå alla mikrostrukturytor och polera dem alla samtidigt. En tillverkare av halvledarutrustning har tillhandahållit praktiska data som visar att elektrolytisk polering kan sänka ytråheten inuti reaktionskammaren från Ra1,6 μm till Ra0,02 μm. Det kan också sänka antalet metallpartiklar till mindre än 5 per kvadratcentimeter, vilket uppfyller renhetsstandarderna för 5nm processchips.
2. Åtgärda mikroskopiska defekter och få saker att fungera bättre
Under produktionsprocessen kommer komplexa inre strukturer sannolikt att ha problem som mikrosprickor och porositet. Elektrolytisk polering kan företrädesvis eliminera material från defekta områden via en selektiv upplösningsprocess. Till exempel har flygfästen i titanlegering fortfarande mikrohål på 0,01–0,05 mm i de inre gängorna efter behandling med varm isostatisk pressning (HIP). Elektrolytisk polering gör trådarnas yta slätare samtidigt som strömtätheten (20–30A/dm²) justeras för att successivt lösa upp materialet vid kanterna på mikroporerna, vilket hjälper till att stänga porerna. Efter att ha bearbetats ökade fästelementens utmattningshållfasthet med 35 % och deras korrosionsbeständighet uppfyllde ASTM G48 standardklass A.
3. Gruppbearbetning och sänka kostnader
Elektrolytisk polering är ett mycket effektivare sätt att polera ett stort antal komplexa bitar. Till exempel har bränsleinsprutaren i en bils bränsleinsprutningssystem dussintals insprutningshål med diametern 0,2 mm och komplicerade flödesvägar inuti. Det tar mer än 2 timmar att polera en enda metallbit med traditionell mekanisk polering, och den måste klämmas fast och placeras flera gånger. Elektrolytisk polering använder specialutrustning och kan polera 50 till 100 bensininjektorer på en gång. Detta minskar bearbetningstiden för ett enstaka föremål ner till 8 minuter och säkerställer att ytråheten är densamma varje gång, till skillnad från mekanisk polering. Enligt uppgifter från ett visst företag som tillverkar bildelar har elektrolytisk polering höjt utbytet av bränsleinsprutare från 82 % till 98 %, vilket sparar företaget mer än 2 miljoner yuan per år i omarbetningskostnader.
3, Exempel och data från branschen som stöder det
1. Område för medicinsk utrustning: göra ortopediska implantat mer biokompatibla
Den inre porositetsstrukturen hos konstgjorda ledproteser måste tillfredsställa proliferationskraven för osteocyter samtidigt som den inhiberar bakteriell vidhäftning. Genom att noggrant justera mängden fosforsyra och svavelsyra i den blandade elektrolyten (65–75 % fosforsyra och 10–15 % svavelsyra) kan elektrolytisk polering göra en passiveringsfilm som är jämnt tjock på porösa ytor. Experimentella data från ett multinationellt medicinskt företag visar att elektrolytisk polering gör höftledsproteser av titanlegering mjukare, med inre porer som går från Ra2,5 μm till Ra0,3 μm, en 92% minskning av bakteriell vidhäftning och en minskning av postoperativ infektionsfrekvens från 1,2% till 0,15%.
2. Flygfält: Förbättring av värmebeständigheten hos turbinblad
Den interna kylkanalens diameter på turbinbladen för flygplansmotorer är endast 0,8 mm, och traditionell mekanisk polering kan lätt ändra formen på kanalen, vilket gör kylningen mindre effektiv. Elektrolytisk polering använder pulsströmsteknologi (30% arbetscykel, frekvens 1kHz) för att göra ytan slätare utan att öka storleken på kanalen. Den kan gå från Ra1,6 μm till Ra0,1 μm. Ett test gjort av en viss flygplansmotortillverkare visade att värmeöverföringskoefficienten för de behandlade bladens inre kylkanaler ökade med 18 % vid en hög temperatur på 1200 grader. Motorns totala verkningsgrad ökade med 2,3 %.
4, Problem och lösningar inom teknik
Elektrolytisk polering har många fördelar när det gäller att arbeta med komplicerade inredningskonstruktioner, men det har fortfarande två stora problem att hantera:
Kontrollera elektrolytens homogenitet: Strukturer som djupa blinda hål kan göra att elektrolyten flyter dåligt, vilket kan leda till koncentrationsvariationer i olika områden. Svaret är att använda ultraljuds-omrörning, skapa unika cirkulationssystem och göra nya elektrolyter med låg viskositet och hög ledningsförmåga (till exempel lägga till etylenglykol för att få vätskan att flyta bättre).
Noggrann kontroll av strömtätheten: Arbetsstyckets form kan lätt ändra strömtäthetsfördelningen av strukturer på mikrometernivå. Genom att göra en digital tvillingmodell och använda finita elementanalys (FEA) för att simulera strömfältsfördelningen, kan katoddesignen (som att använda 3D-printade formade katoder) och processparametrar (som att använda gradientströmdensitetsteknologi) förbättras för att få jämn polering av komplexa strukturer.