Kas elektrolüütiline poleerimine sobib keeruliste sisestruktuuride jaoks?

一, Elektrolüütilise poleerimise põhiidee on tasandusseade, mis ei puuduta midagi.
Anoodne lahustumine paneb elektrolüütilise poleerimise tööle. Selle edu võti on erinevus voolutiheduse jaotuses. Anoodina on toorik sukeldatud elektrolüüti. Pinnal olevad mikroeendid lahustuvad kõigepealt, kuna voolutihedus on suurem, lohud aga aeglasemalt, kuna voolutihedus on väiksem. "Limaskesta teooria" on selle protsessi peamine idee. See ütleb, et elektrolüüdis olevad fosfaadiioonid moodustavad lahustunud metalliioonidega paksu fosfaatkile. Kile on eenditest õhem ja lahustub kiiremini ning süvendis on see paksem ja lahustub aeglasemalt. Limaskesta dünaamiline liikumine ühtlustab pidevalt pinna mikrokaredust, mis muudab selle lõpuks peegli kombel siledaks.
Näiteks 316-liitrise roostevabast terasest kardiovaskulaarse stendi sisemise võrgustruktuur on vaid 0,1 mm lai ja traditsiooniline mehaaniline poleerimine võib kergesti põhjustada võrgu purunemise või moondumise. Elektrolüütiline poleerimine võib muuta sisevõrgu pinna vähem karedamaks, reguleerides väga hoolikalt voolutihedust (15–50 A/dm²) ja elektrolüüdi temperatuuri (60–70 kraadi). See võib vähendada karedust Ra3,2 μm-lt Ra0,05 μm-ni või madalamale ilma stendi suurust muutmata. Samuti vabaneb see mehaanilisest töötlemisest põhjustatud jääkpingetest, mis muudab stendi kauem kestvaks ja kehaga paremini kokkusobivaks.
2, keeruliste sisestruktuuride töötlemise kolm peamist tehnoloogilist eelist
1. Globaalne katvus ilma lünkadeta
Elektrolüütiline poleerimine võib toimida kohtades, kus pole piisavalt ruumi, kuna see ei puuduta midagi. Pooljuhtide tööstuses kasutatavas plasmasöövitamise reaktsioonikambris on kümneid tuhandeid mikropoore, mille läbimõõt on 0,5 mm, ja pikad kanalid, mille pikkus on kuni 500 mm. Traditsioonilise mehaanilise poleerimise tegemiseks tuleb õõnsused lahti võtta ja kasutada iga detaili töötlemiseks spetsiaalset varustust. See võtab palju aega ja seda on lihtne määrduda. Tsirkuleeriva elektrolüüdisüsteemiga saab teha elektrolüütilist poleerimist. See võimaldab voolul ühtlaselt jõuda kõikidele mikrostruktuuri pindadele ja neid kõiki korraga poleerida. Pooljuhtseadmete tootja on esitanud praktilisi andmeid, mis näitavad, et elektrolüütiline poleerimine võib alandada reaktsioonikambri pinna karedust Ra1,6 μm-lt Ra0,02 μm-ni. Samuti võib see vähendada metalliosakeste arvu alla 5 ruutsentimeetri kohta, mis vastab 5 nm protsessikiipide puhtusstandarditele.
2. Mikroskoopiliste defektide parandamine ja asjade paremaks muutmine
Tootmisprotsessi käigus tekivad keerukates sisestruktuurides tõenäoliselt probleeme, näiteks mikropraod ja poorsus. Elektrolüütiline poleerimine võib eelistatavalt eemaldada materjalid defektsetest piirkondadest selektiivse lahustamisprotsessi kaudu. Näiteks on titaanisulamist lennukikinnituste sisekeermes pärast kuumisostaatpressimist (HIP) endiselt mikroavad 0,01–0,05 mm. Elektrolüütiline poleerimine muudab keermete pinna siledamaks, reguleerides samal ajal voolutihedust (20–30 A/dm²), et materjal järk-järgult lahustada mikropooride servades, mis aitab poore sulgeda. Pärast töötlemist tõusis kinnitusdetailide väsimustugevus 35% ja nende korrosioonikindlus vastas ASTM G48 standardi klassile A.
3. Grupi töötlemine ja kulude kärpimine
Elektrolüütiline poleerimine on palju tõhusam viis suure hulga keerukate detailide poleerimiseks. Näiteks auto kütuse sissepritsesüsteemi kütusepihustis on kümneid 0,2 mm läbimõõduga sissepritseavasid ja sees keerulised vooluteed. Ühe metallitüki poleerimiseks traditsioonilise mehaanilise poleerimisega kulub rohkem kui 2 tundi ning seda tuleb mitu korda kinnitada ja asetada. Elektrolüütiline poleerimine kasutab spetsiaalseid seadmeid ja sellega saab poleerida korraga 50–100 bensiinipihustit. See vähendab ühe eseme töötlemisaega 8 minutini ja tagab, et erinevalt mehaanilisest poleerimisest on pinna karedus iga kord sama. Teatud autoosi tootva ettevõtte andmetel on elektrolüütiline poleerimine tõstnud kütusepihustite tootlikkuse määra 82%-lt 98%-le, mis säästab ettevõttel aastas üle 2 miljoni jüaani ümbertöötamiskuludelt.
3, Näited ja andmed seda toetavast tööstusest
1. Meditsiiniseadmete valdkond: ortopeediliste implantaatide bioühilduvamaks muutmine
Kunstlike liigeseproteeside sisemine poorsusstruktuur peab vastama osteotsüütide proliferatsiooninõuetele, pärssides samas bakterite adhesiooni. Reguleerides hoolikalt segatud elektrolüüdis oleva fosforhappe ja väävelhappe kogust (65–75% fosforhapet ja 10–15% väävelhapet), saab elektrolüütilise poleerimisega teha poorsetele pindadele ühtlaselt paksu passiivse kile. Rahvusvahelise meditsiiniettevõtte katseandmed näitavad, et elektrolüütiline poleerimine muudab titaanisulamist puusaliigese proteesid siledamaks, sisepoorid ulatuvad Ra2,5 μm-lt Ra0,3 μm-ni, bakterite adhesioon väheneb 92% ja postoperatiivsete infektsioonide määr väheneb 1,2%lt 0,15-le.
2. Lennundusvaldkond: turbiinilabade kuumakindluse parandamine
Lennuki mootori turbiinilabade sisemine jahutuskanali läbimõõt on vaid 0,8 mm ja traditsiooniline mehaaniline poleerimine võib kergesti muuta kanali kuju, mis muudab jahutuse vähem tõhusaks. Elektrolüütiline poleerimine kasutab impulssvoolu tehnoloogiat (30% töötsükkel, sagedus 1kHz), et muuta pind siledamaks ilma kanali suurust suurendamata. See võib ulatuda Ra1,6 μm-st kuni Ra0,1 μm-ni. Teatud lennukimootori tootja tehtud katse näitas, et töödeldud labade sisemiste jahutuskanalite soojusülekandetegur tõusis kõrgel temperatuuril 1200 kraadi 18%. Mootori üldine kasutegur tõusis 2,3%.
4, Probleemid ja lahendused tehnoloogias
Elektrolüütilisel poleerimisel on keeruliste sisekonstruktsioonidega töötamisel palju eeliseid, kuid sellel on siiski kaks suurt probleemi, millega tuleb toime tulla:
Elektrolüüdi homogeensuse kontrollimine: sellised struktuurid nagu sügavad pimeaugud võivad muuta elektrolüüdi halvasti voolavaks, mis võib põhjustada kontsentratsiooni erinevusi erinevates piirkondades. Vastus on kasutada ultraheli{1}}segamist, luua ainulaadseid tsirkulatsioonisüsteeme ja valmistada uusi madala viskoossuse ja kõrge juhtivusega elektrolüüte (näiteks etüleenglükooli lisamine vedeliku paremaks voolamiseks).
Voolutiheduse täpne juhtimine: tooriku kuju võib kergesti muuta struktuuride voolutiheduse jaotust mikromeetri tasemel. Tehes digitaalse kaksikmudeli ja kasutades vooluvälja jaotuse simuleerimiseks lõplike elementide analüüsi (FEA), saab keerukate struktuuride ühtlaseks poleerimiseks parandada katoodi disaini (nagu 3D-prinditud kujuga katoodide kasutamine) ja protsessi parameetreid (nt gradientvoolutiheduse tehnoloogia kasutamine).