Είναι το ηλεκτρολυτικό γυάλισμα κατάλληλο για πολύπλοκες εσωτερικές δομές;

一, Η κύρια ιδέα πίσω από το ηλεκτρολυτικό γυάλισμα είναι μια συσκευή ισοπέδωσης που δεν αγγίζει τίποτα.
Η ανοδική διάλυση είναι αυτή που κάνει την ηλεκτρολυτική στίλβωση να λειτουργεί. Το κλειδί της επιτυχίας του είναι η διαφορά στην κατανομή πυκνότητας ρεύματος. Ως άνοδος, το τεμάχιο εργασίας βυθίζεται σε ηλεκτρολύτη. Οι μικροπροεξοχές στην επιφάνεια διαλύονται πρώτα επειδή η πυκνότητα του ρεύματος είναι μεγαλύτερη, ενώ οι κοιλότητες διαλύονται πιο αργά επειδή η πυκνότητα ρεύματος είναι μικρότερη. Η «θεωρία του βλεννογόνου» είναι η κύρια ιδέα πίσω από αυτή τη διαδικασία. Λέει ότι τα φωσφορικά ιόντα στον ηλεκτρολύτη σχηματίζουν ένα παχύ φιλμ φωσφορικού με διαλυμένα μεταλλικά ιόντα. Η μεμβράνη είναι πιο λεπτή στις προεξοχές και διαλύεται πιο γρήγορα, και είναι πιο παχύρρευστη στην κοιλότητα και διαλύεται πιο αργά. Η δυναμική κίνηση του βλεννογόνου συνεχίζει να ισοπεδώνει τη μικρο τραχύτητα της επιφάνειας, η οποία τελικά την κάνει λεία σαν καθρέφτης.
Για παράδειγμα, η εσωτερική δομή πλέγματος ενός καρδιαγγειακού stent από ανοξείδωτο χάλυβα 316L έχει πλάτος μόνο 0,1 mm και η παραδοσιακή μηχανική στίλβωση μπορεί εύκολα να προκαλέσει σπάσιμο ή παραμόρφωση του πλέγματος. Η ηλεκτρολυτική στίλβωση μπορεί να κάνει την επιφάνεια του εσωτερικού πλέγματος λιγότερο τραχιά ελέγχοντας πολύ προσεκτικά την πυκνότητα ρεύματος (15–50A/dm²) και τη θερμοκρασία του ηλεκτρολύτη (60–70 μοίρες). Μπορεί να μειώσει την τραχύτητα από Ra3,2 μm σε Ra0,05 μm ή χαμηλότερη χωρίς να αλλάξει το μέγεθος του στεντ. Απαλλάσσει επίσης από τυχόν υπολειμματικές καταπονήσεις που προκλήθηκαν από μηχανική επεξεργασία, γεγονός που κάνει το stent να διαρκεί περισσότερο και να είναι πιο συμβατό με το σώμα.
2, Τα τρία κύρια τεχνολογικά οφέλη της επεξεργασίας πολύπλοκων εσωτερικών κατασκευών
1. Παγκόσμια κάλυψη χωρίς κενά
Το ηλεκτρολυτικό γυάλισμα μπορεί να λειτουργήσει σε μέρη όπου δεν υπάρχει αρκετός χώρος επειδή δεν αγγίζει τίποτα. Ο θάλαμος αντίδρασης χάραξης πλάσματος που χρησιμοποιείται στη βιομηχανία ημιαγωγών έχει δεκάδες χιλιάδες μικροπόρους με διάμετρο 0,5 mm και μακριά κανάλια μήκους έως 500 mm. Για να κάνετε παραδοσιακό μηχανικό γυάλισμα, πρέπει να αφαιρέσετε τις κοιλότητες και να χρησιμοποιήσετε ειδικό εξοπλισμό για να εργαστείτε σε κάθε μέρος. Αυτό παίρνει πολύ χρόνο και είναι εύκολο να λερωθεί. Με ένα κυκλοφορούν σύστημα ηλεκτρολυτών, μπορεί να γίνει ηλεκτρολυτική στίλβωση. Αυτό επιτρέπει στο ρεύμα να φτάσει ομοιόμορφα σε όλες τις επιφάνειες μικροδομής και να τις γυαλίσει όλες ταυτόχρονα. Ένας κατασκευαστής εξοπλισμού ημιαγωγών έχει παράσχει πρακτικά δεδομένα που δείχνουν ότι η ηλεκτρολυτική στίλβωση μπορεί να μειώσει την τραχύτητα της επιφάνειας στο εσωτερικό του θαλάμου αντίδρασης από Ra1,6 μm σε Ra0,02 μm. Μπορεί επίσης να μειώσει τον αριθμό των μεταλλικών σωματιδίων σε λιγότερο από 5 ανά τετραγωνικό εκατοστό, το οποίο πληροί τα πρότυπα καθαριότητας για τσιπ επεξεργασίας 5nm.
2. Διόρθωση μικροσκοπικών ελαττωμάτων και βελτίωση της λειτουργίας των πραγμάτων
Κατά τη διαδικασία παραγωγής, πολύπλοκες εσωτερικές κατασκευές είναι πιθανό να έχουν προβλήματα όπως μικρορωγμές και πορώδες. Η ηλεκτρολυτική στίλβωση μπορεί κατά προτίμηση να εξαλείψει υλικά από ελαττωματικές περιοχές μέσω μιας διαδικασίας επιλεκτικής διάλυσης. Για παράδειγμα, οι αεροσυνδετήρες από κράμα τιτανίου εξακολουθούν να έχουν μικροοπές 0,01–0,05 mm στα εσωτερικά σπειρώματα μετά από επεξεργασία θερμής ισοστατικής συμπίεσης (HIP). Η ηλεκτρολυτική στίλβωση κάνει την επιφάνεια των νημάτων πιο λεία, ενώ προσαρμόζει την πυκνότητα ρεύματος (20–30A/dm ²) για να διαλύσει σταδιακά το υλικό στις άκρες των μικροπόρων, κάτι που βοηθά στο κλείσιμο των πόρων. Μετά την επεξεργασία, η αντοχή σε κόπωση των συνδετήρων αυξήθηκε κατά 35% και η αντίστασή τους στη διάβρωση ανταποκρίθηκε στο πρότυπο ASTM G48 βαθμού Α.
3. Ομαδικό κόστος επεξεργασίας και κοπής
Η ηλεκτρολυτική στίλβωση είναι ένας πολύ πιο αποτελεσματικός τρόπος για να γυαλίσετε τεράστιους αριθμούς πολύπλοκων τεμαχίων. Για παράδειγμα, το μπεκ ψεκασμού καυσίμου στο σύστημα ψεκασμού καυσίμου ενός αυτοκινήτου έχει δεκάδες οπές ψεκασμού διαμέτρου 0,2 mm και περίπλοκες διαδρομές ροής στο εσωτερικό του. Χρειάζονται περισσότερες από 2 ώρες για να γυαλίσετε ένα μόνο κομμάτι μετάλλου χρησιμοποιώντας παραδοσιακό μηχανικό γυάλισμα και πρέπει να σφίξετε και να το τοποθετήσετε αρκετές φορές. Η ηλεκτρολυτική στίλβωση χρησιμοποιεί ειδικό εξοπλισμό και μπορεί να γυαλίσει 50 έως 100 μπεκ βενζίνης ταυτόχρονα. Αυτό μειώνει τον χρόνο επεξεργασίας για ένα μεμονωμένο αντικείμενο σε 8 λεπτά και διασφαλίζει ότι η τραχύτητα της επιφάνειας είναι η ίδια κάθε φορά, σε αντίθεση με το μηχανικό γυάλισμα. Σύμφωνα με στοιχεία από μια συγκεκριμένη εταιρεία που κατασκευάζει ανταλλακτικά αυτοκινήτων, η ηλεκτρολυτική στίλβωση αύξησε το ποσοστό απόδοσης των μπεκ ψεκασμού καυσίμου από 82% σε 98%, γεγονός που εξοικονομεί στην εταιρεία περισσότερα από 2 εκατομμύρια γιουάν ετησίως σε έξοδα επισκευής.
3, Παραδείγματα και δεδομένα από τον κλάδο που το υποστηρίζει
1. Τομέας των ιατροτεχνολογικών προϊόντων: καθιστώντας τα ορθοπεδικά εμφυτεύματα πιο βιοσυμβατά
Η δομή του εσωτερικού πορώδους των προθέσεων τεχνητής άρθρωσης πρέπει να ικανοποιεί τις απαιτήσεις πολλαπλασιασμού των οστεοκυττάρων ενώ παράλληλα αναστέλλει τη βακτηριακή προσκόλληση. Ρυθμίζοντας προσεκτικά την ποσότητα φωσφορικού οξέος και θειικού οξέος στον μικτό ηλεκτρολύτη (65–75% φωσφορικό οξύ και 10–15% θειικό οξύ), η ηλεκτρολυτική στίλβωση μπορεί να δημιουργήσει ένα φιλμ παθητικοποίησης που είναι ομοιόμορφα παχύ σε πορώδεις επιφάνειες. Πειραματικά δεδομένα από μια πολυεθνική ιατρική εταιρεία δείχνουν ότι η ηλεκτρολυτική στίλβωση κάνει τις προθέσεις των αρθρώσεων του ισχίου από κράμα τιτανίου πιο λείες, με εσωτερικούς πόρους να πηγαίνουν από Ra2,5 μm σε Ra0,3 μm, μείωση 92% στη βακτηριακή πρόσφυση και μείωση του ποσοστού μετεγχειρητικής μόλυνσης από 1,2% σε 0,15%.
2. Αεροδιαστημικό πεδίο: Βελτίωση της θερμικής αντίστασης των πτερυγίων του στροβίλου
Η διάμετρος του εσωτερικού καναλιού ψύξης των πτερυγίων του στροβίλου του κινητήρα του αεροσκάφους είναι μόνο 0,8 mm και η παραδοσιακή μηχανική στίλβωση μπορεί εύκολα να αλλάξει το σχήμα του καναλιού, γεγονός που καθιστά την ψύξη λιγότερο αποτελεσματική. Η ηλεκτρολυτική στίλβωση χρησιμοποιεί τεχνολογία παλμικού ρεύματος (30% κύκλος λειτουργίας, συχνότητα 1kHz) για να κάνει την επιφάνεια πιο λεία χωρίς να αυξάνει το μέγεθος του καναλιού. Μπορεί να πάει από Ra1,6 μ m σε Ra0,1 μ m. Μια δοκιμή που έγινε από έναν συγκεκριμένο κατασκευαστή κινητήρων αεροσκαφών έδειξε ότι ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας των εσωτερικών καναλιών ψύξης των επεξεργασμένων λεπίδων αυξήθηκε κατά 18% σε υψηλή θερμοκρασία 1200 μοιρών. Η συνολική απόδοση του κινητήρα αυξήθηκε κατά 2,3%.
4, Προβλήματα και Λύσεις στην Τεχνολογία
Η ηλεκτρολυτική στίλβωση έχει πολλά πλεονεκτήματα όσον αφορά την εργασία με πολύπλοκες εσωτερικές κατασκευές, αλλά εξακολουθεί να έχει δύο μεγάλα προβλήματα να αντιμετωπίσει:
Έλεγχος της ομοιογένειας του ηλεκτρολύτη: Δομές όπως βαθιές τυφλές οπές μπορεί να κάνουν τον ηλεκτρολύτη να ρέει ανεπαρκώς, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε διακυμάνσεις στη συγκέντρωση σε διαφορετικές περιοχές. Η απάντηση είναι να χρησιμοποιήσετε-υποβοηθούμενη ανάδευση με υπερήχους, να δημιουργήσετε μοναδικά συστήματα κυκλοφορίας και να δημιουργήσετε νέους ηλεκτρολύτες με χαμηλό ιξώδες και υψηλή αγωγιμότητα (για παράδειγμα, προσθήκη αιθυλενογλυκόλης για καλύτερη ροή του υγρού).
Ακριβής έλεγχος της πυκνότητας ρεύματος: Το σχήμα του τεμαχίου μπορεί να αλλάξει εύκολα την κατανομή πυκνότητας ρεύματος των κατασκευών σε επίπεδο μικρομέτρου. Κάνοντας ένα ψηφιακό δίδυμο μοντέλο και χρησιμοποιώντας ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων (FEA) για την προσομοίωση της κατανομής του τρέχοντος πεδίου, ο σχεδιασμός της καθόδου (όπως η χρήση καθόδων με τρισδιάστατη εκτύπωση) και οι παράμετροι διεργασίας (όπως η χρήση τεχνολογίας πυκνότητας ρεύματος κλίσης) μπορούν να βελτιωθούν για ομοιόμορφη στίλβωση πολύπλοκων δομών.