Đánh bóng điện phân có phù hợp với các cấu trúc bên trong phức tạp không?

一, Ý tưởng chính đằng sau việc đánh bóng điện phân là một thiết bị san bằng không chạm vào bất cứ thứ gì.
Sự hòa tan anốt là nguyên nhân khiến cho việc đánh bóng điện phân có hiệu quả. Chìa khóa thành công của nó là sự khác biệt trong phân bố mật độ dòng điện. Là cực dương, phôi được ngâm trong chất điện phân. Các phần nhô ra vi mô trên bề mặt hòa tan trước vì mật độ dòng điện cao hơn, trong khi các phần lõm hòa tan chậm hơn do mật độ dòng điện thấp hơn. "Lý thuyết niêm mạc" là ý tưởng chính đằng sau quá trình này. Nó nói rằng các ion photphat trong chất điện phân tạo thành một màng photphat dày với các ion kim loại hòa tan. Màng mỏng hơn ở phần nhô ra và hòa tan nhanh hơn, và dày hơn ở chỗ lõm và hòa tan chậm hơn. Sự chuyển động năng động của niêm mạc giúp san bằng độ nhám vi mô của bề mặt, cuối cùng làm cho nó mịn như gương.
Ví dụ, cấu trúc lưới bên trong của stent tim mạch bằng thép không gỉ 316L chỉ rộng 0,1mm và việc đánh bóng cơ học truyền thống có thể dễ dàng khiến lưới bị vỡ hoặc biến dạng. Đánh bóng điện phân có thể làm cho bề mặt của lưới bên trong bớt nhám hơn bằng cách kiểm soát mật độ dòng điện (15–50A/dm²) và nhiệt độ chất điện phân (60–70 độ) một cách cẩn thận. Nó có thể giảm độ nhám từ Ra3,2 μm xuống Ra0,05 μm hoặc thấp hơn mà không làm thay đổi kích thước của stent. Nó cũng loại bỏ bất kỳ ứng suất dư nào gây ra bởi quá trình xử lý cơ học, giúp cho ống đỡ động mạch tồn tại lâu hơn và tương thích hơn với cơ thể.
2, Ba lợi ích công nghệ chính của việc xử lý các cấu trúc nội thất phức tạp
1. Phạm vi phủ sóng toàn cầu không có khoảng trống
Đánh bóng điện phân có thể hoạt động ở những nơi không có đủ chỗ vì nó không chạm vào bất cứ thứ gì. Buồng phản ứng khắc plasma được sử dụng trong ngành công nghiệp bán dẫn có hàng chục nghìn micropores có đường kính 0,5mm và các kênh dài tới 500mm. Để thực hiện đánh bóng cơ học truyền thống, bạn phải tháo rời các khoang và sử dụng thiết bị đặc biệt để làm việc trên từng bộ phận. Việc này tốn rất nhiều thời gian và dễ bị bẩn. Với hệ thống điện phân tuần hoàn có thể thực hiện được việc đánh bóng bằng điện phân. Điều này cho phép dòng điện tiếp cận đồng đều tất cả các bề mặt vi cấu trúc và đánh bóng tất cả chúng cùng một lúc. Một nhà sản xuất thiết bị bán dẫn đã cung cấp dữ liệu thực tế cho thấy việc đánh bóng điện phân có thể làm giảm độ nhám bề mặt bên trong buồng phản ứng từ Ra1,6 μm xuống Ra0,02 μm. Nó cũng có thể giảm số lượng hạt kim loại xuống dưới 5 trên mỗi cm vuông, đáp ứng các tiêu chuẩn về độ sạch cho chip xử lý 5nm.
2. Sửa chữa các lỗi vi mô và làm cho mọi thứ hoạt động tốt hơn
Trong quá trình sản xuất, các cấu trúc bên trong phức tạp có thể gặp vấn đề như các vết nứt nhỏ và độ xốp. Đánh bóng điện phân có thể ưu tiên loại bỏ các vật liệu khỏi các vùng bị lỗi thông qua quá trình hòa tan có chọn lọc. Ví dụ, ốc vít hàng không bằng hợp kim titan vẫn có các lỗ siêu nhỏ 0,01–0,05mm ở các ren bên trong sau khi xử lý ép đẳng tĩnh nóng (HIP). Đánh bóng bằng điện phân giúp bề mặt sợi mịn hơn đồng thời điều chỉnh mật độ dòng điện (20–30A/dm ²) để hòa tan dần vật liệu ở rìa của các vi lỗ, giúp se khít các lỗ chân lông. Sau khi được xử lý, độ bền mỏi của ốc vít tăng 35% và khả năng chống ăn mòn của chúng đạt tiêu chuẩn ASTM G48 loại A.
3. Nhóm xử lý và cắt giảm chi phí
Đánh bóng bằng điện phân là một cách hiệu quả hơn nhiều để đánh bóng số lượng lớn các chi tiết phức tạp. Ví dụ, kim phun nhiên liệu trong hệ thống phun nhiên liệu của ô tô có hàng chục lỗ phun đường kính 0,2mm và đường dẫn dòng chảy phức tạp bên trong. Phải mất hơn 2 giờ để đánh bóng một mảnh kim loại bằng phương pháp đánh bóng cơ học truyền thống và nó cần được kẹp và định vị nhiều lần. Đánh bóng bằng điện sử dụng thiết bị đặc biệt và có thể đánh bóng 50 đến 100 kim phun xăng cùng một lúc. Điều này giúp giảm thời gian xử lý cho một hạng mục xuống còn 8 phút và đảm bảo rằng độ nhám bề mặt luôn giống nhau, không giống như đánh bóng cơ học. Theo dữ liệu từ một công ty sản xuất phụ tùng ô tô, việc đánh bóng điện phân đã nâng hiệu suất của kim phun nhiên liệu từ 82% lên 98%, giúp công ty tiết kiệm hơn 2 triệu nhân dân tệ chi phí làm lại mỗi năm.
3, Ví dụ và dữ liệu từ ngành hỗ trợ nó
1. Lĩnh vực thiết bị y tế: làm cho thiết bị cấy ghép chỉnh hình tương thích sinh học hơn
Cấu trúc xốp bên trong của khớp nhân tạo phải đáp ứng yêu cầu tăng sinh của tế bào xương đồng thời ức chế sự bám dính của vi khuẩn. Bằng cách điều chỉnh cẩn thận lượng axit photphoric và axit sunfuric trong chất điện phân hỗn hợp (axit photphoric 65–75% và axit sunfuric 10–15%), đánh bóng điện phân có thể tạo ra màng thụ động dày đều trên bề mặt xốp. Dữ liệu thực nghiệm từ một công ty y tế đa quốc gia cho thấy, đánh bóng điện phân giúp khớp háng giả bằng hợp kim titan mịn hơn, với các lỗ chân lông bên trong đi từ Ra2,5 μm đến Ra0,3 μm, độ bám dính của vi khuẩn giảm 92% và tỷ lệ nhiễm trùng sau phẫu thuật giảm từ 1,2% xuống 0,15%.
2. Lĩnh vực hàng không vũ trụ: Cải thiện khả năng chịu nhiệt của cánh tuabin
Đường kính kênh làm mát bên trong của cánh tuabin động cơ máy bay chỉ 0,8mm và việc đánh bóng cơ học truyền thống có thể dễ dàng thay đổi hình dạng của kênh, khiến việc làm mát kém hiệu quả hơn. Đánh bóng điện phân sử dụng công nghệ dòng xung (chu kỳ hoạt động 30%, tần số 1kHz) giúp bề mặt mịn hơn mà không làm tăng kích thước kênh. Nó có thể đi từ Ra1,6 μm đến Ra0,1 μm. Một thử nghiệm được thực hiện bởi một nhà sản xuất động cơ máy bay cho thấy hệ số truyền nhiệt của các kênh làm mát bên trong cánh quạt được xử lý tăng 18% ở nhiệt độ cao 1200 độ. Hiệu suất tổng thể của động cơ tăng 2,3%.
4, Vấn đề và giải pháp trong công nghệ
Đánh bóng điện phân có rất nhiều lợi ích khi làm việc với các cấu trúc nội thất phức tạp, nhưng nó vẫn có hai vấn đề lớn cần giải quyết:
Kiểm soát tính đồng nhất của chất điện phân: Các cấu trúc như lỗ mù sâu có thể làm cho chất điện phân chảy kém, dẫn đến chênh lệch nồng độ ở các khu vực khác nhau. Câu trả lời là sử dụng chức năng khuấy-có hỗ trợ siêu âm, tạo ra hệ thống tuần hoàn độc đáo và tạo ra chất điện phân mới có độ nhớt thấp và độ dẫn điện cao (ví dụ: thêm ethylene glycol để làm cho chất lỏng chảy tốt hơn).
Kiểm soát chính xác mật độ dòng điện: Hình dạng của phôi có thể dễ dàng thay đổi sự phân bố mật độ dòng điện của các cấu trúc ở cấp độ micromet. Bằng cách tạo mô hình song sinh kỹ thuật số và sử dụng phân tích phần tử hữu hạn (FEA) để mô phỏng phân bố trường hiện tại, thiết kế cực âm (như sử dụng cực âm hình in 3D) và các tham số quy trình (như sử dụng công nghệ mật độ dòng gradient) có thể được cải thiện để đánh bóng đồng đều các cấu trúc phức tạp.