האם ליטוש אלקטרוליטי מתאים למבנים פנימיים מורכבים?

一, הרעיון המרכזי מאחורי ליטוש אלקטרוליטי הוא מכשיר הרמה שלא נוגע בכלום.
פירוק אנודי הוא מה שגורם לליטוש אלקטרוליטי לעבוד. המפתח להצלחתו הוא ההבדל בהתפלגות הצפיפות הנוכחית. כאנודה, חומר העבודה שקוע באלקטרוליט. בליטות המיקרו על פני השטח מתמוססות תחילה מכיוון שצפיפות הזרם גבוהה יותר, בעוד שהשקעים מתמוססים לאט יותר מכיוון שצפיפות הזרם נמוכה יותר. "תיאוריית הרירית" היא הרעיון המרכזי מאחורי תהליך זה. זה אומר שיוני פוספט באלקטרוליט יוצרים סרט פוספט עבה עם יוני מתכת מומסים. הסרט דק יותר בבליטות ומתמוסס מהר יותר, והוא עבה יותר בשקע ומתמוסס לאט יותר. התנועה הדינמית של הרירית ממשיכה ליישר את החספוס המיקרו של פני השטח, מה שבסופו של דבר הופך אותו לחלק כמו מראה.
לדוגמה, מבנה הרשת הפנימי של סטנט קרדיווסקולרי מנירוסטה 316L הוא ברוחב של 0.1 מ"מ בלבד, וליטוש מכני מסורתי יכול בקלות לגרום לרשת להישבר או לעיוות. ליטוש אלקטרוליטי יכול להפוך את פני הרשת הפנימית לפחות מחוספסים על ידי שליטה על צפיפות הזרם (15-50A/dm²) וטמפרטורת האלקטרוליט (60-70 מעלות) בזהירות רבה. זה יכול להוריד את החספוס מ-Ra3.2 מיקרומטר ל-Ra0.05 מיקרון או נמוך יותר מבלי לשנות את גודל הסטנט. זה גם נפטר משאר הלחצים שנגרמו על ידי עיבוד מכני, מה שגורם לסטנט להחזיק מעמד זמן רב יותר ולהיות תואם יותר לגוף.
2, שלושת היתרונות הטכנולוגיים העיקריים של עיבוד מבני פנים מסובכים
1. כיסוי גלובלי ללא פערים
ליטוש אלקטרוליטי יכול לעבוד במקומות שבהם אין מספיק מקום כי הוא לא נוגע בכלום. לתא התגובה לחריטת פלזמה המשמש בתעשיית המוליכים למחצה יש עשרות אלפי מיקרו-נקבים בקוטר 0.5 מ"מ ותעלות ארוכות באורך של עד 500 מ"מ. כדי לבצע ליטוש מכני מסורתי, עליך לפרק את החללים ולהשתמש בציוד מיוחד לעבודה על כל חלק. זה לוקח הרבה זמן וקל ללכלך. עם מערכת אלקטרוליטים במחזור, ניתן לבצע ליטוש אלקטרוליטי. זה מאפשר לזרם להגיע באופן שווה לכל משטחי המיקרו-מבנה וללטש את כולם בו זמנית. יצרן ציוד מוליכים למחצה סיפק נתונים מעשיים המראים כי ליטוש אלקטרוליטי יכול להוריד את חספוס פני השטח בתוך תא התגובה מ-Ra1.6 מיקרומטר ל-Ra0.02 מיקרון. זה גם יכול להוריד את מספר חלקיקי המתכת לפחות מ-5 לסנטימטר רבוע, מה שעומד בתקני הניקיון עבור שבבי תהליך של 5 ננומטר.
2. תיקון פגמים מיקרוסקופיים וגורם לדברים לעבוד טוב יותר
במהלך תהליך הייצור, למבנים פנימיים מורכבים צפויות להיות בעיות כגון מיקרו-סדקים ונקבוביות. ליטוש אלקטרוליטי יכול לחסל באופן מועדף חומרים מאזורים פגומים באמצעות תהליך פירוק סלקטיבי. לדוגמה, מחברים תעופה מסגסוגת טיטניום עדיין יש מיקרו חורים של 0.01-0.05 מ"מ בחוטים הפנימיים לאחר טיפול לחיצה איזוסטטית חמה (HIP). ליטוש אלקטרוליטי הופך את פני החוטים לחלקים יותר תוך התאמת צפיפות הזרם (20-30A/dm ²) כדי להמיס בהדרגה את החומר בקצוות המיקרו-נקבים, מה שעוזר לסגור את הנקבוביות. לאחר עיבוד, חוזק העייפות של המחברים עלה ב-35%, ועמידותם בפני קורוזיה עמדה בדרגה A תקן ASTM G48.
3. עיבוד קבוצתי וקיצוץ בעלויות
ליטוש אלקטרוליטי הוא דרך יעילה הרבה יותר ללטש מספר עצום של חלקים מורכבים. לדוגמה, למזרק הדלק במערכת הזרקת הדלק של המכונית יש עשרות חורי הזרקה בקוטר 0.2 מ"מ ומסלולי זרימה מסובכים בתוכו. לוקח יותר משעתיים ללטש חתיכת מתכת אחת באמצעות ליטוש מכני מסורתי, ויש להדק אותה ולמקם אותה מספר פעמים. ליטוש אלקטרוליטי משתמש בציוד מיוחד ויכול להבריק 50 עד 100 מזרקי בנזין בבת אחת. זה מקצר את זמן העיבוד של פריט בודד ל-8 דקות ומוודא שחספוס פני השטח זהה בכל פעם, בניגוד לליטוש מכני. על פי נתונים של חברה מסוימת שמייצרת חלקי רכב, ליטוש אלקטרוליטי העלה את שיעור התפוקה של מזרקי הדלק מ-82% ל-98%, מה שחוסך לחברה יותר מ-2 מיליון יואן בשנה בהוצאות עבודה מחדש.
3, דוגמאות ונתונים מהתעשייה התומכים בכך
1. תחום המכשור הרפואי: הפיכת שתלים אורטופדיים ליותר ביולוגיים
מבנה הנקבוביות הפנימי של תותבות מפרקים מלאכותיות חייב לספק את דרישות הריבוי של אוסטאוציטים תוך עיכוב הידבקות חיידקים. על ידי התאמה קפדנית של כמות החומצה הזרחתית והחומצה הגופרתית באלקטרוליט המעורב (65-75% חומצה זרחתית ו-10-15% חומצה גופרתית), ליטוש אלקטרוליטי יכול ליצור סרט פסיבציה שעבה באופן שווה על משטחים נקבוביים. נתונים ניסויים מחברה רפואית רב לאומית מראים כי ליטוש אלקטרוליטי הופך את תותבות מפרקי הירך מסגסוגת טיטניום לחלקות יותר, כאשר הנקבוביות הפנימיות עוברות מ-Ra2.5 מיקרומטר ל-Ra0.3 מיקרומטר, ירידה של 92% בהיצמדות החיידקים וירידה בשיעור הזיהום לאחר הניתוח מ-1.2% ל-0.15%.
2. תחום תעופה וחלל: שיפור עמידות החום של להבי טורבינה
קוטר תעלת הקירור הפנימי של להבי הטורבינה של מנוע מטוסים הוא 0.8 מ"מ בלבד, וליטוש מכני מסורתי יכול לשנות בקלות את צורת התעלה, מה שהופך את הקירור לפחות יעיל. ליטוש אלקטרוליטי משתמש בטכנולוגיית זרם דופק (30% מחזור עבודה, תדר 1kHz) כדי להפוך את פני השטח לחלק יותר מבלי להגדיל את גודל הערוץ. זה יכול לעבור מ-Ra1.6 מיקרומטר ל-Ra0.1 מיקרומטר. בדיקה שנעשתה על ידי יצרן מנועי מטוס מסוים הראתה שמקדם העברת החום של תעלות הקירור הפנימיות של הלהבים המטופלים עלה ב-18% בטמפרטורה גבוהה של 1200 מעלות. היעילות הכוללת של המנוע עלתה ב-2.3%.
4, בעיות ופתרונות בטכנולוגיה
לליטוש אלקטרוליטי יש הרבה יתרונות בכל הקשור לעבודה עם מבנים פנימיים מסובכים, אבל עדיין יש לו שתי בעיות גדולות להתמודד איתן:
שליטה בהומוגניות של האלקטרוליט: מבנים כמו חורים עיוורים עמוקים עלולים לגרום לאלקטרוליט לזרום בצורה גרועה, מה שעלול להוביל לשונות בריכוז באזורים שונים. התשובה היא להשתמש בערבוב בסיוע-קולי, ליצור מערכות זרימה ייחודיות, וליצור אלקטרוליטים חדשים עם צמיגות נמוכה ומוליכות גבוהה (לדוגמה, הוספת אתילן גליקול כדי לשפר את זרימת הנוזל).
שליטה מדויקת על צפיפות הזרם: צורת חומר העבודה יכולה לשנות בקלות את חלוקת צפיפות הזרם של מבנים ברמת המיקרומטר. על ידי יצירת מודל תאומים דיגיטלי ושימוש בניתוח אלמנטים סופיים (FEA) כדי לדמות את התפלגות השדה הנוכחית, ניתן לשפר את עיצוב הקתודה (כמו שימוש בקתודות בצורת 3D מודפסת) ופרמטרים של תהליך (כמו שימוש בטכנולוגיית צפיפות זרם שיפוע) כדי לקבל ליטוש אחיד של מבנים מורכבים.