Le polissage électrolytique est-il adapté aux structures internes complexes ?

一, L'idée principale du polissage électrolytique est un dispositif de nivellement qui ne touche rien.
La dissolution anodique est ce qui fait fonctionner le polissage électrolytique. La clé de son succès réside dans la différence de répartition de la densité de courant. En tant qu'anode, la pièce est immergée dans l'électrolyte. Les micro-saillies sur la surface se dissolvent en premier parce que la densité de courant est plus élevée, tandis que les dépressions se dissolvent plus lentement parce que la densité de courant est plus faible. La « théorie de la muqueuse » est l’idée principale derrière ce processus. Il indique que les ions phosphate dans l’électrolyte forment un épais film de phosphate avec les ions métalliques dissous. Le film est plus fin au niveau des saillies et se dissout plus rapidement, et il est plus épais dans la dépression et se dissout plus lentement. Le mouvement dynamique de la muqueuse continue de niveler la micro-rugosité de la surface, ce qui la rend finalement lisse comme un miroir.
Par exemple, la structure intérieure du maillage d'un stent cardiovasculaire en acier inoxydable 316L ne mesure que 0,1 mm de large, et le polissage mécanique traditionnel peut facilement provoquer la rupture ou la déformation du maillage. Le polissage électrolytique peut rendre la surface du maillage interne moins rugueuse en contrôlant très soigneusement la densité de courant (15 à 50 A/dm²) et la température de l'électrolyte (60 à 70 degrés). Il peut réduire la rugosité de Ra3,2 μm à Ra0,05 μm ou moins sans modifier la taille du stent. Il élimine également toutes les contraintes résiduelles causées par le traitement mécanique, ce qui rend le stent plus durable et plus compatible avec le corps.
2, Les trois principaux avantages technologiques du traitement de structures intérieures complexes
1. Couverture mondiale sans interruption
Le polissage électrolytique peut fonctionner dans des endroits où il n’y a pas assez de place car il ne touche rien. La chambre de réaction de gravure au plasma utilisée dans l'industrie des semi-conducteurs comporte des dizaines de milliers de micropores de 0,5 mm de diamètre et de longs canaux pouvant atteindre 500 mm de long. Pour réaliser un polissage mécanique traditionnel, il faut démonter les cavités et utiliser un équipement spécial pour travailler sur chaque pièce. Cela prend beaucoup de temps et est facile à salir. Avec un système d’électrolyte en circulation, un polissage électrolytique peut être effectué. Cela permet au courant d’atteindre uniformément toutes les surfaces de microstructure et de les polir toutes en même temps. Un fabricant d'équipements semi-conducteurs a fourni des données pratiques montrant que le polissage électrolytique peut réduire la rugosité de la surface à l'intérieur de la chambre de réaction de Ra1,6 μm à Ra0,02 μm. Il peut également réduire le nombre de particules métalliques à moins de 5 par centimètre carré, ce qui répond aux normes de propreté des puces de traitement de 5 nm.
2. Corriger les défauts microscopiques et améliorer le fonctionnement des choses
Au cours du processus de production, les structures intérieures complexes sont susceptibles de rencontrer des problèmes tels que des microfissures et de la porosité. Le polissage électrolytique peut éliminer préférentiellement les matériaux des régions défectueuses via un processus de dissolution sélective. Par exemple, les fixations aéronautiques en alliage de titane présentent encore des micro-trous de 0,01 à 0,05 mm dans les filetages internes après le traitement de pressage isostatique à chaud (HIP). Le polissage électrolytique rend la surface des fils plus lisse tout en ajustant la densité de courant (20 à 30 A/dm²) pour dissoudre progressivement le matériau au niveau des bords des micropores, ce qui contribue à fermer les pores. Après avoir été traitées, la résistance à la fatigue des fixations a augmenté de 35 % et leur résistance à la corrosion était conforme à la norme ASTM G48 de grade A.
3. Traitement groupé et réduction des coûts
Le polissage électrolytique est un moyen bien plus efficace de polir un grand nombre de pièces complexes. Par exemple, l'injecteur de carburant du système d'injection de carburant d'une voiture comporte des dizaines de trous d'injection de 0,2 mm de diamètre et des voies d'écoulement compliquées à l'intérieur. Il faut plus de 2 heures pour polir une seule pièce de métal à l'aide du polissage mécanique traditionnel, et elle doit être serrée et positionnée plusieurs fois. Le polissage électrolytique utilise un équipement spécial et peut polir 50 à 100 injecteurs d'essence à la fois. Cela réduit le temps de traitement d'un seul article à 8 minutes et garantit que la rugosité de la surface est la même à chaque fois, contrairement au polissage mécanique. Selon les données d'une certaine entreprise qui fabrique des pièces automobiles, le polissage électrolytique a augmenté le taux de rendement des injecteurs de carburant de 82 % à 98 %, ce qui permet à l'entreprise d'économiser plus de 2 millions de yuans par an en dépenses de retouche.
3, Exemples et données de l'industrie qui le soutiennent
1. Domaine des dispositifs médicaux : rendre les implants orthopédiques plus biocompatibles
La structure de porosité intérieure des prothèses articulaires artificielles doit satisfaire aux exigences de prolifération des ostéocytes tout en inhibant l'adhésion bactérienne. En ajustant soigneusement la quantité d'acide phosphorique et d'acide sulfurique dans l'électrolyte mélangé (65 à 75 % d'acide phosphorique et 10 à 15 % d'acide sulfurique), le polissage électrolytique peut créer un film de passivation uniformément épais sur les surfaces poreuses. Les données expérimentales d'une société médicale multinationale montrent que le polissage électrolytique rend les prothèses de hanche en alliage de titane plus lisses, avec des pores internes allant de Ra2,5 μm à Ra0,3 μm, une diminution de 92 % de l'adhésion bactérienne et une diminution du taux d'infection postopératoire de 1,2 % à 0,15 %.
2. Domaine aérospatial : Améliorer la résistance thermique des aubes de turbine
Le diamètre du canal de refroidissement interne des aubes de turbine de moteur d'avion n'est que de 0,8 mm, et le polissage mécanique traditionnel peut facilement modifier la forme du canal, ce qui rend le refroidissement moins efficace. Le polissage électrolytique utilise la technologie du courant pulsé (cycle de service de 30 %, fréquence 1 kHz) pour rendre la surface plus lisse sans augmenter la taille du canal. Elle peut aller de Ra1,6 µm à Ra0,1 µm. Un test effectué par un certain constructeur de moteurs d'avion a indiqué que le coefficient de transfert thermique des canaux de refroidissement intérieurs des pales traitées augmentait de 18 % à une température élevée de 1 200 degrés. Le rendement global du moteur a augmenté de 2,3 %.
4, Problèmes et solutions technologiques
Le polissage électrolytique présente de nombreux avantages lorsqu'il s'agit de travailler avec des structures intérieures complexes, mais il reste néanmoins à résoudre deux gros problèmes :
Contrôler l'homogénéité de l'électrolyte : des structures telles que des trous borgnes profonds peuvent empêcher l'électrolyte de s'écouler, ce qui peut entraîner des variations de concentration dans différentes zones. La réponse est d'utiliser une agitation assistée par ultrasons-, de créer des systèmes de circulation uniques et de créer de nouveaux électrolytes à faible viscosité et à haute conductivité (par exemple, en ajoutant de l'éthylène glycol pour améliorer l'écoulement du fluide).
Contrôle précis de la densité de courant : la forme de la pièce à usiner peut facilement modifier la répartition de la densité de courant des structures au niveau micrométrique. En créant un modèle de jumeau numérique et en utilisant l'analyse par éléments finis (FEA) pour simuler la distribution du champ actuel, la conception de la cathode (comme l'utilisation de cathodes moulées imprimées en 3D) et les paramètres de processus (comme l'utilisation de la technologie de densité de courant en gradient) peuvent être améliorés pour obtenir un polissage uniforme des structures complexes.