小口径精密不锈钢管电化学抛光原理及方法

  材料表面抗黏附性是固体表面的一个重要特征，液体的黏附现象也是自然界中最常见的界面现象之一，直接影响着材料表面上流体的流动和相变特性。目前，国内外学者们虽然对表面液体黏附现象已开展了大量的实验和理论分析研究，但现有研究主要集中在光滑表面以及构造的规则性粗糙结构表面上，对于材料真实机加工表面润湿及黏附行为的认识相对缺乏。同时，由于小口径精密不锈钢管道具有耐腐蚀性、耐热性强等特点，在精密医疗、航空航天、半导体工业当中被广泛运用。而如何制备抗黏附能力强的精密不锈钢管道内表面一直是研究者们的关注焦点。

    通过综合性分析国内外研究人员在固体材料表面抗黏附和精密不锈钢管道内表面抛光工艺等领域的研究方法与实验成果，发现目前对于表面黏附现象的研究还较为欠缺，没有一个系统且完善的理论来指导管道抗黏附内表面的制备，缺少一种可操作性强、成本低廉的管道内表面制备技术。因此，本文采用理论分析一实验对比的方法，从固体材料表面抗黏附机理与管道内表面抛光技术两个方面进行深入研究。

    在固体表面液体黏附机理方面，本文在结合固一液界面黏附功理论与光滑固体表面润湿模型的基础上，分析液体在机加工粗糙表面铺展的过程，研究固，液，气三相接触线的动态移动特性进而直接的分析液体的黏附过程，建立基于最小系统自由能的接触线铺展模型，为管道抗黏附表面的制各提供理论指导。进行机加工表面润湿实验，采用静态接触角测量的方法，论证所建立理论模型的正确性。在小口径精密不锈钢管管道抗黏附内表面制备方面，文章探讨了目前电化学抛光技术在大长径比小口径管道内表面加工的缺陷与不足，给出一种可操作性强、加工成本低的管道内表面电化学抛光方案。分析了电化学抛光机理，通过实验性方法研究工具电极转速、工具电极进给速度、加工间隙、电流密度、电解液温度、电解液流速及加工时间对抛光质量的影响，为管道内表面抛光进行工艺优化提供依据。

    浙江至德钢业有限公司根据医疗领域中小口径不锈钢管道内表面的抗黏附性能要求，基于固体表面润湿理论，着重研究了机加工表面黏附机理与小口径不锈钢管内表面抛光技术，在分析固液气三相接触线的动态移动特性基础上，指导面向大长径比的小口径管道内表面电化学抛光装置的研制。在此基础上，进行电化学抛光实验获得各工艺参数对抛光效果的影响规律。文章结构共分为六章：

   第二章通过对机械加工表面微观几何轮廓的结构分析，提出其表面轮廓的简化几何模型，并以此为基础，对固液气三相系统的热力学状态进行分析，建立基于系统最小自由能模型。最后通过对不同粗糙度表面进行静态接触角测量，验证模型正确性，提出液体黏附主要是由不同润湿状态与能量壁垒所导致的。

  第三章通过研究电化学抛光原理，分析在不同电流密度下的阳极极化特性，结合电化学抛光过程中表面粗糙度的形成机理，分析电解液成分、电解液浓度、电解液温度、电流密度、电流波形、加工间隙、加工时间、工具电极形状等工艺参数对抛光质量的影响，并为小口径不锈钢管道内表面电化学抛光装置的设计提出技术要求。

   第四章通过对小口径精密不锈钢管道内表面电化学抛光特点进行分析，结合加工过程中可能出现的各技术问题进行方案论证，最终提出装置的技术要求。并结合要求从装置总体机械结构、电解液加热、电解液循环、检测系统和装置数控系统五个方面进行了详细设计与优缺点分析，最终给出了一种可用于实验的小口径不锈钢管道内表面电化学抛光装置，为管道内表面处理提供了可能。

   第五章通过使用精密不锈钢管道内表面电化学抛光实验样机，从工艺参数优化分析角度进行实验性研究，对抛光过程中的各影响因素进行控制变量分析，研究工具电极转速、工具电极进给速度、加工间隙、电流密度、电解液温度、电解液流速及加工时间对抛光质量的影响，为电化学抛光技术的运用提供理论与实验基础。