Research on Electrochemical-Mechanical Composite Polishing Electrode Design and Process Testing of 316 Stainless Steel Deep Long Holes

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों, एयरोस्पेस इंजनों और उन्नत ऊर्जा प्रणालियों की मशीनरी के भीतर गहराई में, संकीले, सुरंग जैसे मार्ग होते हैं जिन्हें त्रुटिहीन होना चाहिए। ये 316 स्टेनलेस स्टील में खोदे गए गहरे छेद हैं, एक ऐसा पदार्थ जिसे इसकी मजबूती और सबसे कठोर वातावरण में जंग का प्रतिरोध करने की इसकी क्षमता के लिए चुना गया है। हालाँकि, इन सुरंगों की आंतरिक दीवारों को फिनिश करना बेहद कठिन होता है। जब निर्माता पारंपरिक यांत्रिक उपकरणों का उपयोग करके उन्हें चिकना करने की कोशिश करते हैं, तो परिणाम अक्सर असमान होते हैं, जिससे सूक्ष्म खरोंचें और खुरदरापन रह जाता है जो पूरी मशीन की सुरक्षा और दक्षता से समझौता कर सकता है। चुनौती केवल एक छोटे से ट्यूब के भीतर गहराई तक पहुँचने में है, जो केवल 3.5 मिलीमीटर चौड़ा और 80 मिलीमीटर लंबा है, ताकि नाजुक संरचना को नुकसान पहुँचाए बिना सतह को कांच की तरह चिकना बनाया जा सके।

इसे हल करने के लिए, शीआन टेक्नोलॉजिकल यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने एक ऐसी विधि की ओर रुख किया जो दो अलग-अलग बलों को जोड़ती है: बिजली और भौतिक घिसाई। यह दृष्टिकोण, जिसे इलेक्ट्रोकेमिकल-मैकेनिकल कंपोजिट पॉलिशिंग कहा जाता है, एक विशेष उपकरण का उपयोग करके काम करता है जो विद्युत चालक और मैकेनिकल ग्राइंडर दोनों के रूप में कार्य करता है। यह प्रक्रिया एक सरल लेकिन शक्तिशाली सिद्धांत पर आधारित है: जब बिजली दो धातु की सतहों के बीच एक प्रवाहकीय तरल से गुजरती है, तो यह धातु की सतह के ऊंचे हिस्सों को घोल देती है, जबकि उपकरण की भौतिक गति जिद्दी, अघुलनशील टुकड़ों को खुरच कर हटा देती है। इन दोनों क्रियाओं को संतुलित करके, टीम का लक्ष्य एक ऐसी सतह बनाना था जो इतनी चिकनी हो कि वह नग्न आंखों को दिखाई न दे, और उच्च-स्तरीय औद्योगिक घटकों के लिए आवश्यक अत्यधिक मानकों को पूरा करे।

शोधकर्ताओं ने एक नए प्रकार के पॉलिशिंग इलेक्ट्रोड को डिजाइन करके शुरुआत की, जो वह उपकरण है जो छेद के भीतर वास्तविक कार्य करता है। उन्होंने महसूस किया कि सफलता की कुंजी केवल गति या दबाव नहीं थी, बल्कि उपकरण की सतह का वह विशिष्ट अनुपात था जो बिजली का संचालन करता है बनाम वह हिस्सा जो यांत्रिक रूप से घिसाई करता है। उन्होंने एक गणितीय मॉडल बनाया ताकि यह समझा जा सके कि यह अनुपात, जिसे उन्होंने इलेक्ट्रोकेमिकल रूप से सक्रिय इंटरफेस का अनुपात कहा, अंतिम सतह को कैसे प्रभावित करेगा। अपने मॉडल में, उपकरण को खंडों में विभाजित किया गया था: कुछ हिस्सों को बिजली प्रवाहित करने और धातु को घोलने के लिए डिज़ाइन किया गया था, जबकि अन्य हिस्सों को सिरेमिक फाइबर से ढका गया था ताकि सतह को भौतिक रूप से घिसा जा सके। उन्होंने सिम्युलेट किया कि इन दो क्षेत्रों के विभिन्न मिश्रण इस गहरे, संकीले छेद के भीतर कैसे व्यवहार करेंगे।

इन कंप्यूटर सिमुलेशन के माध्यम से, टीम ने पाया कि बिजली और घिसाई के बीच का संतुलन महत्वपूर्ण था। जब उपकरण में घिसाई की सतह बहुत अधिक और विद्युत संपर्क कम था, तो स्मूथिंग प्रभाव कमजोर था। हालाँकि, जब उन्होंने विद्युत संपर्क क्षेत्र को बढ़ाया, तो पूरे छेद की भीतरी दीवार पर करंट का वितरण अधिक समान हो गया। इस समान वितरण ने बिजली को धातु की सतह के सूक्ष्म शिखरों को अधिक समान रूप से घोलने की अनुमति दी। सिमुलेशन ने दिखाया कि एक विशिष्ट विन्यास सबसे अच्छा काम करता है: एक ऐसा उपकरण जहाँ सतह का 80 प्रतिशत हिस्सा बिजली का संचालन करने के लिए डिज़ाइन किया गया था और 20 प्रतिशत हिस्सा मैकेनिकल ग्राइंडिंग के लिए समर्पित था। इस अनुपात पर, उपकरण प्रभावी रूप से खुरदरी सतह को समतल कर सकता था, जिससे सूक्ष्म पहाड़ियों और घाटियों का एक अराजक परिदृश्य एक सपाट, एकसमान तल में बदल गया।

कंप्यूटर में डिजाइन अनुकूलित होने के बाद, शोधकर्ताओं ने अपने निर्माण का परीक्षण वास्तविक 316 स्टेनलेस स्टील ट्यूबों पर करने के लिए प्रयोगशाला में कदम रखा। उन्होंने एक सटीक प्रायोगिक स्टेशन स्थापित किया जहाँ नया इलेक्ट्रोड गहरे छेदों के भीतर घूम सकता था जबकि एक नियंत्रित वोल्टेज और दबाव लगाया जा सकता था। उन्होंने ठीक 144 सेकंड के लिए प्रक्रिया चलाई, जिसमें 3.25 वोल्ट का वोल्टेज और 0.08 मेगापास्कल का पॉलिशिंग दबाव उपयोग किया गया, और उपकरण 564 आरपीएम की गति से घूम रहा था। परिणाम आश्चर्यजनक थे। उपचार से पहले, छेदों की आंतरिक सतह का रफनेस स्तर Ra 3.2 था, एक ऐसी बनावट जो आवर्धन के तहत दानेदार महसूस होगी और धुंधली दिखेगी। इस कंपोजिट पॉलिशिंग के मात्र ढाई मिनट के बाद, सतह पूरी तरह से बदल गई।

जब टीम ने शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी के नीचे तैयार छेदों की जांच की, तो उन्होंने एक अत्यंत शुद्ध सतह पाई। वहां कोई दृश्य खरोंच, गड्ढे या दोष नहीं थे। रफनेस माप नाटकीय रूप से गिरकर Ra 0.1 हो गया, चिकनाई का एक ऐसा स्तर जो उच्च-परिशुद्धता वाले ऑप्टिकल घटकों की बराबरी करता है। अध्ययन ने पुष्टि की कि उपकरण पर विद्युत और यांत्रिक क्रिया के अनुपात को सावधानीपूर्वक ट्यून करके, उस स्तर की फिनिश प्राप्त करना संभव है जो पहले तक पहुंच से बाहर था। यह कार्य उन उद्योगों में महत्वपूर्ण घटकों की गुणवत्ता में सुधार के लिए एक स्पष्ट मार्ग प्रदान करता है जहाँ सतह के हर वर्ग मिलीमीटर की अखंडता मायने रखती है, यह सिद्ध करते हुए कि बिजली और यांत्रिकी का संतुलित संयोजन कुछ सबसे कठिन विनिर्माण समस्याओं को हल कर सकता है।