Micro-maquinação - maquinação eletroquímica

1. Introdução à maquinagem eletroquímica.

As reacções químicas que envolvem o ganho ou a perda de electrões que ocorrem na superfície do cátodo e do ânodo são conhecidas como reacções electroquímicas. O método de utilização destas reacções electroquímicas para maquinagem é designado por maquinagem eletroquímica (ECM). Com base nos princípios da maquinagem eletroquímica, a tecnologia pode ser dividida em duas categorias: fabrico subtrativo baseado no princípio da dissolução anódica, incluindo a maquinagem eletroquímica, o polimento eletroquímico e a rebarbação eletroquímica; e fabrico aditivo baseado no princípio da deposição catódica, incluindo a eletrodeposição, a galvanoplastia e a galvanoplastia com pincel. Em comparação com a maquinagem por descarga eléctrica (EDM), a maquinagem eletroquímica oferece vantagens como taxas de remoção de material mais elevadas, ausência de zona afetada pelo calor, acabamento superficial suave e ausência de desgaste da ferramenta.

Numa reação química, quando um metal entra em contacto com a sua solução salina, ocorre frequentemente uma troca de electrões, em que o metal doa electrões aos iões da solução e ganha electrões da solução. Quando esta troca de electrões atinge o equilíbrio, forma-se uma fina camada dupla na superfície do metal. A superfície de um metal quimicamente ativo tem uma carga negativa, enquanto a solução tem uma carga positiva, e a superfície de um metal menos reativo tem uma carga positiva, enquanto a solução tem uma carga negativa. A presença da dupla camada cria uma diferença de potencial entre o metal e a sua solução salina. Esta diferença de potencial, que é gerada devido ao equilíbrio entre a dissolução e a deposição do metal na solução salina, é designada por potencial de elétrodo de equilíbrio. Quando um metal é imerso num outro eletrólito, forma também uma dupla camada e uma diferença de potencial. Se dois eléctrodos metálicos estiverem ligados por um condutor, os electrões fluirão através do condutor, criando uma célula primária. Os electrões fluem do elétrodo de ferro para o elétrodo de cobre, e este fluxo de electrões é extremamente lento. A tecnologia de maquinação eletroquímica utiliza este princípio de fluxo de electrões.

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Como mostra a Figura 1.1, durante o processo de maquinagem, é aplicado um campo elétrico externo para acelerar o fluxo de electrões, aumentando assim a taxa de reacções químicas e conseguindo a remoção de material metálico. Este método de aplicação de um campo elétrico externo é equivalente à combinação de uma célula electrolítica com a célula primária. Após a aplicação de energia, sob a influência da força do campo elétrico, os catiões do eletrólito deslocam-se para o cátodo (elétrodo de Cu) e os aniões deslocam-se para o ânodo (elétrodo de Fe). A fonte de energia externa retira continuamente electrões do ânodo, causando uma rápida dissolução dos iões metálicos do ânodo, ao mesmo tempo que fornece electrões ao cátodo, resultando na deposição de catiões.

2. Características da tecnologia de maquinagem eletroquímica.

1. Pode processar materiais metálicos difíceis de maquinar com elevada resistência e dureza, tais como carboneto de tungsténio, carboneto de titânio e ligas de alta temperatura. Além disso, a taxa de maquinação não depende das propriedades mecânicas do metal. Pode ser utilizado para processar cavidades complexas na superfície de materiais de alta resistência, tais como lâminas de motores de aeronaves, bocais de motores de foguetões, impulsores integrais e vários orifícios e superfícies bidimensionais ou tridimensionais complexos.
2. Durante o processo de maquinação, não há geração de forças de corte nem de calor de corte, o que o torna particularmente adequado para o processamento de peças de paredes finas que são propensas a deformação. A maquinação eletroquímica é um método de maquinação a frio realizado sob a forma de iões. Não existem tensões residuais ou zonas afectadas pelo calor no processo de maquinagem, o que resulta numa boa qualidade da superfície da peça de trabalho sem rebarbas ou fulgor.
3. As ferramentas utilizadas no processo de maquinagem não apresentam desgaste e podem ser utilizadas durante muito tempo. No entanto, é necessário evitar a deposição de produtos catódicos e os efeitos de queimaduras por curto-circuito no cátodo da ferramenta. A maquinagem eletroquímica tem uma elevada eficiência, especialmente na maquinagem eletroquímica, em que a taxa de remoção de material é muito superior à da maquinagem por descarga eléctrica.
4. A tecnologia de maquinagem eletroquímica só pode processar materiais condutores. Em comparação com a maquinação mecânica tradicional, o equipamento de maquinação eletroquímica requer um maior investimento e ocupa mais espaço. Além disso, o eletrólito utilizado pode corroer o equipamento e os produtos electrolíticos podem ter impactos ambientais.