电化学加工

<2> 进给稳定 : 一般进给速度 变化量要求小于5%，爬行量 ＜0.03mm。
<3>防腐绝缘 <4>排氢防暴
2．直流电源 （1）低电压5-25V （2）大电流：1000-10000A，密度：100A/cm2 （3）常用电源：硅整流电源、晶闸管整流电源、脉冲电流加 工电源
3．电解液循环过滤系统
（1）组成：泵、电极液槽、过滤装置、管道、阀等 （2）多级离心泵：压力、流量稳定;密封、抗腐蚀； （3）净化：自然沉淀法，散热，多用水泥
③ 电解加工设备投资较高，占地面积较大。
④ 电解液对设备、工装有腐蚀作用，电解产物处理不好易 造成环境污染。
（二）电解加工设备 1．机床：立式，双柱龙门式 （1）作用：安装夹具，工件， 电极，实现相对运动，传递 电流，电解液 （2）特殊性： <1> 机床刚性好 : 电解液的压 强一般可达20～40kN。
（2）电流密度 i <1>V=ωi A tη <2>蚀除速度：v=V/t=ωi A η va=v/t=ωiη <3>i越大，加工效率越高，但i太高，火花，析出氯气，氧气等 <4>实际i决定于电源电压，间隙大小，电解液及其导电率
电解加工的平均电流密度约为10～100A/cm2，当电解液压力 和流速较高时，可以选用较高的电流密度。但电流密度过高， 将会出现火花放电，析出氯、氧等气体，并使电解液温度过高， 甚至在间隙内会造成沸腾气化而引起局部短路。
<5>浓度与温度： 电解液温度不宜超过60℃，一般在30～40℃范围内较为有利。 NaCl电解液的质量分数常为10%～15%，一般不超过20%， 当加工精度要求较高时，常小于10%。NaNO3电解液的质量 分数一般在20%左右，而NaClO3常用15%～35%。 <6>流速与电流密度配合：加工过程中电解液必须具有足够的 流速，以便及时将氢气、金属氢氧化物等电解产物和加工区 的大量热量带走。电解液的流速一般约在10m/s左右，电流密 度增大时，流速要相应增加。改变流速可通过调节电解液泵 的出水压力来实现。 <7>流动方向 ：电解液的流向有三种形式，即正向流动、反 向流动和横向流动

考虑如下的实验场景
e
铁片
铜片
阳极铁片 e
e 阴极铜片
NaCl
NaCl
4 电极的极化
在电化学过程中通常发生两种极化现象：浓差极化和电化学极化
1）浓差极化：在电化学反应过程中，阳极金属不断溶解的条件之 一是生成的金属离子需要越过双电层，再向外迁移并扩散。然而， 离子迁移扩散的速度是有一定限度的。在外电场的作用下，如果 阳极表面的液层中的金属离子迁移扩散的速度较慢而来不及扩散 到溶液中去，就会在阳极表面造成离子堆积，引起电位值增大 （代数值增大），这就是浓差极化。
使金属钝化膜破坏的过程称为活化。金属活化后，新鲜的金属 表面露出，可以进一步的参与电解过程，从而使加工速度提高。
二 电化学加工的分类
第一类 电解加工 第二类 电镀，涂镀和电铸加工 第三类 电化学与其他加工方法相结合的电化学复合加工工艺， 例如 电解磨削，超声电解等
第二节 电解加工
一 电解加工的过程及特点
m KIt
V It
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V It
根据法拉第电解定律，电解溶解或析出的物质的量只与该物质的 电化学当量，电解电流和电解时间有关。在理论上不受电解液浓 度，温度，压力，电极形状等因素的影响，与上述诸因素无关。
实际金属蚀除量
理论计算蚀除量 100 %
因此上述公式需要修正为：
m KIt V It
1 修复零件磨损表面、恢复几何尺寸、实施超差补救。
2 填补零件表面的划伤、凹坑、斑蚀、空洞等缺陷。例如机床 导轨、活塞液压缸等表面的修补。
3 大型、复杂、单个小批工件的表面镀镍、铜、锌、金、银等 防腐层、耐腐层等，用以改善表面性能。
四 电铸和涂镀（电镀）加工有何异同点？
相同点：两者的加工原理完全一样。

电化学加工
电化学加工(electrochemical machining ) 利用电化学反应（或称电化学腐蚀）对金属材料进行加工的方法。

与机械加工相比，电化学加工不受材料硬度、韧性的限制，已广泛用于工业生产中。

常用的电化学加工有电解加工、电磨削、电化学抛光、电镀、电刻蚀和电解冶炼等。

电化学加工的特点
电化学加工（ECM），是一种以电解原理为基础的加工技术。

加工时工具作为阴极和直流电源的负极连接，工件则作为阳极和电源正极相连。

在电解液中阴极和工件之间发生电荷交换，阳极工件被溶解。

ECM技术的优势在于：
1）能加工各种硬度和强度的材料，不管其硬度和强度有多大，都可以加工；
2）生产效率高，约为电火花加工的5-10倍，在某些情况下比切削加工的生产率还高；
3）表面质量好，不会产生残余应力和变质层，没有飞边、刀痕和毛刺，表面粗糙度可达Ra0.05μm；
4）工具电极在理论上不损耗，基本上可以长期使用。

ECM技术当前存在的主要问题是加工精度难以严格控制，尺寸一般只能达到0.15-0.3mm。

德国埃马克在电解加工的基础上，独立研发的精密电解加工技术，不仅可以满足越来越小的零件加工需求，而且加工精度可达到20μm以
下，同时也使产品表面质量更趋完美。

如今，电化学加工法已被广泛应用在航空航天、汽车制造、精密医疗仪器制造、显微技术和能源技术领域。

不管是特硬的的高温合金材料如镍基，钛合金零件，还是淬火后的零件，采用电化学加工技术都可以对它们进行经济有效的精密加工。

第二节 电解加工工艺
1.电解加工的基本原理和特点 电解加工 （电化学加工）是利用金属在电解 液中产生阳极溶解的电化学反应原理，对金 属材料进行成形加工的一种方法。 电解加工时的化学反应是比较复杂的，它随 工件材料、电解液成分等不同而不同。 是在电解抛光工件表面的基础上发展起来的。 电解抛光只能进行抛光，不能改变工件原有 的形状、尺寸。
2.相关概念
溶于水能导电的物质叫电解质，如酸、碱、盐等。 电解质的水溶液称为电解质溶液（简称电解液） 电解液浓度：电解液中所含的电解质的多少， 一般以质量百分比浓度（％）表示，即指每100克溶液中所含 溶质的克数； 还有用物质的量浓度表示，即指一升溶液中的电解质的摩尔 数。 电解质溶液之所以能导电与其在水中的状态有关，因为水分子是 极性分子，可以与其它的带电粒子发生微观静电作用。 NaCl是一种结晶体，组成晶体的粒子不是分子而是相间排列 的Na＋离子和Cl－离子，叫做离子型晶体。 电解质水溶液中每个阴离子和阳离子的周围都吸引一些水分 子成为水化离子，这一过程称为电解质的电离。
（1）浓差极化
浓差极化是由于电解过程中电极附近溶液的浓度和本体溶 液（指离开电极较远，浓度均匀的溶液）浓度发生差别所 致，例如阳极溶解时，金属离子从阳极表面附近溶液扩散 缓慢，于是电极表面附近溶液的金属离子浓度比本体溶液 的浓度高，就好像电极侵入一个浓度较高的溶液中一样。 在阳极熔解过程中，金属不断熔解的条件之一是生成的金 属离子需要越过双电层，再向外迁移并扩散，然而扩散与 迁移的速度是有一定限度的，在外电场的作用下，如果阳 极表面液层中金属离子的扩散与迁移速度较慢，来不及扩 散到溶液中去，使阳极表面造成金属离子堆积，引起电位 值增大（即阳极电位向正极），这就是浓差极化。 浓度差别所引起的极化称为浓差极化。