第四章 电化学加工

b．工件的加工精度和表面质量高 • 由于砂轮只起刮除阳极薄膜的作用，磨削 由于砂轮只起刮除阳极薄膜的作用， 力和磨削热都很小， 力和磨削热都很小，不会产生磨削裂纹和 烧伤现象， 烧伤现象，因而能提高加工表面质量和加 工精度，一般表面粗糙度可优于Ra0.16µm。 工精度，一般表面粗糙度可优于 。
c．砂轮的磨损量小 • 普通刃磨时，碳化硅砂轮磨削硬质合金其磨损量 普通刃磨时， 为硬质合金质量的4～6倍，电解磨削时仅为硬质 为硬质合金质量的4 合金切除量的50% 100%； 50%～ 合金切除量的50%～100%；与普通金刚石砂轮磨削 相比，电解磨削砂轮的损耗速度仅为它们的1/5 1/5～ 相比，电解磨削砂轮的损耗速度仅为它们的1/5～ 1/10，可显著降低成本。 1/10，可显著降低成本。 • 采用电解磨削加工不仅比单纯用金刚石砂轮磨削 时效率提高2 而且大大节省金刚石砂轮， 时效率提高2～3倍，而且大大节省金刚石砂轮， 一个金刚石导电砂轮可用5 一个金刚石导电砂轮可用5～6年。
2. 电解加工的特点
（1）加工范围广，不受金属材料本身力学性能的限制， ）加工范围广，不受金属材料本身力学性能的限制， 可加工硬质合金、耐热合金等； 可加工硬质合金、耐热合金等； （2）电解加工的生产率高，约为电火花加工的 ）电解加工的生产率高，约为电火花加工的5~10倍； 倍 （3）加工过程中工具阴极理论上不耗损，可长期使用； ）加工过程中工具阴极理论上不耗损，可长期使用； (4）不易达到较高的精度和加工稳定性， (4）不易达到较高的精度和加工稳定性，难以实现窄 小孔的加工； 缝、小孔的加工； （5）电极工具设计与制造麻烦，工件必须是导电材料； ）电极工具设计与制造麻烦，工件必须是导电材料； （6）电解液对设备与环境有腐蚀和污染作用，需要防 ）电解液对设备与环境有腐蚀和污染作用， 腐和无害化处理。 腐和无害化处理。

3）电极极化
平衡电极电位是没有电流通过电极时的情况, 当有电流通过时,电极的平衡状态遭到破坏,使阳极 的电极电位向正移(代数值增大),阴极的电极电位 向负移(代数值减小),这种电极电位偏离了无电流 通过电极的电极电位情况称为电极极化. 极化后的电极电位与平衡电位的差值称为超电位 (过电位). i
1 2 电极极化曲线 -V 电位 +V i-电流密度;1-阴极;2-阳极
据电化学加工原理，可将电化学加工分为三类：

利用阳极溶解
电解：通过电化学反应从工件表面去除金属． 电解抛光：通过电化学反应从工件表面去除金属毛刺．

利用阴极上的沉积作用
电镀：在工件表面沉积金属：材料表面装饰保护．
电铸：在阴极上沉积实现附着加工． 电刷镀：
复合电镀：

复合加工
Fe+2 + 2e
Fe （沉积，还原反应）

随着金属表面负电荷的增多，溶液中Fe+2 返回金 属表面的速度逐渐增加。最后，这两种相反的过 程达到动态平衡。

对于化学性能比较活泼的金属（如铁），其表面 带负电，溶液带正电，形成一层极薄的“双电 层”，金属越活泼，这种倾向越大。
活泼金属的双电层
不活泼金属的双电层
电解磨削：
各种电化学方法的比较
工艺名称 电解加工 电解磨削 电铸加工 电镀与 电刷度
电化学 电化学 电化学 电化学 去除加工 去除加工 附着加工 附着加工 加工原理 机械磨削 阴极沉积 阴极沉积 作用 阳极溶解 剥取沉积 附着在表 电解作用 层 面
电化学方法与传统加工方法相比所具有的特点:
① 可对任何硬度、强度、韧性的金属材料进行加工，加工 难加工材料时，其优点更为突出。 ② 加工过程中不存在机械切削力和切削热作用，故加工后 表面无残余应力和冷硬层，也无毛刺 、棱边，表面质量 好。 ③ 大面积上可同时进行加工，也无需粗精分开，故一般具 有较高的生产率。 ④ 加工过程监测与自动控制、工具的准确设计、加工精度 的提高，以及电化学作用的产物（气体或废液）的处理 等都是亟待解决的问题。

4.2 电解加工 一、电解加工过程及其特点 电解加工（electrochemical machining，ECM）是利用金属在电解液中发生阳极溶解反应而去除工件上
多余的材料、将零件加工成形的一种方法。
1-直流电源 2-工具阴
极 3-工件阳极
4-电解液泵
5-电
解液
加工时，工件接电源正极（阳极），按一定形状要求制成的工具接负极（阴极），工具电极向工件缓慢进给，并 使两极之间保持较小的间隙（通常为0.02～0.7mm），利用电解液泵在间隙中间通以高速（5～50m/s）流动 的电解液。
时水(H2O)离解为氢氧根负离子OH－和氢正离子H+，CuCl2离解为两个氯负离子2Cl－和二价铜正离子Cu2+。 当两个铜片接上直流电形成导电通路时，导线和溶液中均有电流流过，在金属片(电极)和溶液的界面上就会 有交换电子的反应，即电化学反应。溶液中的离子将作定向移动，Cu2+正离子移向阴极，在阴极上得到电子 而进行还原反应，沉积出铜。
在工件及工具之间施加一定电压，阳极工件的金属被逐渐电解蚀除，电解产物被电解液带走，直至工件表面形成 与工具表面基本相似的形状为止。
图中的细竖线表示通过阳极（工件）和阴极（工具）间的电流。竖线的疏密程度表示电流密度的大小加工开始时， 工件阳极及工具阴极的形状不同，工件表面上的各点至工具表面的距离不等，因而各点的电流密度不等。
3) 电解液系统 组成有泵、电解液槽、过滤装置、管道和阀。
七、电解加工工艺及其应用
1 深孔扩孔加工 深径比大于5的深孔，用传统切削加工方法加工，刀具磨损严重，表面质量差，加工效率低。目前采用电
解加工方法加工φ4×2000mm、φ100×8000mm的深孔，加工精度高，表面粗糙度低，生产率高。电 解加工深孔，按工具阴极的运动方式可分为固定式和移动式两种。

Fe
+ + + +
-
-
+ + + +
FeCl2
活泼金属 Fe双电层
第一节 电化学加工原理及分类
（三）电极电位

双电层现象 动态过程(不活泼金属) Cu2+ + 2e → Cu Cu→ Cu2+ + 2e 标准电极电位

-
+ +
Cu
+ +
+ + + +
CuSO4
-

不活泼金属 Cu双电层 e
形状和尺寸； b.根据工件的形状尺寸要求，设计工具阴极尺寸及修正量； c.分析加工误差产生的主要原因； d.选择合理的加工参数，如电极间隙、电源电压、进给速 度等。
• 平衡间隙理论的最重要的应用就是设计阴极尺寸。
⑤影响加工间隙的因素
△b=ηωσUR/Vc
• 1)电流效率η • 2)电导率σ
• 3)加工电压U
速度，加工电压要大于或等于两部分电势之和。一部 分是电解液电阻形成的欧姆电压；另一部分是进行阳 极反应和阴极反应所必须的电压，它由阴阳极本身的 电极电位和极化产生的各种超电位组成。
• 电压利用：5%-30%抵消极化产生的超电位；
70%-95%用于克服间隙电解液的电阻
。
• 电流效率：与阳极极化程度有关。
简化计算：
UR=U-2
• 蚀除速度与该处的电流效率、被电解物质的体积电化学当 量、电导率、电解质的欧姆电压成正比，而与加工间隙成 反比。
2.精度成形规律
①端面平衡间隙
vc vc
△0
设加工起始间隙为△0，如果 阴极不动，加工间隙逐渐增 加，蚀除速度逐渐减小。如果

）没有电极损耗。4）工具和工件之间没有宏观作用力。5 ）无需分粗、精加工，生产率高。6）加工表面质量较好 。
局限性：1）加工稳定性和加工精度难以控制。2 ）杂散腐蚀严重。3）工具电极的设计和制造要求 高。4）设备投资大，设备的防腐、密封等要求较 高。5）电解产物处理困难，而且有许多影响环保 的因素。
图4-1 电化学加工原理
电化学加工原理
加工过程 活化和钝化 电极电位 电极极化 电解质溶液
将两片铜片作为电极，接上约12 V的直流电 ，并浸入CuCl2的水溶液中，电解质中的离子将 作定向运动，Cu2+离子将向阴极（负极）移动 ，并在阴极得到电子，还原成铜原子而沉积 在阴极表面。相反，在阳极表面不断有铜原 子失去电子，变成Cu2+离子而进入溶液（溶 解）。其实，任何两种不同的金属放入任何 导电的水溶液作，在电场的作用下都会有类 似的情况发生。阳极表面失去电子（氧化反 应）产生阳极溶解、蚀除，称为电解；阴极 得到电子（还原反应）金属离子还原成为原 子，沉积到阴极表面，称为电镀。
择加工参数的重要基础。 绝对精度是指工件的形状和尺寸相对其 设计图纸要求的偏差量。它取决于阴极
型面精度和加工间隙大小及均匀性。
重复精度是指用同一阴极加工出来的一
批零件的形状和尺寸的偏差量。它取决于 加工间隙的稳定性，工件和工具的安装误 差也有影响。
对粗糙度的影响：工件材料、工具电极、电 解液等。一般可达Ra1.25-0.016 mm。 1）工件材料成分越复杂、组织越疏松、晶 粒越粗大，则加工表面粗糙度越差。
一种金属与其盐溶液之间的电极 电位无法直接测量，但是盐桥法 可以测量出两种不同电极电位的 差。元素在25℃时的标准电极电 位，把金属放在此金属离子的有 效质量浓度为1 g/L的溶液中，此 电极的电位与标准氢电极的电位 差，作为标准电极电位，用U0表

三、电解液 三种常用的电解液
（1）NaCl电解液 其电解液中Cl-为活性离子，阳极工件表面不易产生 钝化膜，具有导电能力强、加工速度高、表面粗糙 度值小、价格便宜等优点。使用最为广泛。 其主要缺点是杂散腐蚀严重，故复制精度低。 （2）NaNO3电解液 是一种钝化型电解液，其阳极极化曲线如图4-5所示。 B E lg i C D
U O 钢在NaNO3电解液中的钝化 图4-5 钢在
A
三、电解液
与NaCl相比，NaNO3具有成型精度高，对机床腐蚀 小等优点。其主要缺点是电流效率和生产率都低， 使用中 NaNO3有消耗。
a) Nacl电解液加工 电解液加工
NaNO3电解液加工
图4-6 杂散腐蚀能力比较
三、电解液
（3）NaClO3电解液 是一种钝化型电解液，具有加工精度高，对机床设 备等锈蚀作用很小的优点，而且还具有同NaCl相近 高的加工效率等优点。其主要缺点是价格贵（是 NaCl的5倍），使用时应注意防火。 （4）电解液中加添加剂 采用在电解液中添加添加剂的方法改变其缺点，如 在NaCl溶液中加入少量磷酸盐，可提高其加工精度， 在NaNO3 溶液中加入少量NaCl可提高加工生产率。
一、电解加工过程及其特点
一、电解加工过程及其特点 电解加工与其他加工方法相比较， 电解加工与其他加工方法相比较，具有下述特点
（1）加工范围广 不受金属材料本身力学性能的限制，可加工硬质合 金、淬火钢、不锈钢、耐热合金等高硬度、高强度 及韧性金属材料，并可加工叶片、锻模等复杂型面。 （2）生产率较高 约为电火花加工的5 ~ 10 5 10倍，在某些情况下，比切 削加工的生产率还高，且加工生产率不直接受加工 精度和表面粗糙度的限制。 （3）可以达到较好的表面粗糙度（Ra 1.25 ~ 0.2 µm）和±0.1 mm左右的平均加工精度。 （4）不存在机械切削力 不会产生残余应力和变形，无热影响，无飞边毛刺。 （5）阴极工具在理论上不会损耗，可长期使用

1）加工范围广
不受金属材料本身力学性能的限制，可以加工硬质合金、淬火钢、 不锈钢、耐热合金等高硬度、高强度及韧性金属材料，并可加工 叶片、锻模等各种复杂型面。
2) 生产率高
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，且加工生产率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制。
3) 加工表面质量好
金属的电化学当量与生产率的关溶解，从而多消耗了一些电
荷。所以引入电流效率：
实际金属蚀除量
理 论 计算蚀 除 量100 %
➢ 为此，实际蚀除量为： 质量 m = KIt 体积 V = It
表4-5 一些常见金属的电化学当量
金属名称
铁
第4章 电化学加工
电化学加工(Electrochemical Machining，ECM) 是特种加工的一个重要分支，目前已成为一种较为 成熟的特种加工工艺，被广泛应用于众多领域。
根据加工原理，电化学加工可分为以下三大类： (1) 利用电化学阳极溶解的原理去除工件材料。 (2) 利用电化学阴极沉积的原理进行镀覆加工。 (3) 利用电化学加工与其他加工方法相结合的电
两极间无电流通过时：平衡电极电位 两极间有电流通过时：
阳极：电极电位→向正移 阴极：电极电位→向负移
极化现象：电流密度增大时，两极电位增 大的现象
❖ 超电位： 极化后的电极电位与平衡电极 电位之差
产生超电位的原因：
浓差极化（在阳极） 电化学极化（在阴极）
阴极 -V
i
电位
阳极 +V
钝化现象
电解加工的基本规律
（一）生产率及其影响因素
1.金属的电化学当量 2.电流密度 3.电极间隙大小和蚀除速度的关系
（二）精度成形规律

间隙中流过，这时阳极工件的金属被逐渐电解腐蚀，电解 产物高速（5～50m/s）的电解液带走。
电解加工的成形原理如图4－7所示，图中的细竖线表示通 过阴极与阳极间的电流，竖线的疏密程度表示电流密度的 大小。在加工刚开始时，阴极与阳极距离较近的地方通过 的电流密度较大，电解液的流速也非常高，阳极溶解也就 较快，见图4－7a。由于工具相对工件不断进给，工件表 面就不断被电解，电解产物不断被电解液冲走，直至工件 表面形成与阴极工作面相似的形状为止，如图4－7b。
Ua－阳极压降 UR－欧姆压降 Uc－阴极压降 电解加 工时的浓差极化一般不大，所以Ua 、Uc主要取决于电化 学极化和钝化。
一般来说，当用氯化钠电解液加工铁基合金时，电流效率 η ＝95％～100％，加工镍基合金和钛合金的电流效率η ＝70％～80％。当采用NaNO3、NaClO3等电解液加工时，电 流效率随电流密度、电解液的浓度和温度剧烈变化。 三、电解液 （一）对电解液的基本要求 （1）具有足够的蚀除速度 （2）具有较高的加工精度和表面质量 （3）阳极反应的最终产物应是不溶性的化合物 还有性能稳定、操作安全，对设备的腐蚀性小以及价 格便宜。 （二）三种常用电解液 中性盐溶液腐蚀性小，使用时较安全，应用普遍，常 用NaCl、NaNO3、NaClO3三种电解液。
z
q1
混合比越高，非线性性能越好。但混合比过高，增加了压 缩空气的消耗量，而且由于含气量过多，间隙电阻过大， 电解作用过弱还会产生短路火花。 气压：0.4～0.45MPa，液压：0.05MPa
电解加工的特点： 1）加工范围广，可以加工硬质合金、淬火钢、不锈钢、 耐热合金等高硬度、及韧性金属材料，并可以加工叶片、 锻模等各种复杂型面。 2）电解加工的生产率较高，约为电火花加工的5～10倍。 3）表面粗糙度较好（Ra1.25～0.2µm）和±0.1mm左右 的平均加工精度。 4）没有机械切削力，所以不会有残余应力和变形，没有 飞边毛刺。 5）加工过程中阴极工具理论上不会损耗，可长期使用。 电解加工的主要缺点和局限性： 1）不易达到较高的加工精度和加工稳定性。 2）电极工具的设计和修正较麻烦，难适用于单件生产。

UR t 0
第五章 高能束加工
1. 2. ①
②
③ ④
常用的高能密度束流加工方法主要是激光加工、 电子束加工、离子束加工等。 高能密度束流加工的共同特点： 加工速度快，热流输入少，对工件热影响极少， 工件变形小。 束流能够聚焦且有极高的能量密度，激光加工、 电子束加工可使任何坚硬、难熔的材料在瞬间 熔融气化，而离子束加工是以极大能量撞击零 件表面，使材料变形、分离破坏。 工具与工件不接触，无工具变形及损耗问题。 束流控制方便，易实现加工过程自动化 可用于打孔、切割、焊接、镀膜、熔炼、热处 理、精细加工
化学镀一层Cu、Ag、Ni等
4.应用举例（镍质精密喷嘴内孔0.2－0.5mm，内 壁镀铬） 车黄铜棒－镀铬－电铸镍－腐蚀去除黄铜芯
第四章 电化学加工
二 电刷镀加工
刷镀、涂镀、无 槽电镀
l.电刷镀原理 原理：阴极沉积 刷镀不需电镀槽， 零件与直流电源的负极相接， 镀笔与正极相接。
电刷镀是把适当的电镀液刷镀到受损 的机械零部件上使其回生的技术。 几乎所 有与机械有关的工业部门都在推广应用， 能以很低的成本换得较大的经济效益。
3.电刷镀工艺 1)设备与电镀溶液 (1)表面预处理溶液 ① 电净液 ② 活化液 (2)电刷镀溶液 2)电刷镀工艺 ① 零件表面的准备：磨、锉削等；除油、 除锈；电净处理；活化处理；对不处 理的部位涂保护层 ② 打底层(过渡层) 1-2微米 ③ 镀工作镀层：可以恢复尺寸 车床导轨面，镀铜修复 ② 填补零件表面的划伤、凹坑、孔洞 ③ 大型、复杂、单个小批工件的局部电镀
格点置换离子
位移原子
图 离子碰撞过程模型
二、离子束加工设备 1、离子枪 ① 离子枪－－灯丝发射电子，电子碰撞原子－－ 产生离子 ② 有效工作区：均匀性为±5％的区域，

4
4.1 电化学加工原理与分类
活泼金属离子在金属晶格上的 能级高于在溶液中的能级(溶 能级高于在溶液中的能级 溶 液中更稳定)，金属离子溶解， 液中更稳定 ，金属离子溶解， 使其(Fe)表面带负电； 表面带负电； 使其 表面带负电 不活泼金属的离子在金属晶格 中比在溶液中更稳定， 中比在溶液中更稳定，表面 图4-2 原电池示意图 (Cu)则带正电荷 则带正电荷; 则带正电荷 ③ Fe、Cu插入同一电解液后 两金属表面分别与电解液 、 插入同一电解液后,两金属表面分别与电解液 插入同一电解液后 形成双电层、但电极电势不同,进而一定的电势差 进而一定的电势差； 形成双电层、但电极电势不同 进而一定的电势差； 电极用导线连接后构成一个原电池( 为阳极 为阳极、 ④ Fe、Cu电极用导线连接后构成一个原电池 Fe为阳极、 、 电极用导线连接后构成一个原电池 Cu 负极)，电子由Fe流向 负极 ，电子由 流向Cu, Fe原子失去电子而成为 原子失去电子而成为 流向 Fe2+进入溶液，这种自发的阳极溶解过程极其缓慢， 进入溶液，这种自发的阳极溶解过程极其缓慢， 电解加工时需外接直流电加速阳极的溶解速度； 电解加工时需外接直流电加速阳极的溶解速度；
②
图4-2 原电池示意图
金属与其盐溶液间的电势差称该金属的电极电势 平 金属与其盐溶液间的电势差称该金属的电极电势(平 电极电势 衡电极电势)，目前不能直接测量； 衡电极电势 ，目前不能直接测量； 电极电势小于不活泼金属(铜 ③ 活泼金属 (铁、铝)电极电势小于不活泼金属 铜、锰) 铁 电极电势小于不活泼金属 的电极电势；因为： 的电极电势；因为：
图4-1 电解(电镀)液中的 电化学反应原理
2) 阴、阳极表面得、失电子的化学反应 电化学反应； 阳极表面得、失电子的化学反应→电化学反应 电化学反应； 3) 利用电化学反应原理对金属进行加工的方法 电化学 利用电化学反应原理对金属进行加工的方法→电化学 电化学反应原理对金属进行加工的方法 加工; 加工

3）电极间隙与蚀除速度的关系
I U R / R U RA /
i I / A U R /
va U R / C /
3、加工间隙 1）端面平衡间隙
va U R / C /
经过一段时间后，阳 极的溶解速度和阴极 的进给速度相等，达 到端面平衡间隙
起始间隙与端面平衡间隙的差别愈大，进给 速度愈小，过渡时间就愈长。
2）法向平衡间隙
b U R n v cos cos
法向平衡间隙比端面 平衡间隙大，并且该 公式只n 2 b y b b
2
2y 1 b
四、电解加工中的基本规律 1、影响生产率的因素 电解加工时，阳极电极被溶解或析出的金 属量与通过的电流大小和电解时间成正比。
m—电极上溶解或析出的物质质量 V—溶解或析出物质的体积
I—电解电流 t—电解时间
1）电化学当量 K——被电解物质的质量电化学当量 ω——被电解物质的体积电化学当量
2）电流效率 电流效率小于100%，说明反应可能有一些 副反应消耗了电能。若阳极极化十分严重， 阳极的电极电位高于溶液中的某些阴离子， 阳极不溶解，则电流效率为零。 电流效率大于100%，由于晶界腐蚀，导致 阳极材料脱落。
侧面不绝缘 工件型孔始终处于被 加工状态，形成明显的 喇叭口，每一点的间隙 随着加工深度变化。
侧面绝缘
a 2 b b b
2
此时的间隙与工具的 进给量无关，只取决 于工作边宽度
3）电流密度 电流密度越高，生产率越大，但随着电流 密度的增加，电压也随着增高，因此在提 高生产率时应以不击穿加工间隙，引起火 花放电为度 。
2、加工速度 1）体积加工速度 单位时间内去除工件材料的体 积量。 2）深度加工速度——单位时间内在工件深度上的 去除量 Va h V It i t At ( At)

二、电解液的特性 能够满足电解液基本要求的电解液就能用于电解加工，但其特性不 同，使用性能也就有优劣。判定电解液优劣的标准是加工时所达到的精 度、表面质量和生产率。电解液的特性主要从杂散腐蚀、电流效率、加 工速度的非线性三个方面表现出来。 1. 杂散腐蚀 杂散腐蚀是衡量电解液加工精度高低的指标。在除了电解液以外其 它条件都相同的情况下，能严格地按照工具电极的形状进行加工，成形 精度高的电解液，其杂散腐蚀小，反之则大。例如，NaCI电解液的生产 率高，电解能力强，但因杂散腐蚀大，成型精度低，加工型孔时如果侧 壁不绝缘，孔壁呈抛物线形。而使用NaNO3、NaCIO3等钝化性的电解液， 杂散腐蚀小，加工型孔时，虽然侧壁不绝缘，但当侧面间隙大到一定程 度后就基本保持不变，孔壁的锥度小，成型精度高。
电解加工示意图 1-主轴 2-工具 3-工件 4-直流电源
电解加工成型原理
二、电解加工的特点
1. 能以简单的直线进给运动一次加工出复杂的型面和型腔，如锻模、叶片等，设 备构成简单； 2. 可以加工高硬度、高强度和高韧性等难以切削加工的金属材料，如淬火钢、钛 合金、不锈钢、硬质合金等； 3. 加工过程中无切削力和切削热，工件不产生内应力和变形，适合于加工易变形 和薄壁类零件； 4. 加工后的零件无毛刺和残余应力，加工表面粗糙度Ra可以达到0.2～1.6µm，尺 寸精度：内孔可以达到±0.03～0.05mm、型腔可以达到±0.5～0.20mm； 5. 与其它加工方法相比，生产率较高； 6. 加工过程中工具电极（阴极）基本不损耗。 电解加工也存在如下的局限性： 1. 加工精度一般不如电火花加工和超声波加工高； 2. 加工复杂型腔和型面时，工具的制造费用较高，一般不适合于单件和小批 量生产； 3. 电解加工设备占地面积大、附属设备多、初期投资较大； 4. 电解液的处理和回收有一定难度，而且对设备有一定的腐蚀作用，加工过 程中产生的气体对环境有污染。

二、电解液 1. 主要作用：
◆ 作为导电介质传递电流；
◆ 在电场作用下进行电化学反应；
◆ 及时带走加工间隙内产生的电解产物及热量。
2. 基本要求：
◆ 保证足够的蚀除速度 即电解质有较高的溶解
度和离解度。
◆ 保证较高的精度和表面质量 即电解液中的金
属阳离子不应放电沉积到阴极工具上。
◆ 阳极反应的最终产物应是不溶性的化合物 。 ◆ 具有性能稳定、操作安全、价格便宜及对设
结合进行加工
导电磨削
• 又称电解磨削。是电解作用和机械磨 削相结合的加工过程。导电磨削时，工件 接在直流电源的阳极上，导电的砂轮接在 阴极上，两者保持一定的接触压力，并将 电解液引入加工区。当接通电源后，工件 的金属表面发生阳极溶解并形成很薄的氧 化膜，其硬度比工件低得多，容易被高速 旋转的砂轮磨粒刮除，随即又形成新的氧 化膜，又被砂轮磨去。如此进行，直至达 到加工要求为止。
电解加工的基本设备
• 直流电源：硅整流电源及晶闸管整流电源
• 机床：应有足够的刚度、进给速度稳定、防 腐绝缘、安全 • 电解液系统：
五、电解加工应用
该方法广泛应用在各种膛线、花键孔、深
孔、锻模、内齿轮、链轮、叶片、异形零件及去
毛刺、倒角等加工。
第三节 电解磨削
一、电解磨削的原理及特点
原理：电解作用与机械磨削相
国内情况
• 中国在20世纪50年代就开始应用电 解加工方法对炮膛进行加工，现已广泛 应用于航空发动机的叶片，筒形零件、 花键孔、内齿轮、模具、阀片等异形零 件的加工。近年来出现的重复加工精度 较高的一些电解液以及混气电解加工工 艺,大大提高了电解加工的成型精度,简化 了工具阴极的设计，促进了电解加工工 艺的进一步发展。

1.金属的电化学当量 2.电流密度 3.电极间隙大小和蚀除速度的关系
（二）精度成形规律
1.端面平衡间隙 2.法向平衡间隙 3.侧面间隙
（三）表面质量
（一）生产率及其影响因素
生产率
法拉第电解定律：电解时电极上溶解或析出物质的 量（质量m或体积V），与电解电流I 和电解时间t （即电荷量Q=It)成正比: m=KIt V=ωIt
电极的极化
浓差极化：
离子扩散速度缓慢造成 离子的集聚而引起
主要发生在阳极上
阳极：金属的溶解与 金属离子的扩散
阴极：H离子的扩散
电化学极化
电子的集聚造成电化学 反应缓慢而引起
主要发生在阴极上
阴极：电子集聚 阳极：如果发生析氧
则极化严重
图4-5 电极极化曲线 i—电流密度
第四章 电化学加工
一 电化学加工原理
阴极：
还原反应，阴极沉积
阳极：
氧化反应，阳极溶解
电解质溶液：电离
强电解质 弱电解质
图4-1 Cu在CuCl2中的电化学反应
电极电位
电极电位的形成
金属、电解质溶液 双电层的形成
电极电位
标准氢电极 标准电极电位：25时，金属与该
质量电化学当量与体积电化学当量的关系K=ωρ
考虑到电流效率η =（实际蚀除量/理论蚀除量）×100%
m= η KIt V= η ωIt
表4-5 一些常见金属的电化学当量
金属名称
铁
镍 铜 钴 铬
铝
密度/(g·c)
7．86
8．80 8．93 8．73 6．9
2．69
电化学当量
K/g·(A·h 1．042(二价) 0．696(三价) 1．095 1．188(二价) 1．099 0．648(三价) 0．324(六价) 0．335

+
+
活泼金属
不活泼金属
• 电位差
• 由于“双电层”的存在，在正负电层之间，也就是金属和 电解液之间形成电位差。 • 产生在金属和它的盐溶液之间的电位差称为金属的电极电 位。因为它是金属在本身盐溶液中的溶解和沉积相平衡时 的电位差，所以又称为平衡电极电位。 • 不活泼金属也能形成“双电层”，但是这种双电层是金属 表面带正电，靠近金属表面的溶液一薄层带负电，金属越 不活泼，这种倾向越大。
• 还原性、还原能力、还原剂：同一概念。指失电子的物质。
本身被氧化，使对方被还原指反应物。 • 氧化产物：还原剂失电子被氧化成的生成物。
• 还原产物：氧化剂得电子被还原成的生成物。
• 3. 电极电位
• 由于金属原子都是由外层带 负电荷的自由电子和带正电 荷的金属阳离子所组成的， 即使没有外接电源，当金属 与它的盐溶液接触时，经常 会发生电子得失的反应。电 子交给溶液中的离子，或从 溶液中得到电子，这样，当 金属上有多余的电子而带负 电时，溶液中靠近金属表面 很薄的一层则有多余的金属 离子而带正电。 • 双电层
• 电化学反应过程的特点
• ① 可对任何硬度、强度、韧性的金属材料进行加工，加工 难加工材料，其优点尤为突出。 • ②加工过程不存在机械切削力和切削热的作用，故加工后 表面无残余应力、冷硬层、也无毛刺或棱角，表面质量好 。 • ③加工可以在大面积上进行，也无需粗、精分开，故一般 具有较高的生产率。
第四章 电化学加工
• 4.1 概述
• 定义 • 也称电解加工。是通过电化学反应从工件上去除或在工件 上镀覆金属材料的特种加工方法。 • 简史 • 1958年美国阿诺卡特公司首先研制出世界第一台电解加工 机床，用于叶片加工。此后，日本和西方各国相继研究和生 产了多种电解加工机床，使这一工艺得到日益广泛的应用。 • 中国电解加工工艺始于上世纪60年代初，首先用于航空工 业中加工叶片，兵器工业加工大炮膛线，后来推广到其他民 用工业，如汽车、拖拉机制造业加工锻模，汽轮机制造业加 工整体叶轮，还用于花键、异形孔的加工。