精密与超精密加工课件第4章(4.25).ppt

第四章 电化学加工技术 电化学加工（Electrochemical Machining 简称ECM）包括从工件上去除金属的电解加工和向工件上沉积金属的电镀、涂覆加工两大类。 4.1 电化学加工的原理与分类 一. 电化学加工的原理 1.电化学加工过程 2.电解质溶液 凡溶于水后能导电的物质叫做电解质；如盐酸(HCl)、硫酸(H2SO4)、氢氧化钠(NaOH)、食盐(NaCl)、硝酸钠(NaNO3)、氯酸钠(NaClO3)等酸、碱、盐都是电解质。 电解质与水形成的溶液为电解质溶液，简称为电解液。 当离子质量浓度改变时，电极电位也随着改变，可用“能斯特公式”换算，下式是在25℃时的简化式 4.电极的极化 以上讨论的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)，这种现象称为极化，如图4—5所示。极化后的电极电位与平衡电位的差值称为超电位，随着电流密度的增加，超电位也增加。 （1）浓差极化 在阳极过程中，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，引起了电位值增大(即阳极电位向正移)，这就是浓差极化。 （2）电化学极化 电化学极化主要发生在阴极上，从电源流入的电子来不及转移给电解液中的H+离子而在阴极上积累过多的电子，使阴极电位向负移，从而形成了电化学极化。 5.金属的钝化和活化 金属在某些电解液中电解时，当电流密度增加到一定值后，金属的溶解速度在大电流密度下维持一段时间后反而急剧下降，使铁成稳定状态不再溶解。电解过程中的这种现象称阳极钝化（电化学钝化），简称钝化。 钝化原因：成相理论和吸附理论 。 成相理论认为，金属与溶液作用后在金属表面上形成了一层紧密的极薄的膜，通常是由氧化物、氢氧化物或盐组成，从而使金属表面失去了原来具有的活泼性质，使溶解过程减慢。 吸附理论认为，金属的钝化是由于金属表面形成了氧的吸附层引起的。它可以是氧原子、氧离子、氢氧根离子等。 活化的方法： 1）把溶液加热； 2）通入还原性气体或加入某些活性离子等等； 3）采用机械办法破坏钝化膜； 4）电源反接 。 二. 电化学加工的分类 电化学加工有三种不同的类型。第Ⅰ类是利用电化学反应过程中的阳极溶解来进行加工，主要有电解加工和电化学抛光等；第Ⅱ类是利用电化学反应过程中的阴极沉积来进行加工，主要有电镀、电铸等；第 Ⅲ 类是利用电化学加工与其他加工方法相结合的电化学复合加工工艺进行加工，目前主要有电解磨削、电化学阳极机械加工(其中还含有电火花放电作用)。电化学加工的类别如表1所示。 三. 电化学加工的适用范围 电化学加工的适用范围，因电解和电镀两大类工艺的不同而不同。 电解加工可以加工复杂成型模具和零件，例如汽车、拖拉机连杆等各种型腔锻模，航空、航天发动机的扭曲叶片，汽轮机定子、转子的扭曲叶片，齿轮、液压件内孔的电解去毛刺及扩孔、抛光等。 电镀、电铸可以复制复杂、精细的表面。 4.2 电解加工 电解加工（ECM）是继电火花加工之后发展较快、应用较广泛的一项新工艺，目前在国内外已成功地应用于枪炮、航空发动机、火箭等的制造工业，在汽车、拖拉机、采矿机械的模具制造中也得到了应用，故在机械制造业中，已成为一种不可缺少的工艺方法。 一、电解加工过程及其特点 1．概念 电解加工是利用金属在电解液中的电化学阳极溶解原理并借助于成型的阴极，将工件按一定的形状和尺寸加工成型的一种工艺方法。 随着工件表面金属材料的不断溶解，工具阴极不断地向工件进给，溶解的电解产物不断地被电解液冲走，工件表面也就逐渐被加工成接近于工具电极的形状，如此下去直至将工具的形状复制到工件上。 2．应具备的工艺条件： （1）工件阳极和工具阴极间保持很小的间隙，一般在0.1～1mm范围内； （2）电解液从加工间隙中不断高速（5～50m/s）流过（通常取6～30m/s），且间隙具有一定压力（0.5～2MPa）； （3）工件阳极和工具阴极分别和直流电源（10～24V）连接。 3．电解加工成型原理 电解加工成型原理如图4-7所