先进成形与智能技术 习题及答案 第6章.docx

第六章思考题参考答案

简述电化学加工的原理及种类。

原理：基于电化学作用原理去除材料（阳极溶解）或增加材料（阴极积沉）的加工技术。

分类：1.利用电化学阳极溶解来进行加工，主要有电解加工、电解抛光等；2.利用电化学阴极沉积进行加工，主要有电镀、涂镀、电铸等；3.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，主要有电化学加工与机械加工相结合，如电解磨削、电化学阳极机械加工。

电解加工中，何谓电流效率？

电流效率指实际溶解（或沉积）金属所占的耗电量对通过总电量的有效利用率。定义电流效率η为：

η

喷射电沉积与传统电沉积有何区别？

喷射电沉积与传统电沉积在传质速率、扩散层厚度、极限电流密度等方面存在差异。喷射电沉积与传统电沉积的区别主要在工艺方式和效果上。喷射电沉积通过高速喷射电解液，显著提高了金属离子的传质速率，减小了扩散层厚度，从而提高了极限电流密度，允许更快的沉积速率和更致密的涂层。相比之下，传统电沉积依靠自然扩散或弱对流传质，扩散层较厚，传质速率较低，极限电流密度受限。喷射电沉积涂层致密且区域控制精准，适用于复杂形状、高质量涂层的制备，如微电子器件和精密模具。传统电沉积工艺简单、成本低，适合大面积防腐或装饰性镀层，但效率相对较低。

试述激光加工的能量转化过程，以及它是如何从电能转化为光能又转化为热能来加工材料的。

首先，激光器将电能转化为光能，通过受激辐射产生高相干性和高能量密度的激光；然后，聚焦的激光束照射到材料表面，材料吸收光能并转化为热能，引起熔化、汽化、烧蚀或热影响等效应，从而实现切割、焊接、打孔、雕刻或表面改性等加工过程。

电子束加工和离子束加工在原理上有何异同？

电子束加工和离子束加工均利用高能粒子束在真空环境中对材料进行加工，但在原理和应用上有所不同。电子束以高速电子为载体，通过热效应和电磁相互作用实现材料的熔化、汽化或改性，穿透力较强，适用于焊接、热处理等加工；而离子束以带电离子为载体，通过动能传递和表面撞击引起溅射、刻蚀或化学反应，主要作用于表面，适用于薄膜沉积、精密抛光等表面微细加工。

电子束、离子束、激光束三者相比，在工艺和应用范围上各有何特点？

电子束：

电子束具有高能量密度和可精确聚焦的特点，因而加工精度高、效率高，且无污染，属于清洁加工技术。电子束加工根据功率密度和能量注入时间的不同，应用于打孔、切割、蚀刻、焊接、热处理及光刻等领域，适合需要高精度、深度较大的加工场景。

离子束：

离子束利用带电离子对材料表面进行轰击，具有极高的加工精度和表面修饰能力，主要作用于材料表面，适合纳米级和亚微米级加工。广泛应用于半导体制造、光学器件加工、薄膜沉积、表面改性和高精度表面抛光等，尤其在微电子和高端制造中具有重要价值。

激光束：

激光束通过聚焦光能实现高温效应，能熔化或气化几乎所有材料，包括耐热合金、陶瓷、石英和金刚石等硬脆材料。其加工灵活性强，可实现无接触加工。激光加工广泛用于切割、焊接、表面改性、打孔、雕刻和增材制造，特别适合硬脆材料和复杂形状工件的加工。

简述增材制造技术的种类。

种类：粉末床熔融、定向能量沉积、立体光固化、粘接剂喷射、材料挤出、材料喷射、薄材叠层。

简述激光粉末床熔融技术与电子束粉末床熔融技术的区别与各自优势。

区别：1.能量源不同，激光粉末床熔融技术使用激光，电子束粉末床熔融技术使用电子束；2.激光粉末床熔融技术通常在惰性气体（如氩气）保护环境中运行，以避免材料氧化和污染；电子束粉末床熔融技术在高真空环境中工作，以确保电子束稳定性并防止散射；3.电子束粉末床熔融技术适用于导电性良好的金属材料，不适合非导电性材料；激光粉末床熔融技术适用材料更广泛。

优势：电子束粉末床熔融能量利用率高，生产效率高，适合大批量生产，较少需要进行后处理；激光粉末床熔融技术的设备成本相对较低，材料适用范围广泛，特别适合生产复杂几何形状的零件，且加工精度高，表面质量优异。

简述影响激光近净成形质量的因素。

影响因素：激光功率、扫描速度、扫描路径和光斑大小等工艺参数；粉末的颗粒尺寸、形状及成分等材料特性；成形环境中的气氛控制等。