电化学加工
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
第四章：电化学加工
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
m KIt
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
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。
第六章电化学加工
第六章电化学加工一、电化学反应过程图1-1所示为电化学加工的原理。
两片金属铜（Cu）板浸在导电溶液，例如氯化铜（CuCI2）的水溶液中，此时水（H20）离解为氢氧根负离子0*和氢正离子H+, CuCI2离解为两个氯负离子2CI -和二价铜正离子Cu+2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，Cu+2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。
个人收集整理勿做商业用途在阳极表面Cu原子失掉电子而成为Cu+2正离子进入溶液。
溶液中正、负离子的定向移动称为电荷迁移。
在阳、阴电极表面发生得失电子的化学反应称为电化学反应。
这种利用电化学反应原理对金属进行加工（图1-1中阳极上为电解蚀除，阴极上为电镀沉积，常用以提炼纯铜）的方法即电化学加工。
个人收集整理勿做商业用途【电解质：溶于水后能导电的物质，盐酸（HCI）、氢氧化钠（NaOH ）、食盐（NaCI ）、氯酸钠（NaCI03 ）等酸、碱、盐。
个人收集整理勿做商业用途电解质溶液：电解质与水形成的溶液。
质量分数：电解液中所含电解质的多少。
电离：物质溶解于水时，离解成自由移动的离子的过程。
】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n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；第川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）。
个人收集整理勿做商业用途第一节电解加工、电解加工的原理电解加工的过程如图。
加工时，工件接直流电源的正极（阳极），按形状要求制成的工具接负极(阴极)两极间保持0.1~1mm的间隙，具有一定压力(0.5~2.5Mpa )的电解液从两极间隙中高速(5~60m/s)流过。
电化学加工知识
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。
电化学加工精简版
电铸薄膜是生产厚度薄、面积广并且要求尺寸 精度高元件的最经济的制造方法。电铸镍薄膜主
要应用在抗腐蚀元件、PCB 板的焊接点、无石棉
衬垫及防火薄膜。另外，一种电铸的墨化镍薄膜 被用作太阳能吸收元件。 (3)电铸网状元件 电铸网状元件是指包含规则孔洞图案的薄膜 元件。这种电铸制造被广泛的用在咖啡及糖的滤 网、电动刮胡刀具和筛子。此外，电铸网状元件
常用的电解液： NaCl 蚀除效率高，有杂散腐蚀 NaNO3 钝化型电解液 NaClO3 钝化型电解液
4.1.4 电解加工的应用 电解去毛刺 机械加工后的金属零件都可能产生毛刺，大 批量生产时，去毛刺的工作量也很大，特别是硬 而韧工件上的毛刺，需要占用很多的人力，耗费 许多时间。电解去毛刺可以大大提高工效，还可 以避免机械方式或手工方式去毛刺对已加工表面 产生的损坏。 电解去毛刺是通过电化学原理使得毛刺表面 ( 阳极) 的电流极大从而溶解，并通过一定压力的 电解液带走。
电解穿孔
电极进给 绝缘层 电极 电极 电解液
工件
工件 电解液
电极进给
电解加工整体叶轮
4.2 电解抛光 电解抛光是一种表面光整加工方法，利用金 属在电解液中的电化学阳极溶解作用使阳极凸起 部分发生选择性溶解以形成平滑表面的方法。电 解抛光不改变工件形状和尺寸，只降低工件的表 面粗糙度和改善表面物理机械性能。 电解抛光的特点 （ 1）抛光的表面不会产生变质层﹐无附加应 力﹐并可去除或减小原有的应力层﹔ （ 2）对难于用机械抛光的硬质材料﹑软质材 料以及薄壁﹑形状复杂﹑细小的零件和制品都能 加工﹔
电化学加工技术
电化学加工技术
一、电化学加工的概述 二、电化学加工的原理 三、电化学加工的设备及组成 四、电化学加工的分类介绍 五、电化学加工的发展前景
第四章电化学加工
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。
电化学加工
电 化 学 加 工
电 化 学 加 工
2、电解加工的特点
（１） 加工范围广 不受材料本身强度、硬度和韧性的限制，可 加工高强度、高硬度和高韧性等难切削的金 属材料，如淬火钢、钛合金、硬质合金、不 锈钢、耐热合金， 可加工叶片、花键孔、炮管膛线、锻模等各 种复杂的三维型面，以及薄壁、异形零件等
电 化 学 加 工
电 化 学 加 工
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，工件阳极与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。 阳极与阴极距离较近的地方通过的电流密度较大，电解液的 流速也较高，阳极溶解的速度也就较快，而距离较远的地方 ，电流密度就小，阳极溶解就慢。由于工具相对工件不断进 给，工件表面上各点就以不同的溶解速度进行溶解，电解产 物不断被电解液冲走，直至工件表面形成与工具表面基本相 似的形状为止。
电解液可分：
中性盐溶液
腐蚀性小，使用时较安全，应用最普遍 最常用的有
NaCl：使用广泛、加工便宜、货源充足、复制精度差 NaNO3：钝化型电解液，成形精度高、腐蚀性小、安全、 价格便宜、电流效率低、生产效率低，有消耗 NaClO3：加工精度高、生产效率高、价格昂贵、强氧化 剂
极化后产生超电位
电 化 学 加 工
5、金属钝化和活化
钝化：
金属阳极溶解过程超电位升高，电解速度减
慢，直至形成稳定状态不溶解 钝化形成钝化膜
活化：
破坏金属钝化膜
方法：
加入还原性气体或活性离子 机械方法破坏钝化膜
电 化 学 加 工
6. 电 化 学 分 类
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电化学加工（对金属材料的加工方法）：
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。
简介：
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。
电化学加工使用硅整流的稳压电源，并以全波整流取代了过去的半波整流，保持5%以内的纹波，不仅提高了加工速度，而且还遏制了间隙内的电弧和防止污物沉积于阴极。
在调压方面，使用了饱和感抗器调压和晶闸管调压两种方式。
前者更适应目前电化学加工的水平。
电源规格分为3档：小型电源，电流为50～500安，用于加工小孔、去除毛刺、抛光和用于中小型的阴极进行电解车削；中型电源，电流为1000～5000安，用于加工中等面积（50～150厘米2）的型孔和型腔；大型电源，电流为10000～40000安，用于加工大型零件，加工面积可达200～1000厘米2或更大一些。
通常使用的电压范围为12～20伏。
对硬质合金、钨、铜、铜锌合金等材料进行电解加工时，要求使用特殊电源。
因为若用普通的直流电源进行加工，则这些材料点格中的某些原子不易离子化，而点格中的另一些原子却受到大
量腐蚀。
例如，碳化钨点格中的碳原子，在正电位条件下不能加工掉，而必须有负电位（即电源电流有负半波）；加工铜锌合金用的电源，不但要有负半波，而且对电流的波形，正半波与负半波的间隔和排列方式都有一定的要求。
使用特殊电源也可解决间隙内某些相对惰性离子的积聚以及由此改变间隙电阻和电场分布的问题，从而能有效地提高加工精度。
由于电化学加工时，间隙内难免会产生短路，通常电源系统都具有良好的短路保护功能，以使阴极和工件在产生火花和短路时不发生损伤。
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。
分类：
电解加工
利用阳极溶解的电化学反应对金属材料进行成型加工的方法。
当工具阴极不断向工件推进时，由于两表面之间间隙不等，间隙最小的地方，电流密度最大，工件阳极在此处溶解得最快。
因此，金属材料按工具阴极型面的形状不断溶解，同时电解产物被电解液冲走，直至工件表面形成与阴极型面近似相反的形状为止，此时即加工出所
需的零件表面。
电解加工采用低压直流电源（6～24伏），大工作电流。
为了能保持连续而平稳地向电解区供给足够流量和适宜温度的电解液，加工过程一般在密封装置中进行。
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。
电化学抛光
又称电解抛光。
直接应用阳极溶解的电化学反应对机械加工后的零件进行再加工，以提高工件表面的光洁度。
电解抛光比机械抛光效率高，精度高，且不受材料的硬度和韧性的影响，有逐渐取代机械抛光的趋势。
电解抛光的基本原理与电解加工相同，但电解抛光的阴极是固定的，极间距离大（1.5～200毫米），去除金属量少。
电解抛光时，要控制适当的电流密度。
电流密度过小时金属表面会产生腐蚀现象，且生产效率低；当电流密度过大时，会发生氢氧根离子或含氧的阴离子的放电现象，且有气态氧析出，从而降低了电流效率。
电镀
用电解的方法将金属沉积于导体（如金属）或非导体（如塑料、
陶瓷、玻璃钢等）表面，从而提高其耐磨性，增加其导电性，并使其具有防腐蚀和装饰功能。
对于非导体制品的表面，需经过适当地处理（用石墨、导电漆、化学镀处理，或经气相涂层处理），使其形成导电层后，才能进行电镀。
电镀时，将被镀的制品接在阴极上，要镀的金属接在阳极上。
电解液是用含有与阳极金属相同离子的溶液。
通电后，阳极逐渐溶解成金属正离子，溶液中有相等数目的金属离子在阴极上获得电子随即在被镀制品的表面上析出，形成金属镀层。
例如在铜板上镀镍，以含硫酸镍的水溶液作电镀液。
通电后，阳极上的镍逐渐溶解成正离子，而在阴极的铜板表面上不断有镍析出。
电刻蚀
又称电解刻蚀。
应用电化学阳极溶解的原理在金属表面蚀刻出所需的图形或文字。
其基本加工原理与电解加工相同。
由于电刻蚀所去除的金属量较少，因而无需用高速流动的电解液来冲走由工件上溶解出的产物。
加工时，阴极固定不动。
电刻蚀有以下4种加工方法。
①按要刻的图形或文字，用金属材料加工出凸模作为阴极，被加工的金属工件作为阳极，两者一起放入电解液中。
接通电源后，被加工件的表面就会溶解出与凸模上相同的图形或文字。
②将导电纸（或金属箔）裁剪或用刀刻出所需加工的图形或文字，然后粘贴在绝缘板材上，并设法将图形中各个不相连的线条用导线在绝缘板背面相连，作为阴极。
适于图形简单，精度要求不高的工件。
③对于图形复杂的工件，可采用制印刷电路板的技术，即在双面敷铜板的一面形成所需加工的正的图形，并设法将图形中各孤立线条
与敷铜板的另一面相连，作为阴极。
不适于加工精细且不相连的图形。
④在待加工的金属表面涂一层感光胶，再将要刻的图形或文字制成负的照相底片覆在感光胶上，采用光刻技术将要刻除的部分暴露出来。
这时阳极仍是待加工的工件，而阴极可用金属平板制成。
电解冶炼
利用电解原理，对有色和稀有金属进行提炼和精炼。
分为水溶液电解冶炼和焙盐电解冶炼两种。
水溶液电解冶炼在冶金工业中广泛用于提取和精炼铜、锌、铅、镍等金属。
例如铜的电解提纯：将粗铜（含铜99%）预先制成厚板作为阳极，纯铜制成薄片作阴极，以硫酸和硫酸铜的混和液作为电解液。
通电后，铜从阳极溶解成铜离子向阴极移动，到达阴极后获得电子而在阴极析出纯铜（亦称电解铜）。
粗铜中杂质如比铜活泼的铁和锌等会随铜一起溶解为离子。
由于这些离子与铜离子相比不易析出，所以电解时只要适当调节电位差即可避免这些离子在阳极上析出。
比铜不活泼的杂质如金和银等沉积在电解槽的底部。