电化学加工方法107页PPT
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。
精密加工第4章 电化学加工
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。
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
精密与特种加工技术 第六章 电化学加工
精密与特种加工技术第六章电化学加工精密与特种加工技术第六章电化学加工精密与特种加工技术第6章电化学加工精密与特种加工技术6.1概状态电化学加工(electrochemicalmachining,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化学复合加工。
2精密与特种加工技术6.2电化学加工基本原理6.2.1电化学反应过程如果将两铜片插入cucl2水溶液中(见下图),由于溶液中含有oh-和cl-负离子及h+和cu2+正离子，当两铜片分别连接直流电源的正、负极时，即形成导电通路，有电流流过溶液和导线。
在外电场的作用下，金属导体及溶液中的自由电子定向运动，铜片电极和溶液的界面上将发生得失电子的电化学反应。
其中，溶液中的cu2+正离子向阴极移动，在阴极表面得到电子而发生还原反应，沉积出铜。
在阳极表面，cu原子失去电子而发生氧化反应，成为cu2+正离子进入溶液。
在阴、阳极表面发生得失电子的化学反应即称为电化学反应，利用这种电化学反应作用加工金属的方法就是电化学加工。
其中，阳极上为电化学溶解，阴极上为电化学沉积。
精密与特种加工技术电化学反应过程图精密与特种加工技术6.2.2电极电位1.电极电位的形成任何一种金属插入含该金属离子的水溶液中，在金属/溶液界面上都会形成一定的电荷分布，从而形成一定的电位差，这种电位差就称之为该金属的电极电位。
2.标准电极电位所谓标准电极电位是指金属在给定的统一的标准环境条件下，相对一个统一的电位参考基准所具有的平衡电极电位值。
5精密与特种加工技术3.平衡电极电位可逆反应速度即氧化反应与还原反应的速度相等，金属/溶液界面上没有电流通过，也没有物质溶解或析出，即建立一个稳定的双电层。
电解加工(课件)
提高电解加工精度地途径
1.脉冲电流电解加工 1）消除加工间隙内电解液电导率地不均匀化。 2）脉冲电流电解加工使阴极在电化学反应中析出 的氢气是断续的，呈脉冲状。它可以对电解液起搅拌作 用，有利于电解产物的去除，提高电解加工精度。 2.小间隙加工——蚀除速度与加工间隙成反比关系。加 工间隙小，突出部分的去除速度将大大高于低凹处，提 高了整平效果。加工间隙越小，越能提高加工精度。
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PLZ-05 155毫米52倍口径履带自行加榴炮
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1.机械拉削加工 2.整体长阴极固定式加工 3.片状阴极移动式加工 4.圆锥阴极移动式加工
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圆锥移动式阴极
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请多指正 谢谢大家
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炮管混合膛线电解加工
随着兵器技术的发展，对炮管膛线的要求越来越 高，采用混合膛线是提高火炮战斗技术性能、延长使用 寿命的有效措施。因此，国内外对技术性能要求较高的 多种火炮采用了该技术，这种由不等齐缠度与等齐缠度 组成的混合膛线，使炮管膛线的加工工艺变得更为复杂。
电化学加工的分类 按照作用原理分类： 1.阳极溶解——电解加工、电解抛光； 2.阴极沉积——电镀、局部涂镀、复合电镀、 电铸； 3.电化学复合加工工艺——电解磨削、电解电 火花复合加工、电化学阳极机械加工
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2.电解加工过程及其特点 电解加工过程及其特点
电解加工是利用金属在电解液中的电化学阳 极溶解，将工件加工成形地。最早应用是电解 抛光。加工时，工件接直流电源（10～20V）的 正极，工具接电源的负极。工具向工件缓慢进 给，使两极之间保持较小的间隙（0.1～1mm）， 具有一定压力（0.5～2MPa）的氯化钠电解液 从间隙中流过，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。
第三章 电化学加工
电化学加工
（1）浓差极化 在阳极极化过程中，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屑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
– 2）电解加工的生产率较高，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 。 一 般 表 面 粗 糙 度 为 Ra1.25 ～ 0.2μm和±0.1mm左右的平均加工精度。
电化学加工
– 4）加工过程中不会产生残余应力和变形，没有飞边毛 刺。
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，从而使金属表面夫去了原来具有的活泼性质，使 溶解过程减慢。
电化学加工
➢ 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。
活化：使金属钝化膜破坏的过程。 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； 3）采用机械办法破坏钝化膜； 4）电源反接 。
电化学加工
电化学加工
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。
电化学加工精简版
(2)阳极工件 工件材料的性质，必须是良 导体。装夹工件的夹具由绝缘材料制成，环氧树 脂或玻璃纤维是电化学加工理想的夹具材料。这 些材料具有良好的热稳定性和低湿性。
(3)电解液系统 电解液系统主要有泵、 电解液槽、过滤器、管道及阀等。
电化学加工的泵一般都是离心泵，它的轴承 与泵腔是分开的。
电化学加工对电解液的要求：(1)具有足够 的蚀除速度，即生产效要高，要求电解质在溶液 中有较强的溶解度和离解度，具有很高的电导率。
电解液混入气体之后增加了电解液的电阻率， 减少了杂散腐蚀，降低了电解液的密度和粘度， 增加流速，均匀流场。
混气电解液的主要缺点是，由于其电流密度 的下降，使生产率比不混气下降了1/3～1/2。
第二章 电化学加工基本原理
在阴、阳极表面发生得失电子的化学反应即称为 电化学反应，利用这种电化学反应作用加工金属 的方法就是电化学加工。其中，阳极上为电化学 溶解，阴极上为电化学沉积。
4.1 电解加工 4.1.1 电解加工的原理
电解加工的基本原理就是将电镀中阳极金属 的溶解现象应用于金属加工。
电解加工使用具有一定形状的工具或电极， 工具接阴极，工件接阳极。电解液由泵送到工件 和工具的狭小间隙，该间隙为初始间隙，工具电 极按规定的形状尺寸制定，与工件表面对置。当 电解液以5～20m/s的速度流经它们的初始间隙时， 在工具阴极和工件阳极间接通一定的直流电压， 就有电流经电解液流过，使工件与阴极接近的部 分开始电解。同时阴极以一定的速度向工件进给， 达到预定的加工深度时，就获得所需要的加工形 状。
电化学加工技术
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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
特种加工__11第四章 电化学加工(3)
六 电解加工的基本设备
电解加工的基本设备有三大部分:直流 直流 电源, 电源,机床和电解液系统
电解加工的基本设备-电解电源
直流电源(电解电源) 直流电源(电解电源)
功率大,电流大,电压低(20V 功率大,电流大,电压低(20V) 要求其稳定性好, 要求其稳定性好,电压可调
微细加工时需要
脉冲电源 微能电源
电镀,电铸,涂镀及复合镀加工的不同
电镀
用于表面装饰,防锈,镀层 用于表面装饰,防锈,镀层1~50m,无精度要求 ,
电铸
复制,成型加工;镀层 以上, 复制,成型加工;镀层50 m以上,有精度要求 以上
涂镀
增加尺寸,改善表面性能;镀层 以上, 增加尺寸,改善表面性能;镀层1 m以上,有精度要 以上 求
电解加工工艺及应用
4. 套料加工
电解加工工艺及应用
5. 叶片加工
电解加工工艺及应用
其它应用
6. 7. 8. 9.
电解倒棱去毛刺 电解刻字 电解抛光 数控展成电解加工
第三节
电解磨削
电解磨削
属于电化学机械加工的范畴,电解作用和机械 属于电化学机械加工的范畴 电解作用和机械 磨削作用相结合的一种加工方法
�
复合镀加工
电镀耐磨层制造超硬零件;镀层 以上, 电镀耐磨层制造超硬零件;镀层50 m以上,有精度 以上 要求
电铸加工原理与工艺
原模表面 处理
电铸至指 定厚度
衬背 处理
脱 模
清洗 干燥
成 品
涂镀加工原理
复合镀加工原理
原理:在金属表面镀覆镍或钴的同时, 原理 : 在金属表面镀覆镍或钴的同时 , 将 磨料作为镀层的一部分也一起镀到 磨料 作为镀层的一部分也一起镀到 金属表面上. 金属表面上. 用途: 用途: 1 生成耐磨层 2 制作刀具
电化学加工
电化学加工摘要：电化学进行加工的各种方法的研究。
电化学加工是通过化学反应去除工件材料或在其上镀覆金属材料等的特种加工。
近几十年来，借助高新科学技术，在精密电铸、复合电解加工、电化学微细加工等发展较快。
目前电化学加工已成为一种不可缺少的微细加工方法，并在国民经济中发挥着重要作用。
关键词:电化学加工、微细加工、一、电化学加工的发展历程早在1834年法拉利发现了电化学作用原理，后又开发出如:电镀，电铸，点解加工等化学方法，并在工业上得到广泛的应用。
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。
利用电化学反应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。
电化学加工的基本原理是用两片金属作为电电极，通电并浸入电解溶液中，形成通路。
导线和溶液中均有电流通过。
但是金属导线和电解溶液是两类性质不同的导体，前者是靠自由电子在外电场大的作用下沿一定方向移动导电的：后者是靠溶液中正、负离子移动而导电的，是离子导体。
当上述两类导体形成通路时，在金属片和溶液的界面上产生交换电子的反应，机电化学反应。
二、电化学加工的基本原理和特点基本原理：电化学加工的基本原理是用两片金属作为电极，通电并浸入电解溶液中，形成通路。
导线和溶液中均有电流通过。
但是金属导线和电解溶液是两类性质不同的导体，前者是靠自由电子在外电场大的作用下沿一定方向移动导电的：后者是靠溶液中正、负离子移动而导电的，是离子导体。
当上述两类导体形成通路时，在金属片和溶液的界面上产生交换电子的反应，机电化学反应。
电化学加工
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。