电化学加工ppt课件
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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
电厂化学ppt课件(2024)
电厂化学对于保障电力生产安全、提高设备效率、延长 设备使用寿命、减少环境污染等方面具有至关重要的作 用。
电厂化学的研究对象与任务
电厂化学的研究对象
电厂化学主要研究电力生产过程中水、煤、油、气等化学物质的性质、组成、结构、变化规律 以及与电力生产相关的各种化学现象和问题。
电厂化学的任务
电厂化学的任务是通过对电力生产过程中各种化学物质的研究和分析，提出相应的控制措施和 解决方案，以保障电力生产的安全、稳定和高效运行。
煤的燃烧过程及产物
燃烧过程
煤的燃烧过程包括预热、干燥、热解、燃烧和燃 尽等阶段。
产物
煤燃烧的主要产物是二氧化碳和水蒸气，同时还 会产生一些有害气体和固体废弃物，如一氧化碳 、二氧化硫、氮氧化物、烟尘等。
油的组成与性质
01 组成
油主要由中烷烃、环烷烃、芳香烃等烃类化合物 组成。
02 性质
油是一种液体燃料，具有易燃、热值高、密度小 、粘度大等特点。
电厂化学的发展历程与趋势
电厂化学的发展历程
电厂化学的发展历程经历了从经验管理到科学管理、从传统化学到现代化学的转变，不断推动着电力生产向更高 水平发展。
电厂化学的发展趋势
随着科技的不断进步和环保要求的日益提高，电厂化学将更加注重绿色环保、节能减排、资源综合利用等方面的 发展，推动电力生产向更加可持续的方向发展。同时，电厂化学还将更加注重与其他学科的交叉融合，形成更加 完善的学科体系。
案例一
某电厂因水质不合格导致锅炉结 垢严重，通过加强化学监督和水 处理设备的改造，成功解决了结
垢问题。
案例二
某电厂在机组启动过程中，通过化 学监督及时发现并处理了凝汽器泄 漏问题，避免了机组非停事件的发 生。
案例三
电厂化学的研究对象与任务
电厂化学的研究对象
电厂化学主要研究电力生产过程中水、煤、油、气等化学物质的性质、组成、结构、变化规律 以及与电力生产相关的各种化学现象和问题。
电厂化学的任务
电厂化学的任务是通过对电力生产过程中各种化学物质的研究和分析，提出相应的控制措施和 解决方案，以保障电力生产的安全、稳定和高效运行。
煤的燃烧过程及产物
燃烧过程
煤的燃烧过程包括预热、干燥、热解、燃烧和燃 尽等阶段。
产物
煤燃烧的主要产物是二氧化碳和水蒸气，同时还 会产生一些有害气体和固体废弃物，如一氧化碳 、二氧化硫、氮氧化物、烟尘等。
油的组成与性质
01 组成
油主要由中烷烃、环烷烃、芳香烃等烃类化合物 组成。
02 性质
油是一种液体燃料，具有易燃、热值高、密度小 、粘度大等特点。
电厂化学的发展历程与趋势
电厂化学的发展历程
电厂化学的发展历程经历了从经验管理到科学管理、从传统化学到现代化学的转变，不断推动着电力生产向更高 水平发展。
电厂化学的发展趋势
随着科技的不断进步和环保要求的日益提高，电厂化学将更加注重绿色环保、节能减排、资源综合利用等方面的 发展，推动电力生产向更加可持续的方向发展。同时，电厂化学还将更加注重与其他学科的交叉融合，形成更加 完善的学科体系。
案例一
某电厂因水质不合格导致锅炉结 垢严重，通过加强化学监督和水 处理设备的改造，成功解决了结
垢问题。
案例二
某电厂在机组启动过程中，通过化 学监督及时发现并处理了凝汽器泄 漏问题，避免了机组非停事件的发 生。
案例三
电解加工(课件)
2011-3-3
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。
2011-3-3
PLZ-05 155毫米52倍口径履带自行加榴炮
2011-3-3
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
2011-3-3
圆锥移动式阴极
2011-3-3
请多指正 谢谢大家
2011-3-3
2011-3-3
2011-3-3
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
2011-3-3
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。
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。
2011-3-3
PLZ-05 155毫米52倍口径履带自行加榴炮
2011-3-3
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
2011-3-3
圆锥移动式阴极
2011-3-3
请多指正 谢谢大家
2011-3-3
2011-3-3
2011-3-3
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
2011-3-3
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。
第四章 电化学加工PPT课件
一致，在工件上加工出和工具电极型面相反的形状。
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
Hale Waihona Puke 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：
2. 加工质量高。因为在加工过程中没有机械切 削力的存在，工件表面无残余应力、无变质层，也没 有毛刺及棱角。
3. 加工过程不分阶段。可以同时进行大面积加 工，生产效率高。
4. 电化学加工对环境有一定程度的污染。
第一节 电解加工的机理和基本规律
一、电解加工的机理
电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解的原理实现金属零件的成型加工。 以工件为阳极、工具为阴极、两极之间加6-24v的直流电压，电解液以5-60m/s 的速度从两极之间的缝隙（约0.1-1mm）冲过，两极之间形成导电通路，两极和电 解液之间就有电流通过。金属工件表面在电化学反应的作用下，不断地溶解到电解 液中，电解产生物则被高速流动的电解液带走。随着工具电极向工件进给、工件材 料按工具电极型面的形状不断地溶解。最终使工件与工具电极之间各处的间隙趋于
一般情况下，工件材料不是纯金属，而是合金，其金相组织也不完全一致，电 解液的成分、温度、流速等因素对电解过程都有影响，使得电解加工中电极间的反 应极为复杂。
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
Hale Waihona Puke 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：
2. 加工质量高。因为在加工过程中没有机械切 削力的存在，工件表面无残余应力、无变质层，也没 有毛刺及棱角。
3. 加工过程不分阶段。可以同时进行大面积加 工，生产效率高。
4. 电化学加工对环境有一定程度的污染。
第一节 电解加工的机理和基本规律
一、电解加工的机理
电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解的原理实现金属零件的成型加工。 以工件为阳极、工具为阴极、两极之间加6-24v的直流电压，电解液以5-60m/s 的速度从两极之间的缝隙（约0.1-1mm）冲过，两极之间形成导电通路，两极和电 解液之间就有电流通过。金属工件表面在电化学反应的作用下，不断地溶解到电解 液中，电解产生物则被高速流动的电解液带走。随着工具电极向工件进给、工件材 料按工具电极型面的形状不断地溶解。最终使工件与工具电极之间各处的间隙趋于
一般情况下，工件材料不是纯金属，而是合金，其金相组织也不完全一致，电 解液的成分、温度、流速等因素对电解过程都有影响，使得电解加工中电极间的反 应极为复杂。
电化学加工主题知识讲座公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件
１.对电解加工机床基本要求 ２.机床类型及设计要点
第68页
１.对电解加工机床基本要求
(１)机床刚性 (２)进给速度平稳性 (３)防腐绝缘性 (４)安全办法
第69页
(１)机床刚性
电解加工即使没有直接切削力，但电解液对 机床主轴、工作台作用力却是很大，工件加工 面积越大，机床系统所受力也越大。
第3页
一、电解加工特点及应用
１)能以简朴直线进给运动一次加工出复杂型面和型腔，如锻模、叶片等， 设备构成简朴。 ２)能够加工高硬度、高强度和高韧性等难以切削加工金属材料，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)加工后零件无毛刺和残余应力，加工表面粗糙度能够达到Ｒａ０.２～ １.６μｍ，尺寸精度对于内孔能够达到±０.０３～０.０５ｍｍ、对于型 腔能够达到±０.５～０.２０ｍｍ。 ５)与其它加工办法相比，生产率较高。 ６)加工过程中工具电极(阴极)基本不损耗。
图６-４ 双电层示意图
第10页
２.电解加工时电极反应
普通情况下，工件材料不是纯金属，而是合金， 其金相组织也不完全一致，电解液成份、温度、 流速等原因对电解过程都有影响，使得电解加 工中电极间反应极为复杂。下面以铁在氯化钠 电解液中进行电解加工为例，分析阳极和阴极 发生电极反应。
第11页
３.电极极化和超电压
• 金属阳极溶解时，金属溶解量与经过电量 符合法拉第定律。法拉第定律以下：
• 法拉第第一定律：在电极两相界面处，发 生电化学反应物质量与经过电量成正比。
• 法拉第第二定律：当相同电量经过不同电 解质溶液时，在电极上析出或溶解物质量 与其化学当量成正比。
第18页
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１.对电解加工机床基本要求
(１)机床刚性 (２)进给速度平稳性 (３)防腐绝缘性 (４)安全办法
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(１)机床刚性
电解加工即使没有直接切削力，但电解液对 机床主轴、工作台作用力却是很大，工件加工 面积越大，机床系统所受力也越大。
第3页
一、电解加工特点及应用
１)能以简朴直线进给运动一次加工出复杂型面和型腔，如锻模、叶片等， 设备构成简朴。 ２)能够加工高硬度、高强度和高韧性等难以切削加工金属材料，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)加工后零件无毛刺和残余应力，加工表面粗糙度能够达到Ｒａ０.２～ １.６μｍ，尺寸精度对于内孔能够达到±０.０３～０.０５ｍｍ、对于型 腔能够达到±０.５～０.２０ｍｍ。 ５)与其它加工办法相比，生产率较高。 ６)加工过程中工具电极(阴极)基本不损耗。
图６-４ 双电层示意图
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２.电解加工时电极反应
普通情况下，工件材料不是纯金属，而是合金， 其金相组织也不完全一致，电解液成份、温度、 流速等原因对电解过程都有影响，使得电解加 工中电极间反应极为复杂。下面以铁在氯化钠 电解液中进行电解加工为例，分析阳极和阴极 发生电极反应。
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３.电极极化和超电压
• 金属阳极溶解时，金属溶解量与经过电量 符合法拉第定律。法拉第定律以下：
• 法拉第第一定律：在电极两相界面处，发 生电化学反应物质量与经过电量成正比。
• 法拉第第二定律：当相同电量经过不同电 解质溶液时，在电极上析出或溶解物质量 与其化学当量成正比。
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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。
第14讲 电化学加工
内孔镀 铬层
车削
镀铬
电铸镍
溶解 去型芯
黄 铜 型 芯
镀 铬 层
电 铸 镍 层
精密喷嘴
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二、电解磨削 1、电解磨削原理 电解磨削是电解作用和机械磨削相结合的一种复 合加工方法。在电解磨削过程中，工件绝大部分余量 （98%）由电解作用去除，小部分由磨削切除。磨粒 的主要作用是去除阳极钝化膜和平整工件表面。 电解加工是利用金属在电解液中发生电化学阳极溶 解的原理加工。加工时，工具电极接直流电源阴极， 工件接阳极，两极之间保持一定的间隙，一定压力的 电解液从两极间高速流过，将电解产物冲走。 电解加工效率比电火花加工高四倍以上，电极损 耗极小，可长期使用。
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5、电解液 电解液主要成份有硝酸钠、亚硝酸钠或氯化钠、 次氯酸钠。前者用于磨硬质合金，后者用于磨高温合 金。 6、影响电解磨削的因素 (1) 工作电压（升高工作电压，则电流密度增大， 升高工作电压， 升高工作电压 则电流密度增大， 加速阳极溶解，生产效率高， 加速阳极溶解，生产效率高，但对加工精度和表面 质量不利。 质量不利。） (2) 磨削压力（磨削压力以不产生火花放电又能刮 磨削压力以不产生火花放电又能刮 除氧化膜为原则，一般为0.1~0.3MP。） 除氧化膜为原则，一般为 。
8
在母模的轮廓较深的底部凹、凸不能相差太大， 同时尽量避免尖角。 母模常用材料有： 不锈钢、中碳钢、铝、铜、低熔点合金、有机玻 璃、塑料、石膏、石蜡等。 母模所用材料有金属和非金属材料之分，其中又可 分为可熔型不可熔型等，可根据不同需要进行选择。 制造母模的各种材料及其优缺点可参见表4.8。涂金属、无机粘结、铸铝、浇环 氧树脂或低熔点合金。 1）喷涂金属一般在电铸件的外层进行，达到一定厚 度后机加工。 2）无机粘结是将电铸件镶入配车的钢套内用无机粘 结剂粘结在一起。粘结层厚度为0.2~0.3mm。 3）铸铝是在电铸件的背后加固。 4）浇环氧树脂或低熔点合金是浇铸在电铸电极的内 壁，防止电极加工时变形。
特种加工__10第四章 电化学加工(2)
电解液参数对加工过程的影响
电解液参数： 成份、浓度、温度、酸度（PH值）及粘性。 浓度：NaCl 10~15%;NaNO3 20%;NaClO3 15~35% 温度：30~40℃ 酸度：会使金属的溶解条件变坏 粘性：影响电解液的流动 水的分解、蒸发及电解质的分解是影响电解质溶 液的浓度变化的主要原因 电解质溶液的质量分数和温度的变化直接影响加 工精度的稳定性。
电解液的流速和流向
电解液的流动是把氢气、金属氢化物等电解产物和 加工区域的热量带走，因此，必须有足够的流速。 流向有：正向流动、反向流动和横向流动三种。
出口处，由于有大量的氢气及氢氧化物，表面粗糙 度变差。
电解液出水口的布局
保证电解液流场的尽量均匀。即使不能 保证均匀，也必须保证没有死角。
二）精度成形规律
内容 端面平衡间隙 法向平衡间隙 侧面平衡间隙 平衡间隙理论的应用 影响加工间隙的其它因素
端面平衡间隙
= UR/va b= UR/vc
法向平衡间隙
将 vn=vccos 代 入 端 面 平衡间隙的计算公式有： n= UR/(vc cos)
结束
三）表面质量
表面质量包括表面粗糙度和表面物理化 学性质的改变
表面粗糙度 Ra1.25~0.16m 没有切削力和切削热的影响，不存在残余应 力、冷作硬化和烧伤等，不会产生塑性变形
影响表面质量的因素
1. 工件材料的合金成分、金相组织及热处 理状态对表面粗糙度影响很大 2. 工艺参数对表面质量有很大影响
电流密度、电解液流速、温度等
3. 阴极表面条纹、刻痕都会相应地伏引导 工件表面，要注意阴极表面的加工。 4. 阴极出液口设计和布局也极为重要，流 场不均匀会引起流纹，也可能引发火花 放电，损坏电极。
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8
4.1.3 电极电位
双电层现象(活泼金属)
活泼金属 Fe__从容液中得到 电子
双电层现象(不活泼金属)
不活泼金属 Cu__把电子交给 溶液中的离子
Fe ++++ ---- ---- ++++
FeCl2 活泼金属 Fe双电层
Cu
金属表层和溶液间形成
一层极薄的“双电层”
---- ++++ ++++ ----
H2 2H+ + 2e 经测定，Zn2+/Zn的标准电极电位是-0.763V。
11
表4-1 一些元素的标准电极电位（25℃）
12
能斯特公式
当离子质量分数改变时，电极电位也随着改变，可用能斯 特（Nemst）公式换算。
U U 0 0.059 lga n
U′---平衡电极电位差（V）； U0 ---标准电极电位差（V）； n ---电极反应得失电子数，即离子价数； a ---离子有效质量分数。 式中“+”号用于计算金属； “-”号用于计算非金属的电极电位。15电化学极化（发生在阴极）
电流密度增加
阴极电子量增大
电子增加量＞ 2H + +2e → H2反应中消耗量
电子在阴极表面堆积
12V
--e
i
e
Cu
Cu
阴极电极电位向负移
CuCl2溶液中的电化学反应
16
4.1.5 金属的钝化
钝化（阳极钝化或电化学钝化）：金属阳极的溶 解速度在大电流密度下维持一段时间后反而急剧 下降，成稳定状态不再溶解。
结合加工
电镀 电铸 涂镀
阴极沉积
20
思考
从原理和机理上来分析，电化学加工有无可能发展 成为“纳米级加工”或“原子级加工”技术？
由于电化学加工从机理上看，是通过电极表面逐层地原子或分子的 电子交换，使之在电解液中“阳极溶解”而被去除来实现加工的，可以 控制微量、极薄层“切削”去除。因此，电化学加工有可能发展成为纳 米级加工或原子级的精密、微细加工。但是真的要实现它，从技术上讲 还有相当难度。主要是由于电化学加工的实质是实现选择性阳极溶解或 选择性阴极沉积，只要能把这种溶解或沉积的大小、方向控制到原子级 上就可以了。但是由于它们的影响因素太多，如温度、成分、浓度、材 料性能、电流、电压等，故综合控制起来还很不容易。
活化方法
机械破坏—电解磨削 物理活化—加热溶液
温度过高，电解液蒸发快，绝缘材料产生膨胀、软化 和损坏
化学活化—通入还原性气体或活性离子Cl-， 使钝化膜中的氧排出
19
4.1.7 电化学加工分类
去除加工
加工方法
电解加工 电解抛光 电解磨削 电解电火花复
合加工
加工原理 阳极溶解
阳极溶解+其他 能量
Cu→Cu+2 + 2e
阴极：还原 沉积
Cu+2 + 2e → Cu
电化学反应
在阴、阳极表面发生得 失电子的化学反应
12V
ie 阳极
阴极
Cu Cl-1CHu+C21u+2+Cu OH-1
CuCl2溶液中的电化学反应
4
电化学加工基本原理
电化学加工 利用电化学作用为基础对金属进行加工的方法
lgi
U 钢在NaNO3中的极化曲线
17
4.1.5 金属的钝化
产生原因（两种观点）
1. 成相理论
金属与溶液作用后在金属表面形成一层紧密的薄膜 （氧化物、氢氧化物或盐类）使金属失去了原来的 活泼性质，使溶解过程减慢。
2. 吸附理论
在金属表层形成了氧的吸附层
18
4.1.6 活化
活化：
使金属钝化膜破坏的过程
13
4.1.4 电极的极化
两极间无电流通过时：电极电位处于平衡→ 平衡电极电位
两极间有电流通过时： 阳极：电极电位→向正移动 阴极：电极电位→向负移动
极化现象：电流密度增大时，两极电位增大 的现象
阴极
超电位： 极化后的电极电位与平衡电极电 位之差
-V
i（电流密度） 阳极 +V
金属浸入其它电解液中也
CuSO4
会产生双电层
不活泼金属 Cu双电层
9
4.1.3 电极电位
电极电位（平衡电极电位）：电位
产生在金属和它的盐溶液
之间的电位差
溶液
U Ub Ua
用盐桥的办法测出两种不 同电极间的电位差
标准电极电位：
温度为25℃时，把金属放 在此金属离子的有效质量 分数为1g/L的溶液中，此 金属的电极电位与标准氢 电极的电极电位之差，用 U0来表示。
分散层b 距离 紧密层a
双电层电位分布
U：金属与溶液间的双电层电位差 Ua：双电层中紧密层的电位差 Ub：双电层中分散层的电位差
10
测定Zn2+/Zn的标准电极电位
把锌片放到H+有效质量分数为1g/L的硫酸溶液中，在25℃时持 续地把压强为101.3kPa的纯氢气流通入，使锌电极吸附氢气达 到饱和。在电极表面的H2 和溶液中H+之间有以下平衡：
2
4.1.1 电化学反应
电子导体（金属）
自由电子定向移动而 形成电流
离子导体（溶液）
溶液中的正负离子移 动而形成电流
12V
ie 阳极
阴极
Cu Cl-1CHu+C21u+2+Cu OH-1
CuCl2溶液中的电化学反应
3
4.1.1 电化学反应
电荷迁移：溶液中正负离子的定向移动
阳极：氧化 溶解
4. 电化学加工(ECM)
（Electrochemical Machining)
电化学加工的基本原理 电解加工 电解抛光 电化学机械加工 电铸技术 涂镀与复合镀 电化学加工新技术
1
4.1 电化学加工原理
4.1.1 电化学反应 4.1.2 电解质溶液 4.1.3 电极电位 4.1.4 电极的极化 4.1.5 钝化现象 4.1.6 活化 4.1.7 电化学加工分类
电位
产生超电位的原因： 浓差极化（在阳极）
电化学极化（在阴极）
14
浓差极化（发生在阳极）
电流密度增加
阳极金属失去电子 速度加快
Cu 2+产生速度＞ Cu 2+扩散、迁移速度
Cu 2+在阳极堆积 阳极电位值增加 （阳极电位向正移）
12V -- Cu+2 ie
Cu
Cu
CuCl2溶液中的电化学反应
——强酸、强碱、大多数盐类
弱电解质：仅有一部分电离
——氨（NH3）、醋酸（CH3COOH）
6
离子型晶体NaCl的晶体结构图
组成晶体的粒子不是分子，而是相间排列的正负离子
7
4.1.3 电极电位
金属原子结构：
金属原子都是由内层为带 正电荷的金属阳离子组成。 即使没有外接电源，当金属 和它的盐溶液接触时，经常 发生把电子交给溶液中的离 子，或从容液中得到电子。
铜质阳极上有铜原子丢掉电子而成为Cu2+离子进入溶液，溶液中的Cu2+离 子移向阴极，并从阴极上得到电子而沉积到阴极上。
5
4.1.2 电解质溶液
电解质：溶于水后能导电的物质 电解质溶液：电解质+水，简称电解液 电解质电离：如，离子型晶体NaCl
NaCl → Na+ + Cl-
强电解质:在水中100%电离
4.1.3 电极电位
双电层现象(活泼金属)
活泼金属 Fe__从容液中得到 电子
双电层现象(不活泼金属)
不活泼金属 Cu__把电子交给 溶液中的离子
Fe ++++ ---- ---- ++++
FeCl2 活泼金属 Fe双电层
Cu
金属表层和溶液间形成
一层极薄的“双电层”
---- ++++ ++++ ----
H2 2H+ + 2e 经测定，Zn2+/Zn的标准电极电位是-0.763V。
11
表4-1 一些元素的标准电极电位（25℃）
12
能斯特公式
当离子质量分数改变时，电极电位也随着改变，可用能斯 特（Nemst）公式换算。
U U 0 0.059 lga n
U′---平衡电极电位差（V）； U0 ---标准电极电位差（V）； n ---电极反应得失电子数，即离子价数； a ---离子有效质量分数。 式中“+”号用于计算金属； “-”号用于计算非金属的电极电位。15电化学极化（发生在阴极）
电流密度增加
阴极电子量增大
电子增加量＞ 2H + +2e → H2反应中消耗量
电子在阴极表面堆积
12V
--e
i
e
Cu
Cu
阴极电极电位向负移
CuCl2溶液中的电化学反应
16
4.1.5 金属的钝化
钝化（阳极钝化或电化学钝化）：金属阳极的溶 解速度在大电流密度下维持一段时间后反而急剧 下降，成稳定状态不再溶解。
结合加工
电镀 电铸 涂镀
阴极沉积
20
思考
从原理和机理上来分析，电化学加工有无可能发展 成为“纳米级加工”或“原子级加工”技术？
由于电化学加工从机理上看，是通过电极表面逐层地原子或分子的 电子交换，使之在电解液中“阳极溶解”而被去除来实现加工的，可以 控制微量、极薄层“切削”去除。因此，电化学加工有可能发展成为纳 米级加工或原子级的精密、微细加工。但是真的要实现它，从技术上讲 还有相当难度。主要是由于电化学加工的实质是实现选择性阳极溶解或 选择性阴极沉积，只要能把这种溶解或沉积的大小、方向控制到原子级 上就可以了。但是由于它们的影响因素太多，如温度、成分、浓度、材 料性能、电流、电压等，故综合控制起来还很不容易。
活化方法
机械破坏—电解磨削 物理活化—加热溶液
温度过高，电解液蒸发快，绝缘材料产生膨胀、软化 和损坏
化学活化—通入还原性气体或活性离子Cl-， 使钝化膜中的氧排出
19
4.1.7 电化学加工分类
去除加工
加工方法
电解加工 电解抛光 电解磨削 电解电火花复
合加工
加工原理 阳极溶解
阳极溶解+其他 能量
Cu→Cu+2 + 2e
阴极：还原 沉积
Cu+2 + 2e → Cu
电化学反应
在阴、阳极表面发生得 失电子的化学反应
12V
ie 阳极
阴极
Cu Cl-1CHu+C21u+2+Cu OH-1
CuCl2溶液中的电化学反应
4
电化学加工基本原理
电化学加工 利用电化学作用为基础对金属进行加工的方法
lgi
U 钢在NaNO3中的极化曲线
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4.1.5 金属的钝化
产生原因（两种观点）
1. 成相理论
金属与溶液作用后在金属表面形成一层紧密的薄膜 （氧化物、氢氧化物或盐类）使金属失去了原来的 活泼性质，使溶解过程减慢。
2. 吸附理论
在金属表层形成了氧的吸附层
18
4.1.6 活化
活化：
使金属钝化膜破坏的过程
13
4.1.4 电极的极化
两极间无电流通过时：电极电位处于平衡→ 平衡电极电位
两极间有电流通过时： 阳极：电极电位→向正移动 阴极：电极电位→向负移动
极化现象：电流密度增大时，两极电位增大 的现象
阴极
超电位： 极化后的电极电位与平衡电极电 位之差
-V
i（电流密度） 阳极 +V
金属浸入其它电解液中也
CuSO4
会产生双电层
不活泼金属 Cu双电层
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4.1.3 电极电位
电极电位（平衡电极电位）：电位
产生在金属和它的盐溶液
之间的电位差
溶液
U Ub Ua
用盐桥的办法测出两种不 同电极间的电位差
标准电极电位：
温度为25℃时，把金属放 在此金属离子的有效质量 分数为1g/L的溶液中，此 金属的电极电位与标准氢 电极的电极电位之差，用 U0来表示。
分散层b 距离 紧密层a
双电层电位分布
U：金属与溶液间的双电层电位差 Ua：双电层中紧密层的电位差 Ub：双电层中分散层的电位差
10
测定Zn2+/Zn的标准电极电位
把锌片放到H+有效质量分数为1g/L的硫酸溶液中，在25℃时持 续地把压强为101.3kPa的纯氢气流通入，使锌电极吸附氢气达 到饱和。在电极表面的H2 和溶液中H+之间有以下平衡：
2
4.1.1 电化学反应
电子导体（金属）
自由电子定向移动而 形成电流
离子导体（溶液）
溶液中的正负离子移 动而形成电流
12V
ie 阳极
阴极
Cu Cl-1CHu+C21u+2+Cu OH-1
CuCl2溶液中的电化学反应
3
4.1.1 电化学反应
电荷迁移：溶液中正负离子的定向移动
阳极：氧化 溶解
4. 电化学加工(ECM)
（Electrochemical Machining)
电化学加工的基本原理 电解加工 电解抛光 电化学机械加工 电铸技术 涂镀与复合镀 电化学加工新技术
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4.1 电化学加工原理
4.1.1 电化学反应 4.1.2 电解质溶液 4.1.3 电极电位 4.1.4 电极的极化 4.1.5 钝化现象 4.1.6 活化 4.1.7 电化学加工分类
电位
产生超电位的原因： 浓差极化（在阳极）
电化学极化（在阴极）
14
浓差极化（发生在阳极）
电流密度增加
阳极金属失去电子 速度加快
Cu 2+产生速度＞ Cu 2+扩散、迁移速度
Cu 2+在阳极堆积 阳极电位值增加 （阳极电位向正移）
12V -- Cu+2 ie
Cu
Cu
CuCl2溶液中的电化学反应
——强酸、强碱、大多数盐类
弱电解质：仅有一部分电离
——氨（NH3）、醋酸（CH3COOH）
6
离子型晶体NaCl的晶体结构图
组成晶体的粒子不是分子，而是相间排列的正负离子
7
4.1.3 电极电位
金属原子结构：
金属原子都是由内层为带 正电荷的金属阳离子组成。 即使没有外接电源，当金属 和它的盐溶液接触时，经常 发生把电子交给溶液中的离 子，或从容液中得到电子。
铜质阳极上有铜原子丢掉电子而成为Cu2+离子进入溶液，溶液中的Cu2+离 子移向阴极，并从阴极上得到电子而沉积到阴极上。
5
4.1.2 电解质溶液
电解质：溶于水后能导电的物质 电解质溶液：电解质+水，简称电解液 电解质电离：如，离子型晶体NaCl
NaCl → Na+ + Cl-
强电解质:在水中100%电离