电化学光整加工极间流场特性研究思路的探讨
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２ ０ １ ３年 １ ０月
机床与液压
ＭＡＣＨＩ ＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬ Ｉ Ｃ Ｓ
０ｃ ｔ ． ２ ０ １ ３
第４ １ 卷 第 １ ９期
Ｖｏ １ ． ４１ Ｎｏ ． １ ９
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ３ ８ ８ １ ． ２ ０ １ ３ ． １ ９ ． ０ ４ ４
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乏研究 。分析 了电化 学光整加工 中极 间问隙流场的特性 ，结合气 、液两相 流在 国内外 的研究现状 ，提 出了极间 电解液 流场 的研究思路 ，为极 间流场的进一步深入研究 提供参 考 。
关 键 词 ： 电化 学 ；光 整 ；流 场 ；两 相 流
中图分类号 ：Ｔ Ｑ Ｉ ５ ０ ． １
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文献标识码 ：Ａ
文章编 号 ：１ ０ ０ １ — ３ ８ ８ １（ ２ ０ １ ３ ）１ ９—１ ５ ５— ４
Ｄｉ ｓ ｃ ｕｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｔｈｉ ｎ ｋｉ ｎｇ ｏ ｆ Ｆｌ ｏ ｗ Ｆｉ ｅ ｌ ｄ Ｃｈａ ｒ ａ ｅ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ
电化 学 光 整 加工 极 问流 场 特性 研 究 思路 的探 讨
叶 尔麦 古 丽 ，阿达依 ・ 谢 尔亚 孜旦
（ 新 疆大 学机械 工程 学 院 ，新疆 鸟鲁 木 齐 ８ ３ ０ ０ ４ ７ ）
摘要 ：电化学光 整加工技术与其他 加 工技术 相 比 ，在提 高零件 使用 性能方 面具 有优势 ，因而受 到关 注并得 到广泛 应 用 。影响 电化学光整 加工整平效果 的因素很多 ，其 中极 间流场是重要 因素之一 ，但 是近年来 在极间 间隙流场特性方 面还缺
解析锂离子电池极片狭缝式挤压涂布流场特性
解析锂离子电池极片狭缝式挤压涂布流场特性作者简介：miko woo，从事工作为锂离子电池极片机理研究、设计与工艺优化锂离子电池极片涂布过程具有浆料粘度大，涂层厚，基材薄、精度要求高等特点，目前已经广泛采用狭缝挤压式涂布技术。
本文主要介绍了狭缝挤压式涂布预计量式的特点与涂布量的预估方法；流体的受力情况、流场无量纲参数的含义；以及流体力学有限元对涂布流场的分析。
锂离子电池是目前性能最优的二次电池产品，在能量密度、功率密度、寿命、环境适应性、安全和成本方面均有较大的改进空间，锂离子动力电池是混合动力车、纯电动汽车、储能系统等应用技术和工程技术的基础。
极片制作工艺是制造锂离子动力电池的基础工艺，所以对于此环节所用设备的精度、智能化水平、生产性能的可靠性等要求非常高。
目前，锂离子动力电池行业已经普遍采用狭缝挤压式涂布技术制造电池极片。
挤压涂布技术能获得较高精度的涂层，同时也可以用于较高粘度流体涂布，被广泛应用于柔性电子、功能薄膜、平板显示器、微纳米制造、印刷等众多领域。
实际工艺过程中，涂布液的均匀性、稳定性、边缘和表面效应受到涂布液的流变特性影响，从而直接决定涂层的质量。
采用理论分析、涂布实验技术、流体力学有限元技术等研究手段可以进行涂布窗口的研究，涂布窗口就是可以进行稳定涂布，得到均匀涂层的工艺操作范围，其受到三类因素的影响：（1）流体特性，如粘度μ、表面张力σ、密度ρ；（2）挤压模头几何参数，如涂布间距H，模头狭缝尺寸w；（3）涂布工艺参数，如涂布速度v，浆料送料流量Q等。
对于挤压式涂布，在固定的流量下，存在一个涂布速度上限和一个涂布速度下限，介于涂布速度上下限之间的范围即为涂布窗口。
涂布窗口上限主要受到涂布液稳定性的影响，如当流量不足，或者涂布速度太快时，涂布液珠开始不稳定，容易产生空气渗入、横向波等缺陷。
涂布窗口下限发生时，如流量过大或者涂布速度过慢，流体无法及时被带走，涂布液珠大量累积，容易形成水窒或者垂流。
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。
铜电解精炼极间短路行为研究
铜电解精炼极间短路行为研究
铜电解精炼是一种常用的生产工艺，用于提纯铜并去除杂质。
然而，极间短路是在铜电解精炼过程中可能发生的一个严重问题，它会导致电解槽的不稳定性和效率下降。
因此，深入研究铜电解精炼极间短路行为对于提高精炼效果和经济效益具有重要意义。
极间短路是指电解槽中正、负极之间的电流短路。
它的主要原因可以归结为以下几点：极间距离过小、电解液中杂质过多、电解槽结构不合理、电解槽材料腐蚀等。
当极间短路发生时，电流不再经过电解液中的铜离子，而是通过极间短路路径直接流过，导致铜的不均匀沉积和损失。
因此，研究极间短路行为对于解决这一问题至关重要。
首先，研究人员需要对电解槽的结构进行优化。
合理设计电解槽的几何形状和尺寸可以有效减少极间短路的发生。
例如，增加极间距离、改变极间形状等措施可以降低极间短路的概率。
此外，使用耐腐蚀材料制造电解槽也是解决极间短路问题的重要手段。
其次，研究人员需要分析电解液中的杂质对极间短路的影响。
通过对电解液进行净化处理，去除杂质，可以减少极间短路的发生。
此外，合理控制电解液的成分和温度也是避免极间短路的关键。
最后，研究人员应该开发出一套有效的监测和控制系统，及时发现和处理极间短路。
通过监测电解槽的电流和电压变化，可以迅速判断是否发生了极间短路，并采取相应的措施进行修复。
总之，铜电解精炼极间短路是一个需要深入研究的问题。
通过优化电解槽结构、净化电解液和开发监测系统等手段，可以有效预防和处理极间短路，提高铜电解精炼的效果和经济效益。
这对于铜产业的可持续发展和资源利用具有重要意义。
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
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
电化学加工论文电解加工论文
电化学加工论文电解加工论文影响电解磨削加工质量的因素及参数选择电解磨削属于电化学机械加工的范畴。
电解磨削是由电解作用和机械磨削作用相结合而进行加工的﹐又称电化学磨削﹐英文简称ECG。
电解磨削的原理如图,导电砂轮与直流电源的阴极相联,被加工工件接阳极,它在一定压力下与导电砂轮相接触。
加工区域中送入电解液,在电解和机械磨削的双重作用下,工件很快就被磨光。
在电解磨削过程中,电流从工件通过电解液流向磨轮,形成通路,于是工件表面的金属在电流和电解液的作用下发生电解作用(电化学腐蚀),被氧化成为一层极薄的氧化物或氢氧化物薄膜(阳极氧化膜)。
但刚形成的阳极薄膜迅速被导电砂轮中的磨料刮除,在阳极工件上有露出新的金属表面并被继续加工,这样,电解作用和磨削作用交替进行使工件被加工到一定的尺寸精度和表面粗糙度。
电解磨削是一种电解和机械磨削共同作用的加工方法,影响其加工质量的因素也是多方面的,主要是电解液、阴极导电面积和磨粒轨迹、被加工材料的性质、机械因素、电参数。
电解液的成分直接影响到阳极表面钝化膜的性质。
如果所生成的钝化膜的结构疏松,对工件表面的保护能力差,加工精度就低。
要获得高精度的零件,在加工的过程中工件表面应生成一层结构紧密、均匀的、保护性能良好的低价氧化物。
钝化性电解液形成的阳极钝化膜不易受到破坏。
电解液的成分和浓度是影响阳极钝化膜性质和厚度的主要因素。
因此为了改善表面粗糙度,常常选用钝化性或半钝化性电解液。
电解磨削平面时,常常采用碗状砂轮以增大阴极面积,但工件往复移动时,阴、阳极上各点的相对运动速度和轨迹的重复程度并不相等,砂轮边缘线速度高,进给方向两侧轨迹的重复程度较大,磨削量较多,磨出的工件往往成中凸的“鱼背”形状。
轮结合剂铜或石墨,工件在往复运动磨削过程中,由于两极之间的接触面积逐渐减少或逐渐增加,引起电流密度相应变化,造成表面电解不均匀,也会影响加工成形精度。
对合金成分复杂的材料,由于不同金属元素的电极电位不同,阳极溶解速度也不同,特别是电解磨削硬质合金和钢料的组合件时,问题更为严重。
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。
电化学 第3章 电化学极化讲解
电化学第3章电化学极化讲解电化学极化是指在电池或电化学反应中，由于电流通过电解质溶液或固体电解质内部所引起的电势变化和电化学反应过程，使得电极表面的电位波动而导致的极化现象。
这种现象会对电化学反应的速度和效果产生影响，并且还会对电池的使用寿命产生影响。
因此，研究电化学极化对于电化学研究和应用具有十分重要的意义。
电化学极化产生的原因主要有三种：电阻极化、化学极化和双极化。
其中，电阻极化是由于电解质的电阻对电流的阻碍所导致的电极电位下降；化学极化是因为电化学反应产生的中间物质在电极表面积累，妨碍了电荷的传输而导致的电极电位变化；而双极化则是化学极化和电阻极化的综合效果。
这三种极化加起来就是总极化。
电阻极化是电解质电导率降低或电池电解液中溶质浓度增加所引起的。
电解质溶液中的电离度影响电导率，溶液浓度越大，电离度越高，导电性也越高。
但是在一定条件下，由于电解质的抵抗和电荷的平衡，电离度会下降，导致电导率降低。
在电化学反应中，当电流通过电解液时，会引起内部电场的变化，从而引起电位的变化，使得电极表面电位下降，产生电阻极化。
电阻极化的产生会使得电化学反应的速率降低，因此需要采取措施来消除电阻极化。
解决电阻极化的方法包括增加电极表面积、缩短电解质厚度等。
化学极化是指在电化学反应过程中，由于反应产物在电极表面积累，导致电位的变化。
这种极化既可以是消极的，也可以是积极的。
消极的化学极化通常是由于电极表面积累的反应产物造成了反应的中止，而积极的化学极化则会催化反应，促使反应速率的提高。
如果化学极化过于严重，会导致电极表面被覆盖，阻碍电流的传输，从而造成电位的下降。
为了避免化学极化的影响，可以采用刷新电极表面、增加电极表面积、调整电解质中的反应物浓度等方法。
双极化是指电阻极化和化学极化同时存在，两者综合起来导致电位的变化。
双极化是一种复杂的极化，它的产生需要考虑多种因素，如电荷的传输速度、电解质电导率、化学反应等。
为了消除双极化，可以采用加速电荷传输速度、采用高电导率的电解质、优化反应条件等方法。
电化学加工
阴极片
分度
空心水套管
叶片 阴极片
电解加工整体叶轮
电化学加工 4）电解倒棱去毛刺
电化学加工 5）电解刻字
电化学加工 6）电解抛光 电解抛光也是利用金属在电解液中的电化学阳极溶解 对工件表面进行腐蚀抛光的，它只是一种表面光整加工方 法，用于改善工件的表面粗糙度和表面物理力学性能，而
不用于对工件形状和尺寸加工。它和电解加工的主要区别
电化学加工
表2 直流电源的特点及应用
分 类 特 1．可靠性、稳定性好； 2．调节灵敏度较低； 3．稳压精度不高 1．灵敏度高，稳压精度高； 2．效率高，节省金属材料； 3．稳定性、可靠性较差 点 应用场合 国内生产现场占一定比例
硅整流电源
晶闸管电源 可控硅电源
国外生产中普遍采用，也占 相当比例
电化学加工 2) 机床 电解加工机床的任务是安装夹具、工件和阴极工具，
电化学加工 4) 恒温控制系统
电铸时间很长，所以必须设置恒温控制设备。它包括加 热设备 ( 加热玻璃管、电炉等 )和冷却设备 ( 冷水或冷冻机等 )。
3．电铸加工的工艺过程
原模表面处理
电铸至规定尺寸
衬背处理
成品
清洗干燥
脱模
电化学加工 4．电铸的应用 电铸具有极高的复制精度和良好的机械性能，已在航空、 仪器仪表、精密机械、模具制造等方面发挥日益重要的作用。
电化学加工 (5) 电铸时，金属沉积速度缓慢，制造周期长。如电 铸镍，一般需要一周左右。
(6) 电铸层厚度不易均匀，且厚度较薄，仅为 4 ～ 8
mm左右。电铸层一般都具有较大的应力，所以大型电铸 件变形显著，且不易承受大的冲击载荷。这样，就使电铸 成型的应用受到一定的限制。 2．电铸设备 电铸设备(如图3-1所示)主要包括电铸槽、直流电源、 搅拌和循环过滤系统、恒温控制系统等。
电化学加工特点
电化学加工特点电化学加工（ElectrochemicalMachining，简称ECM）指的是将电解质溶液作为去除钝化表面的工具，以电流为能量源，在静电场和化学反应的作用下，加工出被加工材料自身的成形特征的加工技术。
ECM无需运行的机械机构，仅通过电解质溶液和电流的作用即可完成加工，目前已广泛应用于五金、精密零部件、航空航天、内燃机、机械及其他行业。
ECM具有以下几个特点：1、高精度：ECM可以切削准确度高达0.005毫米，切削表面粗糙度Ra值可达0.2毫米。
2、无侵蚀：ECM有可控的侵蚀效果，不会引起材料脆性变化，完全可控，可在高精度材料上进行加工。
3、不产生机械冲击：ECM不产生机械冲击，不引起材料的热破坏，有效降低了加工损伤。
4、低能耗：电化学加工的加工效率高，可以有效降低加工能耗，延长电极的使用寿命。
5、可控：由于电化学加工可以精确控制加工参数，因此可以很好地控制加工精度和正确进行特殊曲面的加工，可以制造复杂的结构。
6、清洁：ECM的加工过程比较清洁，不易产生垃圾和有害气体，比较环保。
7、降低劳动强度：ECM有自动化的控制系统，可以降低加工操作的时间和劳动强度。
电化学加工的特点使其在很多行业得到了广泛的应用，如航空航天、精密机械零部件等，以及最近有关腐蚀性钝化被动材料加工、一次性加工、易腐蚀材料等行业中也有应用。
电化学加工不仅作为一种加工技术在各行各业中得到了广泛的应用，而且还被应用到科研领域，来研究材料的微观性能。
ECM的发展速度很快，在不断的研究和改进中，其加工范围也在不断扩大，很多新的加工技术产生，如金属细化加工、钝化表面处理、焊接和融合、抛光加工等。
在这些新技术的作用下，ECM已经进入了一个新的发展阶段，也可为更多新的应用领域打开了大门，如电子医疗、冶金技术、高科技装备等。
总之，电化学加工具有许多特点，可作一种精密加工方式，被广泛应用于航空航天、机械、汽车以及精密仪器设备制造等行业，以及未来的领域，如电子医疗、冶金技术、高科技装备等。