第六章 电化学加工
第6章汽车制造中的特种加工
面粗糙度（Ra1.25～0.2μ m）和±0.1mm左右的平均加工精度。
电解微细加工钢材的精度可达±10～70μ m。
适合于加工易变形或薄壁零件。
（４）加工过程中工具电极理论上无损耗，可长期使用。 因为工具阴极材料本身不参与电极反应，其表面仅产生析氢反
应，同时工具材料又是抗腐蚀性良好的不锈钢或黄铜等，所以
直观的认识；
本章目录
6.1 特种加工技术 6.2 特种加工方法
6.3 特种加工工艺
6.1 特种加工技术
由于这些现代加工技术与传统加工技术在加工原理 或加工工艺上有很大的区别,因此将这些现代加工技术成 为”特种加工技术”。
特种加工技术包括特种加工方法和特种加工工艺两
个方面。
6.2 特种加工方法
一、特种加工方法的概念
1.与传统的机械加工一样，机床本身的各种误差，工件和
工具电极的定位、安装误差都会影响到电火花加工的精度；
2.与电火花加工工艺有关的主要因素是放电间 Nhomakorabea的大小及
其一致性、工具电极的损耗及其稳定等。电火花加工时工具 电极与工件之间放电间隙大小实际上是变化的，电参数对放 电间隙的影响非常显着，精加工放电间隙一般只有0.01mm （单面），而粗加工时则可达0.5mm以上。目前，电火花加工
过一段时间间隔，排除电蚀产物和介质恢复绝缘，再在两级
间加电„，如此连续的重复放电，工具电极不断地向工件进 给就可将工具的形状复制在工件上，加工出所需要的零件。
其加工的必备条件是： (1)必须采用脉冲电源； (2)工具电极和工件被加工表面之间必须保持一定的间隙； (3)放电必须在一定绝缘性能的液体介质中进行。
在加工原理或加工工艺上存在很大区别，因此将
电化学加工的基本原理及分类
电化学加工的基本原理及分类
▪ 电化学加工过程
电化学加工的基本原理及分类
▪ 电解质溶液 ▪ 凡溶于水后能导电的物质就叫做电解质，如硫酸、氢氧化钠、
氢氧化氨、硝酸钠、氯酸钠等酸、碱、盐都是电解质。电解质与水 形成的溶液为电解质溶液，简称为电解液。电解液中所含电解质的 多少即为电解液的质量分数。
阳极溶解来进行加工，主要有电解加工、电解抛光等；第二类是利 用电化学阴极沉积、涂覆进行加工，主要有电镀、涂镀、电铸等； 第三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，目前主要有电化学加工与机械加工相结合。
模具制造化
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、阴极的电极电位向负移，这种现象称为极化。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。
电化学加工的基本原理及分类
▪ 金属的钝化和活化
▪
在电解加工过程中还有一种叫饨化的现象，它使金属阳极溶
解过程的超电位升高，使电解速度减慢。例如铁基合金在硝酸钠电
解液中电解时，电流密度增加到一定值后，铁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，使铁成稳定状态不再溶解。
电解过程中的这种现象称阳极饨化，简称钝化
电化学加工的基本原理及分类
▪ 电化学加工的分类 ▪ 电化学加工按其作用原理可分为 3 大类。第一类是利用电化学
电化学加工的基本原理及分类
▪ 电极电位 因为金属原子都是由外层带负电荷的自由电子和带正电荷的金
属阳离子所组成的。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，或从后者得到电子的现象。 这样，当金属上有多余的电子而带负电时，溶液中靠近金属表面很 薄的一层则有多余的金属离子而带正电。
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
工科基础化学(第六章 电化学基础与金属腐蚀)
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工科基础化学
6.2.1 基本概念
M z ze M Az- ze A
取电子的得失数为 z，通入的电量为 Q， 则电极上发生反应的物质的量 n 为：
Q 或 n Q nzF zF 电极上发生反应的物质的质量 m 为： QM m nM zF
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金属电 极
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工科基础化学
6.2.1 基本概念
③一块铂片浸在H2气氛下的HCl溶液中： 1/2H2 (g) ⇆ H+(sol) + e(M)
气体电 极
④一块铂片浸在含有铁离子(Fe3+)和亚铁离子 (Fe2+)的水溶液中： 氧化还原电极 Fe2+ (sol) ⇆ Fe3+(sol) + e(M)
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工科基础化学
6.2.1 基本概念
法拉第常数 法拉第常数在数值上等于1 mol元电荷的电 量。已知元电荷电量为1.6022×10-19C。
F=L· e =6.022×1023 mol-1×1.6022×10-19 C
=96484.6 C· -1 mol
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工科基础化学
6.2.1 基本概念
常见的几类电极系统 ①一块金属铜浸在清除了氧的CuSO4的水 溶液中: 第43;
+ 2e(M)
电极
②一块表面上附有AgCl晶体层的银片浸在 NaCl的水溶液中： 第二类 Ag(M)+
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Cl-(sol)
⇆ AgCl(M) + e(M)
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北京航空航天大学物理化学第六章电化学
一、可逆电极的类型——第一类电极
电极
Mz+(a+)|M(s) H+ (a+)|H2(p),Pt OH-(a-)|H2(p),Pt OH-(a-)|O2(p),Pt H+(a+)|O2(p),Pt Cl- (a-)|Cl2(p),Pt
Na+(a+)|Na(Hg)(a)
电极反应
Mz+(a+)+ze- →M(s) 2H+(a+)+2e- →H2(p) 2H2O+2e- →H2(p)+2OH-(a-) O2(p)+2H2O+4e- →4OH-(a-) O2(p)+4H+(a+)+4e- →2H2O Cl2(p)+2e- →2Cl-(a-)
(6-3-1)
r Sm
( r Gm T
)
p
zF
E T
p
(6-3-2)
Qr,m Tr Sm
zFT E T p
r Hm
rGm
Tr Sm
zF
E
T
E
T p
(6-3-3)
q p(w'0)
w
' r
qr
三、可逆电池热力学
2、E与Kθ及电池电动势的Nernst方程
zFE rGm RT ln K (6-3-4)
第六章 电化学 ➢电化学的研究意义 1、电解：精炼和冶炼有色金属和稀有金属；
电解法制备化工原料； 电镀法保护和美化金属； 还有氧化着色等。 2、电池： 汽车、宇宙飞船、照明、通讯、生物化学、 和医学等方面都要用不同类型的化学电源。 3、电分析
第六章 电化学
电化学加工复习题答案
电化学加工复习题答案一、选择题1. 电化学加工中，阴极和阳极分别是什么？A. 金属工件和工具电极B. 工具电极和金属工件C. 金属工件和电解质D. 电解质和工具电极答案：B2. 在电化学加工中，电流密度的大小对加工过程有何影响？A. 电流密度越大，加工速度越快B. 电流密度越小，加工速度越快C. 电流密度与加工速度无关D. 电流密度过大会导致工件表面质量下降答案：A3. 下列哪种电解质不适合用于电化学加工？A. 硫酸B. 硝酸C. 盐酸D. 氢氧化钠答案：D二、填空题1. 电化学加工是一种利用______和______对金属进行加工的方法。
答案：电化学反应；电解液2. 在电化学加工中，工件作为______，工具电极作为______。
答案：阳极；阴极3. 电化学加工过程中，金属的溶解速率与______成正比。
答案：电流密度三、简答题1. 简述电化学加工的优点。
答案：电化学加工具有加工精度高、表面质量好、材料利用率高、加工范围广、环境污染小等优点。
2. 电化学加工在工业生产中有哪些应用？答案：电化学加工广泛应用于航空航天、汽车制造、精密仪器、模具制造等领域，用于加工复杂形状的零件或难以加工的材料。
四、计算题1. 假设在电化学加工过程中，金属的溶解速率为0.5mm/min，电流密度为10A/dm²，求金属的法拉第常数。
答案：根据法拉第定律，金属溶解速率与电流密度成正比，比例系数即为法拉第常数。
设法拉第常数为F，则有：0.5mm/min = F *10A/dm²。
将单位统一后，可得F的值。
五、论述题1. 论述电化学加工过程中电流密度、电解液浓度和温度对加工效率和工件表面质量的影响。
答案：电流密度的增加会提高金属的溶解速率，从而提高加工效率，但过大的电流密度可能导致工件表面质量下降。
电解液浓度的增加可以提高金属的溶解速率，但过高的浓度可能引起电解液的不稳定。
温度的升高可以提高电解反应的速率，但过高的温度会加速电解液的分解，影响加工过程的稳定性。
电化学加工在模具制造技术
制造的应用领域。
先进制造技术融合
借鉴其他先进制造技术的经验和方 法，如增材制造、微纳制造等，与 电化学加工技术相结合，创新模具 制造的工艺和方法。
跨学科合作与创新
鼓励电化学加工与机械工程、计算 机科学、化学工程等多学科的跨学 科合作，共同推动模具制造技术的 创新与发展。
电化学加工在模具制造技术
目
CONTENCT
录
• 电化学加工概述 • 模具制造技术现状及挑战 • 电化学加工在模具制造中优势分析 • 电化学加工在模具制造中关键技术
研究
目
CONTENCT
录
• 电化学加工在模具制造中应用案例 分享
• 电化学加工在模具制造中未来发展 趋势预测
01
电化学加工概述
电化学加工定义与原理
1 2 3
高精度要求
光学、精密机械等领域对高精度零件的需求日益 增加，传统加工方法难以保证加工精度和表面质 量。
电化学加工精度保障
通过精确控制加工参数和采用先进的电解液循环 系统，可以实现高精度零件模具的制造，保证零 件的尺寸精度和表面质量。
典型应用
光学镜片、精密轴承、高精度齿轮等零件的模具 制造。
降低生产成本和周期
降低生产成本
电化学加工采用简单的电极形状和较 少的加工步骤，相比传统机械加工， 可以大幅度降低模具的制造成本。
缩短生产周期
电化学加工具有较快的加工速度，可 以在较短时间内完成模具的加工，从 而缩短了生产周期，提高了生产效率 。
实现复杂形状和结构加工
加工复杂形状
电化学加工不受材料硬度、强度和韧性的限制，可以加工出传统机械加工难以实 现的复杂形状和结构。
电化学加工技术国内外研究现状及展望
电化学加工技术国内外研究现状及展望近年来，电化学加工技术受到越来越多的关注，它不仅可以实现耐磨性、耐腐蚀性和耐腐蚀性高的零件表面处理，还可以实现多种材料的精密加工。
由于电化学加工技术的独特优势，它的应用日渐广泛，在航空航天、国防、石油化工、汽车、船舶和机械等领域都有应用。
对电化学加工技术进行研究的研究机构和研究人员非常多。
全球范围内，美国、德国、日本、澳大利亚、韩国、新加坡、中国等国家均开展了电化学加工技术的研究，并取得了一些突破。
在美国，波士顿大学、麻省理工学院等知名学府均进行了电化学加工技术的研究。
波士顿大学的研究重点是电化学加工技术与电化学磨料的结合，用以改善放电加工的表面质量；麻省理工学院的研究重点是电解技术的应用，即用电解液的氧化过程来实现机械零件的精密加工和修复。
德国也是电化学加工技术研究的热点。
德国柏林联邦理工大学对电化学加工技术近期进行了系统研究，主要研究内容包括：用于航空、航天航站设备的非磨损表面处理工艺、膜层表面处理工艺以及电化学表面处理技术。
日本也是全球最大的电化学加工技术研究中心之一。
在过去的几年里，日本经济产业省开展了一系列的电化学加工技术研究项目，主要集中在航空航天、铸造机械、汽车和工业机械等领域。
除了上述几个国家外，澳大利亚、韩国、新加坡、中国等国家也开展了电化学加工技术的研究，并取得了一些突破。
中国也是推广和应用电化学加工技术的国家之一。
近年来，中国科学院、国家计委、中国科技部和省部级科研院所均在实施电化学加工技术的研究项目，主要集中在航空航天、汽车、船舶、冶金等行业。
总的来说，电化学加工技术的研究取得了长足的进步，但仍有待改进和完善，特别是在优化工艺、降低成本、提高效率、优化设备、探索新材料和新技术等方面还需努力深入研究。
未来，电化学加工技术将在更多领域中得到广泛应用，并可能实现更大的突破。
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。
电解加工(课件)讲解学习
1.NaCl电解液——蚀除速度高，但杂散腐蚀也严重，故 复制精度较差。浓度为20％以内，一般为14％～18％ 。电解液温度为25～35°C。 2.NaNO3电解液——钝化型电解液。NaNO3电解液在浓 度为30％以下时，有较好的非线形性能，成形精度高， 而且对机床腐蚀性小，价格也不高。主要缺点是电流效 率低，生产率也低，另外加工时阴极有氨气析出，所以 NaNO3会被消耗。 3.NaClO3电解液——散蚀能力小，加工精度高；具有 很高的溶解度；导电能力强，可达到与NaCl相近的生 产率；腐蚀作用小。缺点：价格较贵，强氧化剂，使用 时注意安全防火。
2020/6/26
3.改进电解液——钝化型电解液、复合电解液 、低质量分数的电解液 4.混气电解加工——将一定压力的气体（主要 是压缩空气）用混气装置使它与电解液混合在 一起，使电解液成分包含无数气泡的气液混合 物，然后送入加工区进行电解加工
2020/6/26
3.电解加工的基本设备
1.直流电源——为提高电解加工精度，生产中 采用脉冲电源加工。 2.机床 ——要求：足够的刚性；进给速度的稳 定性；防腐绝缘；安全措施。 3.电解液系统——主要由泵、电解液槽、过滤 装置、管道和阀组成。
2020/6/26
2020/6/26
电化学反应示意图
电解质溶液 溶于水能导电的物质叫做电解质 。例如：NaCl——Na++Cl- 强电解质；氨水 、醋酸等为弱电解质 电极电位 产生在金属和它的盐溶液之间的电 位差称为金属的电极电位。“双电层” “平 衡电极电位” 电极的极化 金属的钝化和活化
2020/6/26
2020/6/26
2020/6/26
电解加工示意图
电解加工的特点：