电化学加工论文

摘要：电化学加工技术广泛用于加工发动机叶片、火炮膛线、汽车锻模、汽轮机整体叶轮、花键及异形孔等零件。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。介绍了电化学加工技术的基本原理、设备组成及加工特点。对其中的电化学抛光、电镀、电刻蚀、电解磨削技术的加工方法作了详细的阐述。与机械加工相比，电化学加工能加工出复杂的型面、腔孔，加工高硬度、高韧性、高强度材料，生产率高。将电化学加工技术与传统加工方法进行有机的结合，可以进一步提高了零件质量、改善零件使用性能和延长使用寿命，提高我国机械制造业在国际上的竞争力。

关键词：电化学加工；电化学抛光；电镀；电解磨削

一：电化学加工的定义

电化学加工（Electrochemical Making），也称电解加工，是利用金属在外电场作用下的高速局部阳极溶解实现电化学反应，对金属材料进行加工的方法。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。

二：电化学加工的基本原理

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+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。

三、电源的选择：

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。

四：电化学加工的特点

电化学加工具有如下特点：

（1）能同时进行三维的加工，一次加工出形状复杂的型面、型腔、异形孔。

（2）可以加工一般机制工艺难以加工的高硬度、高韧性、高强度材料，如硬质合金、淬火钢、耐热合金、钛合金。

（3）生产率高，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，且加工生产率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制。

（4）阴极工具在理论上不损耗，可长期使用。

（5）产生的热量被电解液带走，工件基本上没有温升，适合于加工热敏性材料。

（6）加工中工件与刀具（阴极）不接触，不会产生切削力，加工后零件表面无残余应力、无毛刺。

（7）加工后零件表面质量好。表面粗糙度Ra可达0.2～1.25μm，加工精度：型孔或套料为±0.03～±0.05 mm、模锻型腔为±0.05～±0.20 mm、透平叶片型面为0.18～0.25 mm。

五：电化学加工的分类

1、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。

2、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。

3、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。

4、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。

5、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。