第4章 电化学加工

第二节
电解加工
由此可见，电解加工过程中，阳极铁不断地以Fe2+ 的形式被溶解，又以沉淀的形式被析出，水被分解消
耗，电解液的浓度逐渐变大；同时在阴极析出氢气；
NaCl电解液中的氯离子Cl-和钠离子Na+仅起导电作用，
本身不消耗，只要过滤干净，适当添加水分，可长期
使用。 注意：高碳钢、铸铁或经表面渗碳后的零件均不 适于电解加工。
返回
第二节
电解加工
4.选用电解加工工艺的三原则 用于难加工材料的加工 用于相对复杂形状的零件的加工 用于批量大的零件的加工 一般认为，三原则均满足时，相对而言选择电 解加工比较合理。
第二节
二、电解加工的电极反应
电解加工
（一）钢在NaCl水溶液中电解的电极反应 在NaCl电解液中存在H+、OH-、Na+、Cl-四种离子， 现分别讨论其阳极反应和阴极反应。 1.阳极反应 Fe -2e → Fe2+ U′=-0.59V Fe -3e → Fe3+ U′=-0.323V 4OH- -4e →O2↑ U′=0.867V 2Cl- -2e →Cl2↑ U′=1.334V 根据电极反应的基本原理，电极电位U′最负的 物质首先在阳极反应。
是电解与机械的复合加工方法。它是靠金属的溶解 (占95%～98%)和机械磨削(占2%～5%)的综合作用来实现 加工的。比电解加工的加工 精度高，表面粗糙度小，比 机械磨削的生产率高。 与此相近似的工艺还有 电解珩磨和电解研磨。
电解磨削原理图
1-导电砂轮 2-电解液 3-工件
特点
第三节
电解平面磨削加工原理图
第4章 电化学加工
涂镀板生产线 卧式电解机床 数控磁力电解研磨机床 电化学发动机缸体去毛刺设备 埃马克电化学加工机床 涂镀板生产线 高频脉冲电解数控机床
Байду номын сангаас 第4章
电化学加工
锌基涂镀防腐 彩涂镀卷 螺旋整体叶轮电解成型加工 化学复合镀 电化学抛光加工 电化学去毛刺 涂镀产品 电铸样品
第4章 电化学加工
（四）电极的极化 以上讨论的平衡电极电位是在没有电流通过电极的 情况。当有电流通过时，电极电位的平衡状态被破坏， 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。 电解加工时在阳极和阴极都存在着离子的扩散、迁 移和电化学反应两种过程。在电极极化过程中若离子的 扩散、迁移步骤缓慢而引起电极极化称为浓差极化，由 于电化学反应缓慢而引起的电极极化成为电化学极化。
涂镀板生产线 卧式电解机床 数控磁力电解研磨机床 电化学发动机缸体去毛刺设备 埃马克电化学加工机床 涂镀板生产线 高频脉冲电解数控机床
第4章
电化学加工
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第4章 电化学加工
第一节 电化学加工原理及分类 第二节 电解加工
1 i e
+
e i
2
10V
2＋ Cu ＋ H
Cu
－ Cl
－ OH
Cu
第三节 电解磨削(研磨、珩磨)
第四节 电铸、涂镀及复合镀加工
CuCl2水溶液
1— 阳极； 2— 阴极
第4章 电化学加工
第一节 电化学加工原理及分类
一、电化学加工的基本原理
1 i e
＋
－
e i 2
10V （一）电化学加工过程 溶液中的Cu2+ 离子移 Cu 向阴极得到电子进行还原 Cu Cu H － Cl 反应，沉积出铜；阳极上 OH 2+ 的Cu原子失掉电子成为Cu CuCl2水溶液 离子进入溶液。 1— 阳极； 2— 阴极 在电极表面上发生得失电子的化学反应称为电化学 反应。以这种电化学反应为基础对金属进行加工（阳极 溶解，阴极沉积）的方法称为电化学加工。 返回
1-磨粒 2-结合剂 3-工件 4-阳极薄膜 5-电极间隙及电解液
第三节
电解磨削
电解磨削与电解的异同 电解磨削的阳极溶解机理与普通电解加工的阳极溶 解机理是相同的。 电解磨削中，阳极钝化膜的去除是靠磨轮的机械加 工去除； 电解加工中，阳极钝化膜的去除是靠高电流密度去 破坏(不断溶解)或靠活性离子(如氯离子)进行活化，再 由高速流动的电解液冲刷带走。 电解加工需要压力高、流量大的液压泵；而电解磨 削可用冷却润滑用的小型离心泵。 电解磨削的形状和尺寸精度由砂轮相对于工件的成 形运动来控制，可采用腐蚀能力较弱的钝化性电解液。
第一节 电化学加工原理及分类
（三）电极电位
金属插入其盐溶液中，在金属表面会形成一层极薄 的“双电层”，也就是在金属和电解液之间形成电位差， 称为该金属的平衡电极电位。 到目前为止，一种金属盒其盐溶液之间双电层的电 位差还不能直接测量，但可用盐桥的办法测出两种不同 电极间的电位差。生产实践中规定采用一种电极作标准 和其他电极比较得出相对值，称为标准电极电位。通常 以氢电极为基准，认为地规定为它的电极电位为零。一 些元素的标准电极电位见表4-1。
散蚀能力小，加工精度高，表面粗糙度值小；
腐蚀性很小，使用安全； 生产率接近NaCl； 价格较贵(是NaCl的5倍)，而且是一种强氧化剂， 要注意防火；
电解液有消耗。
第二节

电解加工
电解液中加添加剂
上述三种电解液都有一定缺点，在电解液中加添
加剂是改变其性能的主要途径。例如： 为减少NaCl电解液的散蚀能力，加入少量的磷酸 盐等，可使阳极表面产生钝化抑制膜，提高成型精度； 为提高NaNO3电解液的生产率，可添加少量NaCl；
第二节
电解加工
因此，在阳极上只能是铁失去电子成为二价铁 离子Fe2+而溶解。 Fe2+ +2OH- → Fe(OH)2↓ Fe(OH)2+2H2O+O2 → 4Fe(OH)3↓ 2.阴极反应 2H+ +2e →H2↑ U′=-0.42V Na+ + e →Na↓ U′=-2.69V 根据电极反应的基本原理，电极电位U′最正的 物质首先在阴极反应。 因此，在阴极上只能是氢离子H+获得电子成为 氢气而析出。
2＋ ＋ －
第一节 电化学加工原理及分类
（二）电解质溶液 凡溶于水后能导电的物质叫电解质。如酸、碱、盐 等多数都是电解质。电解质与水形成的溶液为电解质溶 液，简称电解液。电解液中电解质的多少即为电解液的 质量分数。 NaCl(食盐)是一种中性盐类电解质，是离子型结晶 体。把NaCl放入水里，Na+离子和Cl-离子一个个、一层 层地被水拉入溶液中，水中的每个Na+离子和Cl-离子周 围均吸引着一些水分子，成为水化离子，这一过程成为 电解质的电离，其电离方程式为： NaCl -→ Na+ + Cl注意：溶液中正负离子电荷相等，溶液显中性。
为提高表面粗糙度，可添加络合剂、光亮剂等；
为减轻电解液的腐蚀性，可用缓蚀添加剂等。
第二节
电解加工
四、电解加工工艺及其应用 深孔扩孔加工 图4-30、图4-31、图4-32 型孔加工 图4-33、图4-34 型腔加工 图4-35 套料加工 图4-37 叶片加工 图4-38 电解倒棱去毛刺 图4-39 电解蚀刻 图4-40 电解抛光 数控展成电解加工
第二节
电解加工
移动式多采用卧式，阴极在零件内孔作轴向移动。 移动式特点 优点：阴极短，精度要求低，制造容易，可加工任 意长度的工件而不受电源功率的限制。 缺点：机床长度大于工件长度，工件两端由于加工 面积不断变化而引起 电流密度的变化，故 出现收口和喇叭口， 需采用自动控制。
图 4-31 移动式阴极深孔扩孔示意图
表面粗糙度Ra=1.25～0.2μm，平均加工精度±0.1mm 不存在机械切削力，工件无飞边毛刺，表面无硬化层 无变形、无残余应力 工具在理论上不会耗损，可长期使用

第二节
电解加工
3.电解加工的主要弱点和局限性 不易达到较高的加工精度和加工稳定性 加工小孔和窄缝困难 不适用于单件生产 工具电极的设计和修正比较复杂 一次性投入大 附属设备多，占地面积大，机床要抗腐蚀 环境污染 废弃工作液无害化处理
1.电解加工原理 利用金属在电解液中的 阳极溶解将工件加工成形。
电解加工示意图
电解加工成形原理
1-电源 2-工具 3-工件 4-泵 5-电解液
第二节
电解加工
2.电解加工的特点 加工范围广 不受金属材料本身力学性能的限制 可加工各种复杂型面 生产效率高 电火花的4～5倍；比切削高(复杂型面)。
1 2 3 4
电解磨削
5
6
9
8 10 11 12 13 5
7
1— 直流电源；2— 绝缘主轴； 3— 磨轮；4— 电解液喷嘴； 5— 工件；6— 电解液泵； 7— 电解液箱；8— 机床本体； 9— 工作台；10— 磨料； 11— 结合剂；12— 电解间隙； 13— 电解液
第三节
电解磨削
电解磨削加工过程 工件(阳极)表面的金属在电流和电 解液的作用下发生电解反应，被氧化成 一层极薄的氧化物或氢氧化物薄膜（阳 极薄膜），刚形成的阳极薄膜迅速被砂 轮磨料刮除，使工件又露出新的金属表 面并被继续电解，交替进行。 电解磨削过程中，金属主要是靠电 化学作用腐蚀下来，砂轮起磨去阳极钝 电解磨削加工过程原理图 化膜和平整工件表面的作用。
第一节 电化学加工原理及分类
1.浓差极化 在阳极极化过程中，
2.电化学极化 电化学极化主要发生在阴极上，从电源流入的电子 来不及转移给电解液中的H-离子，因而在阴极上积累过 多的电子，使阴极电位向负移，从而形成了电化学极化。
第一节 电化学加工原理及分类
（五）金属的钝化和活化 在电解加工过程中还有一种叫钝化的现象，它使金 属阳极溶解过程的超电位升高，使电解速度减慢。 使金属钝化膜破坏的过程成为活化。