特種加工第四章PPT課件

1、一、電化學加工的基本原理（一）電化學加工過程 電荷遷移 電化學反應 陽極溶解 陰極沉積 電化學加工第1頁/共35頁 任何兩種不同的金屬放入任何導電的水溶液中，即使沒有外加電場，自身將成為“原電池”。第2頁/共35頁（二）電解質溶液 凡溶于水后能導電的物質叫做電解質。電解質與水形成的溶液稱為電解質溶液，簡稱電解液。NaClNaCl 強電解質 弱電解質 NH3 CH3COOH 電中性第3頁/共35頁（三）電極電位第4頁/共35頁 由于雙電層的存在，在正、負電層之間，也就是金屬和電解液之間形成電位差。產生在金屬和它的鹽溶液之間的電位差稱為金屬的電極電位，因為它是金屬在本身鹽溶液中的溶解和沉積相平衡的

2、電位差，所以又稱為平衡電極電位。第5頁/共35頁 到目前為止，一種金屬和其鹽溶液之間雙電層的電位差還不能直接測量，但是可用鹽橋的辦法測出兩種不同電極間的電位之差，生產實踐中規(guī)定采用一種電極作標準和其他電極比較得出相對值，稱為標準電位電極。第6頁/共35頁 標準電極電位是以標準氫原子作為參比電極，即氫的標準電極電位值定為0，與氫標準電極比較，電位較高的為正，電位較低者為負。如氫的標準電極電位H2H+ 為0.000V，鋅標準電極電位Zn Zn2+ 為-0.762V,銅的標準電極電位Cu Cu2+為+0.337V。 金屬浸在只含有該金屬鹽的電解溶液中，達到平衡時所具有的電極電位，叫做該金屬的平衡電極

3、電位。當溫度為25，金屬離子的有效濃度為1mol/L（即活度為1）時測得的平衡電位，叫做標準電極電位。 離子活度又稱為離子的有效濃度。a=fc c為實際離子濃度，f為活度系數(shù)。第7頁/共35頁 當有效離子濃度改變時，電極電位也隨著改變，可用“能斯特公式”換算， 上式中E表示平衡電極電位差，E0表示標準電極電位差，R和F分別表示氣體常數(shù)和法拉第常數(shù)，T是絕對溫度，n為參與電極反應的電子數(shù)。1889年由Nernst（德）提出，故名。nFRTEE3026. 20第8頁/共35頁（四）電極的極化 當有電流通過時，電極的平衡狀態(tài)遭到破壞，使陽極的電極電位向正移（代數(shù)值增大）、陰極的電極電位向負移（代數(shù)值

4、減?。?，這種現(xiàn)象稱為極化。 極化后的電極電位與平衡電位的差值稱為超電位。 在電解過程中若離子的擴散、遷移步驟緩慢而引起電極極化稱濃差極化，由于電化學反應緩慢而引起的電極極化成為電化學極化。 第9頁/共35頁1.濃差極化 在外電場的作用下，如果陽極表面液層中金屬離子的擴散與遷移速度較慢，來不及擴散到溶液中去，使陽極表面造成金屬離子堆積，引起了電位值增大，這就是濃差極化。 在陰極上，由于水化氫離子的移動速度很快，一般情況下，陰極上氫的濃差極化是很小的。濃差極化主要產生在陽極上。 第10頁/共35頁 凡能加速電極表面離子的擴散與遷移速度的措施，都能使?jié)獠顦O化減少，例如提高電解液流速以增強其攪拌作用，

5、升高電解液溫度等。第11頁/共35頁 電化學極化主要發(fā)生在陰極上，從電源流入的電子來不及轉移給電解液中的氫離子，因而在陰極上積累過多的電子，使陰極電位向負移，從而形成了電化學極化。 在陽極上，金屬溶解過程的電化學極化一般是很小的，但當陽極上產生析氧反應時，就會產生相當嚴重的電化學極化。第12頁/共35頁 電解液的流速對電化學極化幾乎沒有影響，電化學極化僅僅取決于反應本身，即取決于電極材料和電解液成分，此外還與溫度、電流密度有關。溫度升高，反應速度加快，電化學極化減小。電流密度愈高，電化學極化越嚴重。第13頁/共35頁第14頁/共35頁（五）金屬的鈍化和活化 在電解加工過程中還有一種叫做鈍化的現(xiàn)

6、象，它使金屬陽極溶解過程的超電位升高，使電解速度減慢。電解過程中的這種現(xiàn)象稱陽極鈍化（電化學鈍化），簡稱鈍化。 成相理論 吸附理論第15頁/共35頁 使金屬鈍化膜破壞的過程稱為活化。引起活化的因素很多。例如：把溶液加熱、通入還原性氣體或加入某些活性離子等，也可以采用機械辦法破壞鈍化膜。 把電解液加熱可以引起活化，但溫度過高會使電解液蒸發(fā)過快，絕緣材料膨脹、軟化和損壞等，因此只能在一定溫度范圍內使用。第16頁/共35頁 在使金屬活化的多種手段中，以氯離子的作用最為引人注目。Cl具有很強的活化能力，這是因為Cl對大多數(shù)金屬親和力比氧大， Cl吸附在電極上使鈍化膜中的氧排出，從而使金屬表面活化。第1

7、7頁/共35頁二、電化學加工的分類第一類：1.電解加工（陽極溶解）：用于形狀、尺寸加工2.電解拋光（陽極溶解）：用于表面加工，去毛 刺第18頁/共35頁第二類：1. 電鍍（陰極沉積）：用于表面加工，裝飾2.局部涂鍍（陰極沉積）：用于表面加工，尺寸修復3.復合電鍍（陰極沉積）：用于表面加工，磨具制造4. 電鑄（陰極沉積）：用于制造復雜形狀的電極，復制精密、復雜的花紋模具第19頁/共35頁第三類：1.電解磨削，包括電解珩磨、電解研磨（陽極溶解，機械刮除）：用于形狀、尺寸加工，超精、光整加工，鏡面加工2.電解電火花復合加工（陽極溶解、電火花蝕除）：用于形狀、尺寸加工3.電化學陽極機械加工（陽極溶解、

8、電火花蝕除、機械刮除）：用于形狀、尺寸加工，高速切斷、下料第20頁/共35頁第二節(jié) 電解加工一、電解加工過程及其特點 電解加工是利用金屬陽極的電化學溶解原理來去除金屬的。 電解拋光 距離較大 電解液靜止不動 形狀 尺寸 加工時，工件接直流電源的正極，工具接負極，兩極間保持一個較小的間隙，間隙內通入具有一定壓力并高速流動的電解液，用以沖走電解產物。通電后，兩極間就形成電場，隨著工件陰極的不斷進給，陽極就不斷溶解，最后獲得所需要的工件形狀。 第21頁/共35頁第22頁/共35頁第23頁/共35頁電解加工的優(yōu)點： 1)加工范圍廣，不受金屬材料本身力學性能的限制。 2)生產率較高，約為電火花加工的51

9、0倍，在某些情況下，比切削加工的生產率還高，且加工生產率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制。 3)可以達到較好的表面粗糙度（Ra1.250.2m）和0.1mm左右的平均加工精度。 4)由于加工過程中不存在機械切削力，所以不會產生由切削力所引起的殘余應力和變形，沒有飛邊毛刺。 5)加工過程中陰極工具在理論上不會損耗，可長期使用。第24頁/共35頁電解加工的缺點： 1)不易達到較高的加工精度和加工穩(wěn)定性。 2)電極工具的設計和修正比較麻煩，因而很難適用于單件生產。 3)電解加工的附屬設備較多，占地面積較大，機床要有足夠的剛性和防腐性能，造價較高。一次性投資較大。 4)電解產物需進行妥善處理，否則將

10、污染環(huán)境。此外，工作液及其蒸氣還會對機床、電源、甚至廠房造成腐蝕，也需要注意防護。第25頁/共35頁選用電解加工工藝的三原則： 1、難加工材料的加工 2、形狀相對復雜零件的加工 3、大批量零件的加工第26頁/共35頁第27頁/共35頁二、電解加工時的電極反應（一）鋼在NaCl水溶液中電解的電極反應（1）陽極反應 Fe2eFe2+ U=0.59V Fe3eFe3+ U=0.323V 4OH4eO2 U=0.867V 2Cl2eCl2 U=1.334V Fe22OHFe(OH)2（墨綠色） Fe(OH)22H2OO24Fe(OH)3（黃褐色）第28頁/共35頁（2）陰極反應 2H2eH2 U0.4

11、2V NaeNa U2.69V NaCl本身不消耗 壽命長 用電解加工法加工合金鋼時，若鋼中各合金元素的平衡電極電位相差較大，則電解加工后表面粗糙度將變大。就碳鋼而言，隨著鋼中含碳量的增加，加工后表面粗糙度將變大。這是又由于鋼中存在 Fe3C相，其電極電位與石墨的平衡電位接近。 高碳鋼、鑄鐵或經表面滲碳后的零件不適于電解加工。第29頁/共35頁（二）電解加工過程中的電能利用第30頁/共35頁 如果極化程度不大，陽極電極電位比溶液中所有陰離子的電極電位低的多，則金屬的溶解是唯一的陽極反應，電流大部分用于金屬溶解，電流效率接近100。 若陽極極化比較嚴重，以致電極電位與溶液中的某些陰離子相差不多，則電流除用于陽極溶解以外，還消耗于一些副反應，電流效率將低于100。 若陽極極化十分嚴重，陽極的電極電位高于溶液中的某些陰離子，則陽極就不會溶解，陽極反應將主要是電極電位最低的某種陰離子的氧化反應，這時的電流效率為零。第31頁/共35頁 一般來說，當用氯化鈉電解液加工鐵基合金時，電流效率為95100，加工鎳基合金和鈦合金時電流效率為7085。當采用NaNO3、NaClO3等電解液加工時，電流效率隨電流密度、電解液的濃度和溫度劇烈變化。第32頁/共35頁作業(yè)1. 電解加工是利用什么原理使工件加工成形的？ 2.