第4章 電化學(xué)加工(1)

1、4.電化學(xué)加工(ECM)n涂鍍與復(fù)合鍍涂鍍與復(fù)合鍍n電化學(xué)加工新技術(shù)電化學(xué)加工新技術(shù)n4.1.1 電化學(xué)反響電化學(xué)反響Cu2+CuCu12VieCu2+H+1Cl-1OH-1CuCl2溶液中的電化學(xué)反應(yīng)溶液中的電化學(xué)反應(yīng)陽極陽極陰極陰極Cu2+CuCu12VieCu2+H+1Cl-1OH-1CuCl2溶液中的電化學(xué)反應(yīng)溶液中的電化學(xué)反應(yīng)陽極陽極陰極陰極4.1.1 電化學(xué)反響電化學(xué)反響電化學(xué)加工根本原理電化學(xué)加工根本原理4.1.2 電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液4.1.3 電極電位電極電位4.1.3 電極電位電極電位+ - - + - - + - - + - - +FeFeCl2- + + - + + -

2、 - + + - + + - CuCuSO44.1.3 電極電位電極電位Ub距離距離緊密層緊密層a分散層分散層b溶液溶液雙電層電位分布雙電層電位分布U：金屬與溶液間的雙電層電位差：金屬與溶液間的雙電層電位差Ua：雙電層中緊密層的電位差：雙電層中緊密層的電位差Ub：雙電層中分散層的電位差：雙電層中分散層的電位差把鋅片放到把鋅片放到H+有效質(zhì)量分數(shù)為有效質(zhì)量分數(shù)為1g/L的硫酸溶液中，在的硫酸溶液中，在25時時持續(xù)地把壓強為持續(xù)地把壓強為101.3kPa的純氫氣流通入，使鋅電極吸附氫氣的純氫氣流通入，使鋅電極吸附氫氣到達飽和。在電極外表的到達飽和。在電極外表的H2 和溶液中和溶液中H+之間有以下平

3、衡：之間有以下平衡： H2 2H+ + 2e經(jīng)測定，經(jīng)測定，Zn2+/Zn的標(biāo)準電極電位是的標(biāo)準電極電位是-0.763V。00.059lgUUan 4.1.4 電極的極化電極的極化v 兩極間無電流通過時：電極電位處于平衡兩極間無電流通過時：電極電位處于平衡平衡電極電位平衡電極電位v 兩極間有電流通過時：兩極間有電流通過時：n 陽極：電極電位陽極：電極電位向正移動向正移動n 陰極：電極電位陰極：電極電位向負移動向負移動v 極化現(xiàn)象：極化現(xiàn)象：v 超電位：超電位： 極化后的電極電位與平衡電極電位極化后的電極電位與平衡電極電位之差之差+V-V電位電位i電流密電流密度度陽極陽極陰極陰極CuCuCu -

4、 Cu+2CuCu12VieCuCl2溶液中的電化學(xué)反應(yīng)溶液中的電化學(xué)反應(yīng)電化學(xué)極化發(fā)生在陰極電化學(xué)極化發(fā)生在陰極CuCu12VieCuCl2溶液中的電化學(xué)反應(yīng)溶液中的電化學(xué)反應(yīng)-e4.1.5 的的Ulgi4.1.5 的的4.1.6 4.1.7 電化學(xué)加工分類電化學(xué)加工分類-+陽極與陰極距離較近的地方通過的電流密度較大，陽極溶解陽極與陰極距離較近的地方通過的電流密度較大，陽極溶解速度也較快，加工時電流密度速度也較快，加工時電流密度10 200A/cm2。1020V兩極之間間隙兩極之間間隙0.11mm，電解液流速電解液流速550m/s100010000(20000)AAV0.52MPa電解液電解

5、液工具陰極工具陰極工件陽極工件陽極工具與工件分別接電源的陰極和陽極。工具陰極向工件慢慢進給，在很小工具與工件分別接電源的陰極和陽極。工具陰極向工件慢慢進給，在很小的間隙內(nèi)通以一定壓力并高速流動的電解液，用以沖走電解產(chǎn)物。的間隙內(nèi)通以一定壓力并高速流動的電解液，用以沖走電解產(chǎn)物。n工具只發(fā)生氫氣和沉淀而無溶解，理論上工具只發(fā)生氫氣和沉淀而無溶解，理論上無損耗，使用壽命長無損耗，使用壽命長電極電位最負的物質(zhì)將首先在陽極反響電極反電極電位最負的物質(zhì)將首先在陽極反響電極反響根本原理響根本原理陽極產(chǎn)生的反響陽極產(chǎn)生的反響電極電位最正的粒子將首先在陰極反響電極電位最正的粒子將首先在陰極反響(電極反電極反響

6、根本原理響根本原理陰極產(chǎn)生的反響陰極產(chǎn)生的反響UUcURUa+-UU：使陽極不斷溶解的總能源，：使陽極不斷溶解的總能源， 在兩極間形成加工電流，使在兩極間形成加工電流，使陽極到達較高的溶解速度。陽極到達較高的溶解速度。UR ：電解液電阻形成的歐姆電壓：電解液電阻形成的歐姆電壓Ua ：陽極壓降；：陽極壓降； Uc ：陰極壓降：陰極壓降易溶解、電離度高易溶解、電離度高導(dǎo)電性好導(dǎo)電性好含有活化含有活化Cl-離子離子鈍化膜小鈍化膜小適應(yīng)面廣、價廉適應(yīng)面廣、價廉雜散腐蝕嚴重，復(fù)制精度差雜散腐蝕嚴重，復(fù)制精度差v NaCl：由于陰極側(cè)面不絕緣，側(cè)壁及內(nèi)芯被雜散腐蝕由于陰極側(cè)面不絕緣，側(cè)壁及內(nèi)芯被雜散腐蝕v

7、NaNO3、NaClO3：工件側(cè)壁鈍化，側(cè)壁及內(nèi)芯雜散腐蝕很小。工件側(cè)壁鈍化，側(cè)壁及內(nèi)芯雜散腐蝕很小。 在電解加工中，在電解加工中， 有些已加工部位或不需要加工部有些已加工部位或不需要加工部位也有電流的分布位也有電流的分布 ， 這就意味著在這些這就意味著在這些 部位也可能部位也可能會出現(xiàn)材料去除，會出現(xiàn)材料去除， 這種現(xiàn)象通常稱為雜這種現(xiàn)象通常稱為雜 散腐蝕散腐蝕 。特性與特性與NaNO3電解液相似電解液相似溶解度高溶解度高導(dǎo)電能力強導(dǎo)電能力強價格貴價格貴NaCl的的5倍倍 強氧化劑易燃強氧化劑易燃 屬于消耗性電解液：屬于消耗性電解液： Cl-離子離子，雜散損失，雜散損失nNaCl：屬于線性電

8、解液：屬于線性電解液nNaClO3 ：屬于非線性溶液屬于非線性溶液nNaNO3 ：屬于非線性溶液屬于非線性溶液100%n 易于密封易于密封n 產(chǎn)物流過間隙，出口處加工精度和產(chǎn)物流過間隙，出口處加工精度和外表粗糙度差外表粗糙度差n工具電極開口處留有凸起的剩余尖工具電極開口處留有凸起的剩余尖錐錐 n 結(jié)構(gòu)復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)雜n工件上同樣會有剩余尖錐外，其余工件上同樣會有剩余尖錐外，其余與正向流動相反與正向流動相反 n 結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單n 適用于較淺的型腔加工適用于較淺的型腔加工g/(Ah)g/(Ah)v=Q= It v=Q= It mm3mm3 - -體積電化學(xué)當(dāng)量體積電化學(xué)當(dāng)量mm3 /(Ah)mm3

9、/(Ah)K = K = - -密度密度 g/mm3 g/mm3對生產(chǎn)率的影響對生產(chǎn)率的影響 13.5圖圖2 中空電極中空電極 2564 13.5 2564圖圖1 零件圖零件圖生產(chǎn)中常用生產(chǎn)中常用蝕除速度為：蝕除速度為：va=h / t h:去除厚度去除厚度; t :加工時間加工時間 蝕除體積：蝕除體積：V=Ah=Avatva =電流密度越高，生產(chǎn)率越高。但過高將會出現(xiàn)火花放電，析出氧、氯等電流密度越高，生產(chǎn)率越高。但過高將會出現(xiàn)火花放電，析出氧、氯等氣體，并使電解液溫度過高，在間隙內(nèi)造成沸騰氣化而引起短路。加工氣體，并使電解液溫度過高，在間隙內(nèi)造成沸騰氣化而引起短路。加工時平均電流密度為時平

10、均電流密度為10100A/cm2 。蝕除過程蝕除過程對生產(chǎn)率的影響對生產(chǎn)率的影響間隙電阻：間隙電阻：R=/A 導(dǎo)電率導(dǎo)電率1mm間隙中通過電流：間隙中通過電流： I= 電流密度：電流密度： i = I/= va= UR=U-(Uc+Ua) U-2得得 va=令令C = 得得 va=C/ C為常數(shù)為常數(shù) 蝕除過程蝕除過程RddUt 2R0202 2 U tCt 1.15min0.44420.212C-t22202 2Ct20va=v端面平衡間隙端面平衡間隙v法向平衡間隙法向平衡間隙v側(cè)向平衡間隙側(cè)向平衡間隙v平衡間隙的應(yīng)用平衡間隙的應(yīng)用以上只討論蝕除速度以上只討論蝕除速度va與加工間隙與加工間隙

11、 之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。實際電解加工中，工具陰極進給速度實際電解加工中，工具陰極進給速度vc的大小對加工間隙有影的大小對加工間隙有影響，即影響工件尺寸和成形精度。響，即影響工件尺寸和成形精度。10Cv va 0 bvcv2v1RbcUv cosncvv 代入代入 b= C/vccoscosbncCv b 。當(dāng)工具底側(cè)面半徑當(dāng)工具底側(cè)面半徑很小時很小時 x0 bvcx bhx0 x bx0bvc000chstvxxdxCdtcdt 220022sbcCxhxhxv 2221sbbbbbb 2221sbbbbhh xCvx Cdxdtx 陰極形狀、尺寸陰極形狀、尺寸 分析加工精度：分析加工精度： 陰陽極