電化學(xué)加工論文

-PAGE7-電化學(xué)加工論文摘要：電化學(xué)加工技術(shù)廣泛用于加工發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、火炮膛線、汽車鍛模、汽輪機(jī)整體葉輪、花鍵及異形孔等零件。常用的電化學(xué)加工有電解加工、電磨削、電化學(xué)拋光、電鍍、電刻蝕和電解冶煉等。介紹了電化學(xué)加工技術(shù)的基本原理、設(shè)備組成及加工特點(diǎn)。對(duì)其中的電化學(xué)拋光、電鍍、電刻蝕、電解磨削技術(shù)的加工方法作了詳細(xì)的闡述。與機(jī)械加工相比，電化學(xué)加工能加工出復(fù)雜的型面、腔孔，加工高硬度、高韌性、高強(qiáng)度材料，生產(chǎn)率高。將電化學(xué)加工技術(shù)與傳統(tǒng)加工方法進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，可以進(jìn)一步提高了零件質(zhì)量、改善零件使用性能和延長(zhǎng)使用壽命，提高我國(guó)機(jī)械制造業(yè)在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力。關(guān)鍵詞：電化學(xué)加工；電化學(xué)拋光；電鍍；電解磨削一：電化學(xué)加工的定義電化學(xué)加工（ElectrochemicalMaking），也稱電解加工，是利用金屬在外電場(chǎng)作用下的高速局部陽極溶解實(shí)現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)，對(duì)金屬材料進(jìn)行加工的方法。常用的電化學(xué)加工有電解加工、電磨削、電化學(xué)拋光、電鍍、電刻蝕和電解冶煉。二：電化學(xué)加工的基本原理如果將兩銅片插入CuCl2水溶液中(見下圖)，由于溶液中含有OH－和Cl－負(fù)離子及H＋和Cu2+正離子，當(dāng)兩銅片分別連接直流電源的正、負(fù)極時(shí)，即形成導(dǎo)電通路，有電流流過溶液和導(dǎo)線。在外電場(chǎng)的作用下，金屬導(dǎo)體及溶液中的自由電子定向運(yùn)動(dòng)，銅片電極和溶液的界面上將發(fā)生得失電子的電化學(xué)反應(yīng)。其中，溶液中的Cu2+離子向陰極移動(dòng)，在陰極表面得到電子而發(fā)生還原反應(yīng)，沉積出銅。在陽極表面，Cu原子失去電子而發(fā)生氧化反應(yīng)，成為Cu2+正離子進(jìn)入溶液。在陰、陽極表面發(fā)生得失電子的化學(xué)反應(yīng)即稱為電化學(xué)反應(yīng)，利用這種電化學(xué)反應(yīng)作用加工金屬的方法就是電化學(xué)加工。其中，陽極上為電化學(xué)溶解，陰極上為電化學(xué)沉積。三、電源的選擇：電源規(guī)格分為3檔：小型電源,電流為50～500安,用于加工小孔、去除毛刺、拋光和用于中小型的陰極進(jìn)行電解車削；中型電源,電流為1000～5000安,用于加工中等面積(50～150厘米2)的型孔和型腔；大型電源，電流為10000～40000安，用于加工大型零件，加工面積可達(dá)200～1000厘米2或更大一些。通常使用的電壓范圍為12～20伏。對(duì)硬質(zhì)合金、鎢、銅、銅鋅合金等材料進(jìn)行電解加工時(shí)，要求使用特殊電源。因?yàn)槿粲闷胀ǖ闹绷麟娫催M(jìn)行加工，則這些材料點(diǎn)格中的某些原子不易離子化,而點(diǎn)格中的另一些原子卻受到大量腐蝕。例如，碳化鎢點(diǎn)格中的碳原子，在正電位條件下不能加工掉，而必須有負(fù)電位（即電源電流有負(fù)半波）加工銅鋅合金用的電源，不但要有負(fù)半波，而且對(duì)電流的波形，正半波與負(fù)半波的間隔和排列方式都有一定的要求。使用特殊電源也可解決間隙內(nèi)某些相對(duì)惰性離子的積聚以及由此改變間隙電阻和電場(chǎng)分布的問題，從而能有效地提高加工精度。四：電化學(xué)加工的特點(diǎn)電化學(xué)加工具有如下特點(diǎn)：（1）能同時(shí)進(jìn)行三維的加工，一次加工出形狀復(fù)雜的型面、型腔、異形孔。（2）可以加工一般機(jī)制工藝難以加工的高硬度、高韌性、高強(qiáng)度材料，如硬質(zhì)合金、淬火鋼、耐熱合金、鈦合金。（3）生產(chǎn)率高，約為電火花加工的5～10倍；在某些情況下比切削加工的生產(chǎn)率還高，且加工生產(chǎn)率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制。（4）陰極工具在理論上不損耗，可長(zhǎng)期使用。（5）產(chǎn)生的熱量被電解液帶走，工件基本上沒有溫升，適合于加工熱敏性材料。（6）加工中工件與刀具（陰極）不接觸，不會(huì)產(chǎn)生切削力，加工后零件表面無殘余應(yīng)力、無毛刺。（7）加工后零件表面質(zhì)量好。表面粗糙度Ra可達(dá)0.2～1.25μm，加工精度：型孔或套料為±0.03～±0.05mm、模鍛型腔為±0.05～±0.20mm、透平葉片型面為0.18～0.25mm五：電化學(xué)加工的分類1、電解加工利用陽極溶解的電化學(xué)反應(yīng)對(duì)金屬材料進(jìn)行成型加工的方法。當(dāng)工具陰極不斷向工件推進(jìn)時(shí),由于兩表面之間間隙不等,間隙最小的地方，電流密度最大，工件陽極在此處溶解得最快。因此，金屬材料按工具陰極型面的形狀不斷溶解，同時(shí)電解產(chǎn)物被電解液沖走，直至工件表面形成與陰極型面近似相反的形狀為止，此時(shí)即加工出所需的零件表面。電解加工采用低壓直流電源（6～24伏）,大工作電流。為了能保持連續(xù)而平穩(wěn)地向電解區(qū)供給足夠流量和適宜溫度的電解液，加工過程一般在密封裝置中進(jìn)行。2、導(dǎo)電磨削又稱電解磨削。是電解作用和機(jī)械磨削相結(jié)合的加工過程。導(dǎo)電磨削時(shí)，工件接在直流電源的陽極上，導(dǎo)電的砂輪接在陰極上，兩者保持一定的接觸壓力，并將電解液引入加工區(qū)。當(dāng)接通電源后，工件的金屬表面發(fā)生陽極溶解并形成很薄的氧化膜，其硬度比工件低得多，容易被高速旋轉(zhuǎn)的砂輪磨粒刮除，隨即又形成新的氧化膜，又被砂輪磨去。如此進(jìn)行，直至達(dá)到加工要求為止。3、電化學(xué)拋光又稱電解拋光。直接應(yīng)用陽極溶解的電化學(xué)反應(yīng)對(duì)機(jī)械加工后的零件進(jìn)行再加工，以提高工件表面的光潔度。電解拋光比機(jī)械拋光效率高，精度高，且不受材料的硬度和韌性的影響，有逐漸取代機(jī)械拋光的趨勢(shì)。電解拋光的基本原理與電解加工相同，但電解拋光的陰極是固定的,極間距離大（1.5～200毫米），去除金屬量少。電解拋光時(shí)，要控制適當(dāng)?shù)碾娏髅芏?。電流密度過小時(shí)金屬表面會(huì)產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象，且生產(chǎn)效率低；當(dāng)電流密度過大時(shí)，會(huì)發(fā)生氫氧根離子或含氧的陰離子的放電現(xiàn)象，且有氣態(tài)氧析出，從而降低了電流效率。4、電鍍用電解的方法將金屬沉積于導(dǎo)體(如金屬)或非導(dǎo)體(如塑料、陶瓷、玻璃鋼等)表面，從而提高其耐磨性,增加其導(dǎo)電性,并使其具有防腐蝕和裝飾功能。對(duì)于非導(dǎo)體制品的表面，需經(jīng)過適當(dāng)?shù)靥幚恚ㄓ檬?、?dǎo)電漆、化學(xué)鍍處理，或經(jīng)氣相涂層處理），使其形成導(dǎo)電層后,才能進(jìn)行電鍍。電鍍時(shí),將被鍍的制品接在陰極上，要鍍的金屬接在陽極上。電解液是用含有與陽極金屬相同離子的溶液通電后，陽極逐漸溶解成金屬正離子，溶液中有相等數(shù)目的金屬離子在陰極上獲得電子隨即在被鍍制品的表面上析出，形成金屬鍍層。例如在銅板上鍍鎳，以含硫酸鎳的水溶液作電鍍液。通電后，陽極上的鎳逐漸溶解成正離子，而在陰極的銅板表面上不斷有鎳析出。5、電刻蝕又稱電解刻蝕。應(yīng)用電化學(xué)陽極溶解的原理在金屬表面蝕刻出所需的圖形或文字。其基本加工原理與電解加工相同。由于電刻蝕所去除的金屬量較少，因而無需用高速流動(dòng)的電解液來沖走由工件上溶解出的產(chǎn)物。加工時(shí)陰極固定不動(dòng)。電刻蝕有以下4種加工方法。①按要刻的圖形或文字，用金屬材料加工出凸模作為陰極，被加工的金屬工件作為陽極，兩者一起放入電解液中。接通電源后，被加工件的表面就會(huì)溶解出與凸模上相同的圖形或文字。②將導(dǎo)電紙（或金屬箔）裁剪或用刀刻出所需加工的圖形或文字，然后粘貼在絕緣板材上，并設(shè)法將圖形中各個(gè)不相連的線條用導(dǎo)線在絕緣板背面相連，作為陰極。適于圖形簡(jiǎn)單，精度要求不高的工件。③對(duì)于圖形復(fù)雜的工件，可采用制印刷電路板的技術(shù),即在雙面敷銅板的一面形成所需加工的正的圖形,并設(shè)法將圖形中各孤立線條與敷銅板的另一面相連，作為陰極。不適于加工精細(xì)且不相連的圖形。④在待加工的金屬表面涂一層感光膠，再將要刻的圖形或文字制成負(fù)的照相底片覆在感光膠上，采用光刻技術(shù)將要刻除的部分暴露出來。這時(shí)陽極仍是待加工的工件，而陰極可用金屬平板制成。6、電解冶煉利用電解原理，對(duì)有色和稀有金屬進(jìn)行提煉和精煉。分為水溶液電解冶煉和焙鹽電解冶煉兩種。水溶液電解冶煉在冶金工業(yè)中廣泛用于提取和精煉銅、鉛、鎳等金屬。例如銅的電解提純：將粗銅（含銅99％）預(yù)先制成厚板作為陽極純銅制成薄片作陰極，以硫酸(H2SO4)和硫酸銅(CuSO4)的混和液作為電解液。通電后,銅從陽極溶解成銅離子(Cu2+)向陰極移動(dòng)，到達(dá)陰極后獲得電子而在陰極析出純銅（亦稱電解銅）。粗銅中雜質(zhì)如比銅活潑的鐵和鋅等會(huì)隨銅一起溶解為離子（Zn2+和Fe2+）。由于這些離子與銅離子相比不易析出，所以電解時(shí)只要適當(dāng)調(diào)節(jié)電位差即可避免這些離子在陽極上析出。比銅不活潑的雜質(zhì)如金和銀等沉積在電解槽的底部。焙鹽電解冶煉用于提取和精煉活潑金屬（如鈉、鎂、鈣、鋁等）。例如,工業(yè)上提取鋁：將含氧化鋁(Al2O3)的礦石進(jìn)行凈化處理，將獲得的氧化鋁放入熔融的冰晶石(Na3AlF6)中，使其成為熔融狀的電解體,以碳棒為電極，兩極的電化學(xué)反應(yīng)為4Al3