第4章 电化学加工(1)

1、4.电化学加工(ECM)n涂镀与复合镀涂镀与复合镀n电化学加工新技术电化学加工新技术n4.1.1 电化学反响电化学反响Cu2+CuCu12VieCu2+H+1Cl-1OH-1CuCl2溶液中的电化学反应溶液中的电化学反应阳极阳极阴极阴极Cu2+CuCu12VieCu2+H+1Cl-1OH-1CuCl2溶液中的电化学反应溶液中的电化学反应阳极阳极阴极阴极4.1.1 电化学反响电化学反响电化学加工根本原理电化学加工根本原理4.1.2 电解质溶液电解质溶液4.1.3 电极电位电极电位4.1.3 电极电位电极电位+ - - + - - + - - + - - +FeFeCl2- + + - + + -

2、 - + + - + + - CuCuSO44.1.3 电极电位电极电位Ub距离距离紧密层紧密层a分散层分散层b溶液溶液双电层电位分布双电层电位分布U：金属与溶液间的双电层电位差：金属与溶液间的双电层电位差Ua：双电层中紧密层的电位差：双电层中紧密层的电位差Ub：双电层中分散层的电位差：双电层中分散层的电位差把锌片放到把锌片放到H+有效质量分数为有效质量分数为1g/L的硫酸溶液中，在的硫酸溶液中，在25时时持续地把压强为持续地把压强为101.3kPa的纯氢气流通入，使锌电极吸附氢气的纯氢气流通入，使锌电极吸附氢气到达饱和。在电极外表的到达饱和。在电极外表的H2 和溶液中和溶液中H+之间有以下平

3、衡：之间有以下平衡： H2 2H+ + 2e经测定，经测定，Zn2+/Zn的标准电极电位是的标准电极电位是-0.763V。00.059lgUUan 4.1.4 电极的极化电极的极化v 两极间无电流通过时：电极电位处于平衡两极间无电流通过时：电极电位处于平衡平衡电极电位平衡电极电位v 两极间有电流通过时：两极间有电流通过时：n 阳极：电极电位阳极：电极电位向正移动向正移动n 阴极：电极电位阴极：电极电位向负移动向负移动v 极化现象：极化现象：v 超电位：超电位： 极化后的电极电位与平衡电极电位极化后的电极电位与平衡电极电位之差之差+V-V电位电位i电流密电流密度度阳极阳极阴极阴极CuCuCu -

4、 Cu+2CuCu12VieCuCl2溶液中的电化学反应溶液中的电化学反应电化学极化发生在阴极电化学极化发生在阴极CuCu12VieCuCl2溶液中的电化学反应溶液中的电化学反应-e4.1.5 的的Ulgi4.1.5 的的4.1.6 4.1.7 电化学加工分类电化学加工分类-+阳极与阴极距离较近的地方通过的电流密度较大，阳极溶解阳极与阴极距离较近的地方通过的电流密度较大，阳极溶解速度也较快，加工时电流密度速度也较快，加工时电流密度10 200A/cm2。1020V两极之间间隙两极之间间隙0.11mm，电解液流速电解液流速550m/s100010000(20000)AAV0.52MPa电解液电解

5、液工具阴极工具阴极工件阳极工件阳极工具与工件分别接电源的阴极和阳极。工具阴极向工件慢慢进给，在很小工具与工件分别接电源的阴极和阳极。工具阴极向工件慢慢进给，在很小的间隙内通以一定压力并高速流动的电解液，用以冲走电解产物。的间隙内通以一定压力并高速流动的电解液，用以冲走电解产物。n工具只发生氢气和沉淀而无溶解，理论上工具只发生氢气和沉淀而无溶解，理论上无损耗，使用寿命长无损耗，使用寿命长电极电位最负的物质将首先在阳极反响电极反电极电位最负的物质将首先在阳极反响电极反响根本原理响根本原理阳极产生的反响阳极产生的反响电极电位最正的粒子将首先在阴极反响电极电位最正的粒子将首先在阴极反响(电极反电极反响

6、根本原理响根本原理阴极产生的反响阴极产生的反响UUcURUa+-UU：使阳极不断溶解的总能源，：使阳极不断溶解的总能源， 在两极间形成加工电流，使在两极间形成加工电流，使阳极到达较高的溶解速度。阳极到达较高的溶解速度。UR ：电解液电阻形成的欧姆电压：电解液电阻形成的欧姆电压Ua ：阳极压降；：阳极压降； Uc ：阴极压降：阴极压降易溶解、电离度高易溶解、电离度高导电性好导电性好含有活化含有活化Cl-离子离子钝化膜小钝化膜小适应面广、价廉适应面广、价廉杂散腐蚀严重，复制精度差杂散腐蚀严重，复制精度差v NaCl：由于阴极侧面不绝缘，侧壁及内芯被杂散腐蚀由于阴极侧面不绝缘，侧壁及内芯被杂散腐蚀v

7、NaNO3、NaClO3：工件侧壁钝化，侧壁及内芯杂散腐蚀很小。工件侧壁钝化，侧壁及内芯杂散腐蚀很小。 在电解加工中，在电解加工中， 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电流的分布位也有电流的分布 ， 这就意味着在这些这就意味着在这些 部位也可能部位也可能会出现材料去除，会出现材料去除， 这种现象通常称为杂这种现象通常称为杂 散腐蚀散腐蚀 。特性与特性与NaNO3电解液相似电解液相似溶解度高溶解度高导电能力强导电能力强价格贵价格贵NaCl的的5倍倍 强氧化剂易燃强氧化剂易燃 属于消耗性电解液：属于消耗性电解液： Cl-离子离子，杂散损失，杂散损失nNaCl：属于线性电

8、解液：属于线性电解液nNaClO3 ：属于非线性溶液属于非线性溶液nNaNO3 ：属于非线性溶液属于非线性溶液100%n 易于密封易于密封n 产物流过间隙，出口处加工精度和产物流过间隙，出口处加工精度和外表粗糙度差外表粗糙度差n工具电极开口处留有凸起的剩余尖工具电极开口处留有凸起的剩余尖锥锥 n 结构复杂结构复杂n工件上同样会有剩余尖锥外，其余工件上同样会有剩余尖锥外，其余与正向流动相反与正向流动相反 n 结构简单结构简单n 适用于较浅的型腔加工适用于较浅的型腔加工g/(Ah)g/(Ah)v=Q= It v=Q= It mm3mm3 - -体积电化学当量体积电化学当量mm3 /(Ah)mm3

9、/(Ah)K = K = - -密度密度 g/mm3 g/mm3对生产率的影响对生产率的影响 13.5图图2 中空电极中空电极 2564 13.5 2564图图1 零件图零件图生产中常用生产中常用蚀除速度为：蚀除速度为：va=h / t h:去除厚度去除厚度; t :加工时间加工时间 蚀除体积：蚀除体积：V=Ah=Avatva =电流密度越高，生产率越高。但过高将会出现火花放电，析出氧、氯等电流密度越高，生产率越高。但过高将会出现火花放电，析出氧、氯等气体，并使电解液温度过高，在间隙内造成沸腾气化而引起短路。加工气体，并使电解液温度过高，在间隙内造成沸腾气化而引起短路。加工时平均电流密度为时平

10、均电流密度为10100A/cm2 。蚀除过程蚀除过程对生产率的影响对生产率的影响间隙电阻：间隙电阻：R=/A 导电率导电率1mm间隙中通过电流：间隙中通过电流： I= 电流密度：电流密度： i = I/= va= UR=U-(Uc+Ua) U-2得得 va=令令C = 得得 va=C/ C为常数为常数 蚀除过程蚀除过程RddUt 2R0202 2 U tCt 1.15min0.44420.212C-t22202 2Ct20va=v端面平衡间隙端面平衡间隙v法向平衡间隙法向平衡间隙v侧向平衡间隙侧向平衡间隙v平衡间隙的应用平衡间隙的应用以上只讨论蚀除速度以上只讨论蚀除速度va与加工间隙与加工间隙

11、 之间的关系。之间的关系。实际电解加工中，工具阴极进给速度实际电解加工中，工具阴极进给速度vc的大小对加工间隙有影的大小对加工间隙有影响，即影响工件尺寸和成形精度。响，即影响工件尺寸和成形精度。10Cv va 0 bvcv2v1RbcUv cosncvv 代入代入 b= C/vccoscosbncCv b 。当工具底侧面半径当工具底侧面半径很小时很小时 x0 bvcx bhx0 x bx0bvc000chstvxxdxCdtcdt 220022sbcCxhxhxv 2221sbbbbbb 2221sbbbbhh xCvx Cdxdtx 阴极形状、尺寸阴极形状、尺寸 分析加工精度：分析加工精度： 阴阳极