先进成形与智能技术 课件 第六章-电解加工

6.1电化学加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6.1电化学加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造电化学加工种类电化学加工是指基于电化学作用原理去除材料(阳极溶解)或增加材料(阴极沉积)的加工技术。电化学加工分类利用电化学阳极溶解来加工利用电化学阴极沉积来加工利用电化学加工和其他加工相结合的电化学复合加工工艺6.1.1电解加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造1.电解加工基本原理和规律特性：去除材料、非接触加工工作原理：阳极的金属工件在电解液中溶解，去除材料，实现成形选用电解加工的原则：难切削材料；相对复杂形状的零件；批量大的零件电解加工成形原理图－+－+电流工具工件6.1.1电解加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造1.电解加工基本原理和规律电解加工过程指定工艺条件阳极金属溶解工具向工件进给达到加工需求电解加工时，工件接直流电源的正极，工具接电源的负极。加工开始时，阴极与阳极距离较近的地方通过的电流密度较大，电解液的流速也较高，阳极溶解速度也就较快。由于工件不断进给，使工件表面不断被电解，电解产物不断被电解液冲走，直至工件表面形成与阴极工作面相似而相反的形状为止。电解加工示意图1—直流电源2—工具阴极3—工件阳极4—电解液泵5—电解液6.1.1电解加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造1.电解加工基本原理和规律电解加工电极反应阴极反应

阳极反应

6.1.1电解加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造1.电解加工基本原理和规律电解加工的基本规律法拉第定律电流效率η法拉第第一定律法拉第第二定律电极的两相界面处发生电化学反应的物质质量与通过其界面上的电量成正比电极上溶解或析出1mol当量任何物质所需的电量是一样的，与该物质的本性无关表征实际溶解（或沉积）金属所占的耗电量对通过总电量的有效利用率

6.1.1电解加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造2.电解加工的设备及工艺特点基本设备机床（主体）电解加工中常用的直流电源包括硅整流电源和晶闸管整流电流等，某些情况可用脉冲电流电解液系统的主要组成部件有泵、电解液槽、过滤装置、管道和阀等，功能包括供液、净化、三废处理。基本设备在电解加工机床上要安装夹具、工件和阴极工具，实现进给运动电源（核心）电解液系统6.1.1电解加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造2.电解加工的设备及工艺特点工艺特点优点缺点加工范围广材料去除率高加工表面质量好不存在机械切削力加工精度不够高加工型面、型腔的阴极设计制造的工作量大设备投资大处理不当，会对周围环境造成污染6.1.1电解加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3.电解加工的应用枪、炮管膛线电解加工叶片加工电解抛光标题数字等都可以通过点击和重新输入进行更改。添加标题型孔加工和型腔加工6.1.2电沉积加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造电沉积加工：是阴极沉积材料的加工工艺，与电解加工相反，是金属正离子在电场的作用下运动到阴极，并得到电子在阴极沉积下来的过程。分类电镀加工电铸加工复合镀加工涂镀加工6.1.2电沉积加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造1.电沉积金属质量的计算考虑到阴极电流效率，即通过阴极的电流实际只有一部分用于沉积金属，电沉积金属的质量应表示为

电流效率是评价电沉积液性能的重要参数，提高电流效率可以加快镀层的沉积速度。

6.1.2电沉积加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造2.电沉积加工的基本原理利用电化学原理在某些金属表面上镀上一薄层其他金属或合金。阳极：镀层金属阴极：待镀工件电镀液：含镀层金属阳离子的溶液（1）电镀原理6.1.2电沉积加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造在直流电源作用下，阳极上的金属原子交出电子成为正金属离子进入电铸液，并进一步在阴极上获得电子成为金属原子而沉积镀覆在阴极原模表面，阳极金属源源不断地成为金属离子补充进入电铸液，保持质量分数基本不变，阴极原模上电铸层逐渐加厚，当达到预定厚度时即可去除，设法与原模分离，即可获得与原模型面凹凸相反的电铸件。电铸加工原理图1—电铸槽2—阳极3—直流电源4—电铸层5—原模（阴极）6—搅拌器7—电铸液8—过滤器9—泵10—加热器2.电沉积加工的基本原理（2）电铸原理6.1.2电沉积加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造复合镀的基本原理与电镀相似。只是其在金属工件表面镀复金属镍或钴的同时，将磨料作为镀层的一部分也一起镀到工件表面上，故称为复合镀。2.电沉积加工的基本原理（3）复合镀原理6.1.2电沉积加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造涂镀又称刷镀或无槽电镀，是在金属工件表面局部快速电化学沉积金属的技术。涂镀加工原理图1—工件2—镀液3—电源4—镀笔5—脱脂棉套6—容器转动的工件1接直流电源3的负极，正极与镀笔相接，镀笔端部的不溶性石墨电极用外包尼龙布的脱脂棉套5包住镀液2饱蘸在脱脂棉中或另再浇注，多余的镀液流回容器6。镀液中的金属正离子在电场作用下在阴极表面获得电子而沉积涂镀在阴极表面，从而获得性能良好的沉积层。2.电沉积加工的基本原理（4）特殊形式电沉积加工原理(涂镀)6.1.2电沉积加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造喷射电沉积又称射流电沉积，属于电沉积新技术之一，它是一种局部高速电沉积技术，由于其具有非常特殊的流场及电场，因此在传质速率、扩散层厚度、极限电流密度等方面与常规电沉积具有很大的差异，可以认为是电沉积技术中的一种特种技术。

电沉积时，一定流量和压力的电解液从阳极喷嘴垂直喷射到阴极表面，使得电沉积反应在喷射流与阴极表面冲击的区域发生。电解液的冲击不仅对镀层进行了机械活化，同时还有效地减少了扩散层的厚度，改善了电沉积过程，使镀层组织致密，晶粒细化，性能提高。2.电沉积加工的基本原理（4）特殊形式电沉积加工原理（喷射电沉积）6.1.2电沉积加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3.电沉积加工的设备及工艺特点电镀设备镀前处理处理中镀后处理磨、抛光机、刷光机、喷砂机、滚光机、各类固定槽各类固定槽、滚镀槽、挂具、吊篮等磨、抛光机、各类固定槽（1）电沉积加工的基本设备1）电镀设备6.1.2电沉积加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3.电沉积加工的设备及工艺特点（1）电沉积加工的基本设备2）电铸设备电镀设备电铸槽直流电源搅拌和循环过滤系统由铅板、由铅板、橡胶或塑料等耐腐蚀的材料作为衬里，小型的可用陶瓷、玻璃或搪瓷容器。和电解、电镀电源类似，电压3~20V可调，电流和功率能满足15~30A/dm2即可，一般常用硅整流或晶闸管直流电源。减少浓差极化，加大电流密度，提高电铸质量。过滤器的作用是除去溶液中的固体杂质微粒，常用玻璃棉、丙纶丝、泡沫塑料或滤纸芯筒等过滤材料。加热和冷却装置电铸的时间较长，为了使电铸液保持温度基本不变，需有加热冷却和恒温控制装置。常用蒸汽或电热加温，用吹风或自来水冷却。6.1.2电沉积加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3.电沉积加工的设备及工艺特点（1）电沉积加工的基本设备3）涂镀设备涂镀设备：包括电源、镀笔、镀液及泵等。电源：涂镀所用直流电源与电解、电镀、电解磨削等所用的相似，电压在3~30V无级可调，电流30~100A视所需功率而定。镀笔：镀笔由手柄和阳极两部分组成。阳极采用不溶性的石墨块制成，防止阳极与工件直接接触短路和滤除阳极上脱落下来的石墨微粒，在石墨块外面需包上一层脱脂棉和一层耐磨的涤棉套。镀液：涂镀用的镀液，根据所镀金属和用途不同有很多种，比槽镀用的镀液有更高的离子质量分数，由金属络合物水溶液及少量添加剂组成。镀液中还包括电净液和活化液等，以便镀表面进行预处理。6.1.2电沉积加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3.电沉积加工的设备及工艺特点（2）电沉积加工的工艺特点电镀工艺特点形成金属光泽，具有良好的美观效果提高物品的耐腐蚀性、使用寿命和稳定性大规模、连续、自动地制造产品，从而提高了制造效率和降低了生产成本电铸工艺特点准确、精密地复制复杂型面和细微纹路获得尺寸精度高、表面粗糙度小的复制品，同一原模生产的电铸件一致性好可把复杂零件的内表面复制为外表面，外表面复制为内表面复合镀工艺特点设备投资少，操作简单，原材料利用率较高同一基质金属可以镶嵌多种性质各异的固体颗粒，适用范围要较广可以按需在零部件表面上获得一定厚度镀层复合镀层对基体材料本身的物理机械性能的影响很小涂镀工艺特点不需镀槽，可局部表面进行涂镀，操作简单，灵活性强涂镀液、涂镀的金属种类多，易实现复合镀层镀层与基体的结合力牢固，涂镀速度快，厚薄可控需手工操作，工作量大，难批量生产6.1.2电沉积加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造4.电沉积加工的应用电铸加工的应用复制精细的表面轮廓，如唱片等复制注塑用的模具、电火花型腔加工用的电极工具制造复杂、高精度的空心和薄壁零件，如波导管等制造表面粗糙度标准样块、表盘等特殊零件涂镀加工的应用修补表面被磨损的零件，如轴类零件的磨损修补补救尺寸超差的零件修补表面划伤、空洞、锈蚀等缺陷，例如机床导轨的修补大型、复杂工件表面的局部镀金属，或非金属零件的金属化复合镀加工的应用金刚石套料