第4章电化学加工 完整 完成ppt课件.ppt

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1、第四章电化学加工电化学加工(ElectrochemicalMachining，ECM)是特种加工的一个重要分支，目前已成为一种较为成熟的特种加工工艺，被广泛应用于众多领域。根据加工原理，电化学加工可分为以下三大类：1）利用电化学阳极溶解的原理去除工件材料：2)利用电化学阴极沉积的原理进行镀覆加工：3)电化学加工与其他加工方法相结合的复合加工：＊电解加工＊电解抛光＊电镀＊局部涂镀＊复合镀＊电铸＊电解磨削＊电解电火花复合加工＊电化学阳极机械加工14.1电化学加工原理与分类1电化学加工原理与过程：1)铜电极＋直流电＋电解质溶液→

2、通路→电子迁移；阳极表面铜原子失去电子→成为正离子、进入溶液，为电解过程；正离子Cu2+移至阴极得电子→还原/沉积出铜，为电镀过程；2)阴、阳极表面得、失电子的化学反应→电化学反应；3)利用电化学反应原理对金属进行加工的方法→电化学加工;图4-1电解(电镀)液中的电化学反应原理21）电解质溶液：电解质←溶于水后能导电的物质，酸、碱、盐等;电解质溶液（电解液）←电解质的水溶液;电解液中所含电解质的多少；电解液的质量分数＋电解质类型电化学加工效果4.1电化学加工原理与分类强电解质(强酸/碱及多数盐类)在水中可100％电离，适于

3、电化学加工；2影响电化学加工效果的相关要素：＊电解质溶液＊电极电势＊电极极化＊金属钝化与活化32)电极电势:金属电极插入任何一种电解液中，会得到/失去电子(离子)，使金属与溶液界面上形成一定的电荷分布(即双电层)，从而形成一定的电位差；金属与其盐溶液间的电势差称该金属的电极电势(平衡电极电势)，目前不能直接测量；活泼金属(铁、铝)电极电势小于不活泼金属(铜、锰)的电极电势；因为：4.1电化学加工原理与分类图4-2原电池示意图4图4-2原电池示意图活泼金属离子在金属晶格上的能级高于在溶液中的能级(溶液中更稳定)，金属离子溶解

4、，使其(Fe)表面带负电；不活泼金属的离子在金属晶格中比在溶液中更稳定，表面(Cu)则带正电荷;Fe、Cu插入同一电解液后,两金属表面分别与电解液形成双电层、但电极电势不同,进而一定的电势差；Fe、Cu电极用导线连接后构成一个原电池(Fe为阳极、Cu负极)，电子由Fe流向Cu,Fe原子失去电子而成为Fe2+进入溶液，这种自发的阳极溶解过程极其缓慢，电解加工时需外接直流电加速阳极的溶解速度；4.1电化学加工原理与分类5极化后的电极电势与平衡电极电势之差称为超电势，它随电流密度增加而增大（不利于电化学加工的顺利进行）；电解加工

5、时，阳极与阴极都存在离子的扩散/迁移及电化学反应两种过程，但所引起的电极极化类型不同：浓差极化、电化学极化;4.1电化学加工原理与分类3)电极极化：当接通电源且有电流流过时，电极平衡状态被破坏,阳极电极电势正移，阴极电势负移/减小，这种现象称为电极的极化；6a）浓差极化:因电解液流速不足或局部受屏蔽，使电极表面金属离子扩散/迁移速度缓慢、电极/溶液界面处离子浓度升高(高于本体溶液浓度)而引起的极化；浓差极化主要发生在阳极；浓差极化越严重（溶液浓度差越大），则阳极溶解速度越低；减小浓差极化←提高电解液流速/温度、增强搅拌；b

6、）电化学极化:由电化学本身反应速度(电极与溶液界面上反应物得失电子的速度)缓慢、造成电极表面电荷积累而引起的极化;电化学极化主要发生在阴极表面;影响因素：电极材料、电解液成分、温度、电流密度等；升温、降低电流密度可减小电化学极化；4.1电化学加工原理与分类74)金属的钝化和活化:钝化：电解过程中，电流密度增加到一定值后，阳极的溶解速度在大电流状态下维持一段时间后急剧下降（不再溶解）的现象，称阳极钝化；成相理论：认为金属与溶液作用后形成一层紧密的薄膜(氧化物、氢化物或盐)，使金属表面失去活性而减缓溶解；吸附理论：认为金属表面

7、形成了氧的吸附层；活化：使金属钝化膜破坏的过程；活化措施：将电解液加热、加入还原性气体/活性离子、机械方法等；4.1电化学加工原理与分类成因84.2电解加工1电解加工原理：利用金属在电解液中的电化学阳极溶解反应去除工件上多余的材料，将零件加工成形；2电解加工设备及条件：直流电源：10-20V;工件：接电源正极；电极进给，保持两极间隙:0.1-1mm;电解液压力：0.5-2MPa;电解液温度一般30-40度，不超过60度；电解液流速：5-50m/min，带走电解产物及热量;图4.6电解加工示意图93电解加工成形过程：1）加工

8、开始时，极间距离近处电流密度大、电解液流速高、工件溶解速度较快；2）随电极的连续进给，工件表面逐渐被电解、电解产物被电解液带走，直至工件与电极表面形状基本相似，此时极间电流密度均匀、电解速度相同；图4.7电解加工成形原理4.2.1电解加工的过程与特点104电解加工的优点：1）加工范围广：不受材料强度、硬