第4章 电化学加工课件

第4章电化学加工卧式电解机床高频脉冲电解数控机床数控磁力电解研磨机床埃马克电化学加工机床

电化学发动机缸体去毛刺设备涂镀板生产线涂镀板生产线第4章电化学加工螺旋整体叶轮电解成型加工电化学抛光加工

电化学去毛刺

彩涂镀卷锌基涂镀防腐涂镀产品化学复合镀电铸样品第4章电化学加工卧式电解机床高频脉冲电解数控机床数控磁力电解研磨机床埃马克电化学加工机床

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电化学去毛刺

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第一节电化学加工原理及分类

第二节电解加工

第三节电解磨削(研磨、珩磨)

第四节电铸、涂镀及复合镀加工第4章电化学加工10VCuCuCl2水溶液+-Cu

第一节电化学加工原理及分类一、电化学加工的基本原理（一）电化学加工过程

溶液中的Cu2+离子移向阴极得到电子进行还原反应，沉积出铜；阳极上的Cu原子失掉电子成为Cu2+离子进入溶液。在电极表面上发生得失电子的化学反应称为电化学反应。以这种电化学反应为基础对金属进行加工（阳极溶解，阴极沉积）的方法称为电化学加工。第4章电化学加工10VCuCuCuCl2水溶液＋－返回（二）电解质溶液凡溶于水后能导电的物质叫电解质。如酸、碱、盐等多数都是电解质。电解质与水形成的溶液为电解质溶液，简称电解液。电解液中电解质的多少即为电解液的质量分数。NaCl(食盐)是一种中性盐类电解质，是离子型结晶体。把NaCl放入水里，Na+离子和Cl-离子一个个、一层层地被水拉入溶液中，水中的每个Na+离子和Cl-离子周围均吸引着一些水分子，成为水化离子，这一过程成为电解质的电离，其电离方程式为：NaCl-→Na++Cl-注意：溶液中正负离子电荷相等，溶液显中性。第一节电化学加工原理及分类（三）电极电位金属插入其盐溶液中，在金属表面会形成一层极薄的“双电层”，也就是在金属和电解液之间形成电位差，称为该金属的平衡电极电位。到目前为止，一种金属盒其盐溶液之间双电层的电位差还不能直接测量，但可用盐桥的办法测出两种不同电极间的电位差。生产实践中规定采用一种电极作标准和其他电极比较得出相对值，称为标准电极电位。通常以氢电极为基准，认为地规定为它的电极电位为零。一些元素的标准电极电位见表4-1。

第一节电化学加工原理及分类第一节电化学加工原理及分类（三）电极电位这两种电极电位可通过“能斯特公式”换算:式中：U'—衡电极电位(V)U0—标准电极电位(V）n—电极反应得失电子数a—离子的有效质量分数式中+用于计算金属，-用于计算非金属的电极电位。第一节电化学加工原理及分类（四）电极的极化以上讨论的平衡电极电位是在没有电流通过电极的情况。当有电流通过时，电极电位的平衡状态被破坏，使阳极的电极电位向正移、阴极的电极电位向负移，这种现象称为极化。极化后的电极电位与平衡电位的差值称为超电位，随着电流密度的增加，超电位也增加。电解加工时在阳极和阴极都存在着离子的扩散、迁移和电化学反应两种过程。在电极极化过程中若离子的扩散、迁移步骤缓慢而引起电极极化称为浓差极化，由于电化学反应缓慢而引起的电极极化成为电化学极化。第一节电化学加工原理及分类1.浓差极化在阳极极化过程中，2.电化学极化

电化学极化主要发生在阴极上，从电源流入的电子来不及转移给电解液中的H-离子，因而在阴极上积累过多的电子，使阴极电位向负移，从而形成了电化学极化。第一节电化学加工原理及分类（五）金属的钝化和活化在电解加工过程中还有一种叫钝化的现象，它使金属阳极溶解过程的超电位升高，使电解速度减慢。使金属钝化膜破坏的过程成为活化。二、电化学加工的分类按作用原理分为三大类利用阳极溶解来进行加工电解加工、电解抛光等利用阴极沉积进行加工电镀、涂镀、电铸等利用复合进行加工(电化学加工方法+其它加工方法)

电解磨削、电解研磨、电解电火花复合加工等第一节电化学加工原理及分类第二节电解加工一、电解加工原理及其特点1.电解加工原理利用金属在电解液中的阳极溶解将工件加工成形。第4章电化学加工电解加工成形原理电解加工示意图1-电源2-工具3-工件4-泵5-电解液2.电解加工的特点加工范围广不受金属材料本身力学性能的限制可加工各种复杂型面生产效率高电火花的4～5倍；比切削高(复杂型面)。表面粗糙度Ra=1.25～0.2μm，平均加工精度±0.1mm不存在机械切削力，工件无飞边毛刺，表面无硬化层无变形、无残余应力工具在理论上不会耗损，可长期使用第二节电解加工3.电解加工的主要弱点和局限性不易达到较高的加工精度和加工稳定性加工小孔和窄缝困难不适用于单件生产工具电极的设计和修正比较复杂一次性投入大附属设备多，占地面积大，机床要抗腐蚀环境污染废弃工作液无害化处理第二节电解加工返回4.选用电解加工工艺的三原则用于难加工材料的加工用于相对复杂形状的零件的加工用于批量大的零件的加工

一般认为，三原则均满足时，相对而言选择电解加工比较合理。第二节电解加工二、电解加工的电极反应（一）钢在NaCl水溶液中电解的电极反应在NaCl电解液中存在H+、OH-、Na+、Cl-四种离子，现分别讨论其阳极反应和阴极反应。1.阳极反应Fe-2e→Fe2+U′=-0.59VFe-3e→Fe3+U′=-0.323V4OH--4e→O2↑

U′=0.867V2Cl--2e→Cl2↑

U′=1.334V根据电极反应的基本原理，电极电位U′最负的物质首先在阳极反应。

第二节电解加工因此，在阳极上只能是铁失去电子成为二价铁离子Fe2+而溶解。Fe2++2OH-→Fe(OH)2↓Fe(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3↓2.阴极反应2H++2e→H2↑

U′=-0.42VNa++e→Na↓

U′=-2.69V根据电极反应的基本原理，电极电位U′最正的物质首先在阴极反应。因此，在阴极上只能是氢离子H+获得电子成为氢气而析出。第二节电解加工

由此可见，电解加工过程中，阳极铁不断地以Fe2+的形式被溶解，又以沉淀的形式被析出，水被分解消耗，电解液的浓度逐渐变大；同时在阴极析出氢气；NaCl电解液中的氯离子Cl-和钠离子Na+仅起导电作用，本身不消耗，只要过滤干净，适当添加水分，可长期使用。注意：高碳钢、铸铁或经表面渗碳后的零件均不适于电解加工。第二节电解加工（二）电解加工过程中的电能利用欲在两电极间形成一定的加工电流使阳极达到较高的溶解速度，加工电压要大于或等于两部分电势之和。其中，一部分是电解液电阻形成的欧姆电压；另一部分是进行阳极反应和阴极反应所必须的电压。电流除了用于阳极溶解，还消耗于一些副反应，电流效率将低于100%。第二节电解加工三、电解液1.电解液的主要作用作为导电介质传递电流进行电化学反应，使阳极溶解能顺利进行将加工间隙内产生的电解产物及热量带走2.对电解液的基本要求具有足够的蚀除速度具有较高的加工精度和表面质量阳极反应的最终产物一般应是不溶性的化合物性能稳定、操作安全、腐蚀性小、价格便宜等第二节电解加工3.几种常用的电解液

电解液分为中性盐溶液、酸性溶液和碱性溶液三大类。中性盐溶液腐蚀性小，使用比较安全，故应用最广。最常用的有NaCl、NaNO3、NaClO3三种电解液。NaCl电解液特点蚀除速度高，加工表面粗糙度值小；适用范围广，价格便宜，货源充足，应用最广；杂散腐蚀严重，复制精度低。第二节电解加工NaNO3电解液特点（钝化型电解液）非加工区处于钝化状态，故杂散腐蚀小，加工精度高；腐蚀性小，使用安全，价格不高(NaCl的一倍)；但生产率低，在阴极有氨气析出，故NaNO3有消耗。第二节电解加工用NaCl加工的结果用NaNO3加工的结果NaClO3电解液特点（钝化型电解液）散蚀能力小，加工精度高，表面粗糙度值小；腐蚀性很小，使用安全；生产率接近NaCl；价格较贵(是NaCl的5倍)，而且是一种强氧化剂，要注意防火；电解液有消耗。第二节电解加工电解液中加添加剂

上述三种电解液都有一定缺点，在电解液中加添加剂是改变其性能的主要途径。例如：为减少NaCl电解液的散蚀能力，加入少量的磷酸盐等，可使阳极表面产生钝化抑制膜，提高成型精度；为提高NaNO3电解液的生产率，可添加少量NaCl；为提高表面粗糙度，可添加络合剂、光亮剂等；为减轻电解液的腐蚀性，可用缓蚀添加剂等。第二节电解加工四、电解加工工艺及其应用深孔扩孔加工图4-30、图4-31、图4-32型孔加工图4-33、图4-34型腔加工图4-35套料加工图4-37叶片加工图4-38电解倒棱去毛刺图4-39电解蚀刻图4-40电解抛光数控展成电解加工

第二节电解加工第二节电解加工1.深孔扩孔加工按阴极的运动形式，分为固定式和移动式两种。

固定式为工件和阴极间没有相对运动。

图4-30固定式阴极深孔扩孔原理图

1-电解液入口2-绝缘定位套3-工件4-工具阴极5—密封垫6—电解液出口第二节电解加工固定式特点优点：设备简单；生产率高；操作方便。缺点：阴极比工件长，消耗功率大；表面粗糙度和尺寸精度不高；加工表面过长时阴极刚度不足。

第二节电解加工移动式多采用卧式，阴极在零件内孔作轴向移动。移动式特点优点：阴极短，精度要求低，制造容易，可加工任意长度的工件而不受电源功率的限制。缺点：机床长度大于工件长度，工件两端由于加工面积不断变化而引起电流密度的变化，故出现收口和喇叭口，需采用自动控制。

图4-31移动式阴极深孔扩孔示意图第二节电解加工5.叶片加工图4-38是用电解加工整体叶轮，叶轮上的叶片是采用套料法逐个加工的。加工完一个叶片，退出阴极，经分度后再加工下一个叶片。

图4-38电解加工整体叶轮第二节电解加工5.叶片加工

第4章电化学加工第三节电解磨削一、电解磨削的基本原理和特点

是电解与机械的复合加工方法。它是靠金属的溶解(占95%～98%)和机械磨削(占2%～5%)的综合作用来实现加工的。比电解加工的加工精度高，表面粗糙度小，比机械磨削的生产率高。与此相近似的工艺还有电解珩磨和电解研磨。

电解磨削原理图

1-导电砂轮2-电解液3-工件特点电解平面磨削加工原理图第三节电解磨削电解磨削加工过程

工件(阳极)表面的金属在电流和电解液的作用下发生电解反应，被氧化成一层极薄的氧化物或氢氧化物薄膜（阳极薄膜），刚形成的阳极薄膜迅速被砂轮磨料刮除，使工件又露出新的金属表面并被继续电解，交替进行。

电解磨削过程中，金属主要是靠电化学作用腐蚀下来，砂轮起磨去阳极钝化膜和平整工件表面的作用。第三节电解磨削

电解磨削加工过程原理图

1-磨粒2-结合剂3-工件4-阳极薄膜5-电极间隙及电解液电解磨削与电解的异同电解磨削的阳极溶解机理与普通电解加工的阳极溶解机理是相同的。电解磨削中，阳极钝化膜的去除是靠磨轮的机械加工去除；电解加工中，阳极钝化膜的去除是靠高电流密度去破坏(不断溶解)或靠活性离子(如氯离子)进行活化，再由高速流动的电解液冲刷带走。

电解加工需要压力高、流量大的液压泵；而电解磨削可用冷却润滑用的小型离心泵。电解磨削的形状和尺寸精度由砂轮相对于工件的成形运动来控制，可采用腐蚀能力较弱的钝化性电解液。第三节电解磨削电解磨削特点（与机械磨削比较）1)磨削力小，生产率高。这是由于电解磨削具有电解加工和机械磨削加工的优点。2)加工精度高，表面质量好。因为电解磨削加工中，一方面工件尺寸或形状是靠磨轮刮除钝化膜得到的，故能获得比电解加工好的加工精度；另一方面，材料的去除主要靠电解加工，加工中产生的磨削力较小，不会产生磨削毛刺、裂纹等现象，故加工工件的表面质量好。3)设备投资较高。因为电解磨削机床需加电解液过滤装置、抽风装置、防腐处理设备等。

第三节电解磨削返回“中极法”电解磨削当电流密度一定时，通过的电量与导电面积成正比，因此应尽可能增加两极间的导电面积当磨削外圆时，可采用“中极法”：在普通砂轮外附加一中间电极作为阴极，工件接正极，砂轮不导电，电解作用在中间电极和工件之间进行，砂轮只起刮除钝化膜的作用。第三节电解磨削

中极法电解磨削1-普通砂轮2-工件3-电解液喷嘴4-钝化膜(阳极薄膜)5-中间电极第三节电解磨削四、电解磨削的应用广泛应用于平面磨削、成型磨削和内外圆磨削。它集中了电解加工和机械磨削的优点，用来磨削高硬度的零件，如硬质合金刀具、量具、挤压拉丝模具、轧辊等；用来磨削难加工的小孔、深孔、薄壁筒、细长杆零件等；对于复杂型面零件，还可采用电解珩磨和电解研磨。第三节电解磨削四、电解磨削的应用（一）电解平面磨削第三节电解磨削电解平面磨削示意图立轴矩台平面磨削卧轴矩台平面磨削四、电解磨削的应用（二）电解成型磨削第三节电解磨削电解成型磨削示意图四、电解磨削的应用（三）硬质合金刀具的电解磨削用氧化铝导电砂轮电解磨削硬质合金车刀和铣刀，表面粗糙度可达Ra=0.16～0.08μm，刃口半径小于0.02mm，平直度比普通砂轮磨出的好。用金刚石导电砂轮电解磨削加工精密丝杠的硬质合金成型车刀，Ra＜0.016μm，刃口非常锋利。第三节电解磨削四、电解磨削的应用（四）硬质合金轧辊的电解磨削硬质合金轧辊如图4—44所示。采用金刚石导电砂轮进行电解成形磨削，轧辊槽精度为±0.02mm，型槽位置精度为±0.01mm，表面粗糙度Ra=0.2μm，工作表面不会产生微裂纹，无残余应力，加工效率高，并可大大提高了金刚石电砂轮的使用寿命。第三节电解磨削第三节电解磨削（五）电解珩磨是电解加工与机械珩磨结合在一起的一种加工方法。采用钝化型电解液，利用机械珩磨去除表面微观不平度各高点的钝化膜，使其露出基体金属并再次电解形成新的钝化膜，实现表面精加工。

适用于难加工的小孔、深孔、薄壁筒、细长杆零件等。第三节电解磨削（六）电解研磨

是电解加工与机械研磨结合在一起的一种加工方法。采用钝化型电解液，利用机械研磨去除表面微观不平度各高点的钝化膜，使其露出基体金属并再次电解形成新的钝化膜，实现表面的镜面加工。

电解研磨加工1-回转装置2-工件3-电解液4-研磨材料5-工作电极6-主轴返回第四节电铸、涂镀及复合镀加工电铸、涂镀及复合镀加工在原理和本质上都属于电镀工艺范畴，都和电解相反，都是利用金属在电解液中的电化学阴极沉积（电解液中的金属正离子在电场力作用下，镀覆沉积到阴极上去）将工件加工成形。但电镀、电铸、涂镀、复合镀之间也有明显的差别，见表4-11（工艺目的、镀层厚度、精度要求、镀层牢度、阳极材料、镀液、工作方式）。第4章电化学加工返回电铸涂镀

需要注意一点：在电镀、电铸、涂镀、复合镀过程中，由于电解液中金属离子被消耗，因而常常要求阳极的材料与镀液的金属离子一致，并且能发生阳极溶解的氧化反应而变成离子补充到电解液中。否则，需要定时对电解液补充溶质。第四节电铸、涂镀及复合镀加工一、电铸加工

是利用金属的阴极沉积，复制金属制品的工艺方法。（一）电铸加工原理、特点、应用范围电铸加工原理

当原模上的电铸层达到所需的厚度时取出，将电铸层与原模分离，即可获得型面与原模凹、凸相反的电铸零件。第四节电铸、涂镀及复合镀加工

电铸加工原理图1-电镀槽2-电铸材料(阳极)3-直流电源4-电铸层5-原摸(阴极)6-搅拌器7-电铸液8-过滤器9-泵10-加热器电铸与电镀的异同

加工原理相同，都是利用电化学过程中的阴极沉积现象来进行加工的一种工艺方法。电镀要求得到与基体结合牢固的金属镀层，以达到防护、装饰等目的。电铸要求电铸层与原模分离，其厚度远远大于电镀层。第四节电铸、涂镀及复合镀加工第四节电铸、涂镀及复合镀加工电铸加工特点

优点：1)复制精度高，可以做出机械加工不可能加工出的细微形状(如微细花纹、复杂形状等)，表面粗糙度Ra可以达到0.1μm，一般不需抛光即可使用。2)同一原模生产的电铸件一致性好。3)表面硬度可达35～50HRC，所以电铸型腔使用寿命长。4)母模材料不限于金属，可用制品零件直接作为母模。5)电铸可获得高纯度的金属制品，如电铸铜，纯度高，导电性能好，十分有利于电加工。6)设备简单、操作容易。

第四节电铸、涂镀及复合镀加工电铸加工特点

缺点：1)金属沉积速度缓慢，制造周期长。如电铸镍，一般需要一周左右。2)电铸件尖角和凹槽部位不易获得均匀的铸层，且厚度较薄，仅为4～8mm左右。3)电铸层一般都具有较大的应力，所以尺寸大而薄的电铸件容易变形，且不易承受大的冲击载荷。

第四节电铸、涂镀及复合镀加工电铸加工应用范围1）唱片、光盘的压模，工艺美术品模，纸币、证劵、邮票的印刷版（能复制精密的表面轮廓花纹）；2）注塑模具、电火花型腔加工用的电极工具；3）复杂、高精度空心件、薄壁件；4）表面粗糙度标准样块、反光镜、表盘等。

第四节电铸、涂镀及复合镀加工（二）电铸基本设备电铸槽直流电源搅拌和循环过滤系统恒温控制系统1）电铸槽

电铸槽材料选取以不被电解液腐蚀为原则。一般用钢板焊接，内衬铅板或聚氯乙烯薄板。2）直流电源采用低电压大电流的直流电源。常用硅整流，电压为6～12V左右，并可调。电铸加工原理图第四节电铸、涂镀及复合镀加工3）搅拌和循环过滤系统为了降低电铸液的浓差极化，加大电流密度，减少加工时间，提高生产率，最好在阴极运动的同时对溶液进行搅拌。搅拌方法有循环过滤、超声波、机械搅拌等。循环过滤法不仅可以搅拌溶液，而且在溶液流动时进行过滤。4）恒温控制系统

电铸时金属沉积速度缓慢，如电铸镍，一般需要一周左右，所以必须设置恒温控制系统。它包括加热设备（蒸汽、热水、电炉等）、冷却设备（吹风、自来水、冷冻水等）和恒温控制设备。第四节电铸、涂镀及复合镀加工（三）电铸加工工艺过程

原模设计与制造→原模表面处理→电铸至规定厚度→衬背处理→脱模→清洗干燥→成品1.原模设计与制造原模尺寸与型腔一致，沿型腔深度方向加长5～8mm，以备电铸后切除端面的粗糙部分；原模表面应有一定的脱模斜度；原模表面要抛光，使表面粗糙度达到Ra=0.16～0.08μm。

原模设计与制造→原模表面处理→电铸至规定厚度→衬背处理→脱模→清洗干燥→成品2.原模表面处理金属材料在电铸前要进行表面钝化处理，形成不牢固的钝化膜，以便电铸后易于脱模；非金属材料在电铸前进要行表面导电化处理，否则无法电铸。3.电铸金属及电铸液常用的电铸金属有铜、镍、铁三种，相应的电铸液为含有所选用电铸金属离子的硫酸盐、氨基磺酸盐、氟硼酸盐和氧化物等的水溶液。第四节电铸、涂镀及复合镀加工

原模设计与制造→原模表面处理→电铸至规定厚度→衬背处理→脱模→清洗干燥→成品4.衬背和脱模有些电铸件电铸成形之后，需要用其它材料对其背面进行处理(衬背处理)，以防变形，然后再对电铸件进行脱模和机械加工。塑料模具电铸件的衬背处理方法常为浇铸铝或铅锡低熔合金；印制电路板则常用热固性塑料。电铸件与原模的脱模方法有敲击锤打，加热或冷却胀缩分离，用薄刀刃撕剥分离，加热熔化，化学溶解等。第四节电铸、涂镀及复合镀加工第四节电铸、涂镀及复合镀加工（四）电铸加工应用实例电铸是制造各种筛网、滤网最有效的方法，无需使用专用设备就可获得各种形状的孔眼。其中典型的就是电铸电动剃须刀的网罩。1)制造原模：在铜或铝板上涂布感光胶后粘上照像底板，然后进行曝光、显影、定影，即可获得带有规定图形(绝缘层)的原模（图4-50a）。

第四节电铸、涂镀及复合镀加工（四）电铸加工应用实例2)对原模进行化学处理：以获得钝化层，使电铸后的网罩容易与原模分离。3)弯曲成型：将原模弯成所需形状（图4-50b）。4)电铸：控制镍层硬度为维氏硬度500～550HV，硬度过高则容易发脆（图4-50c）。5)脱模（图4-50d）。刻度盘模具型腔电铸过程

阴极原模电铸电铸产品后处理原模进行引导线及包扎绝缘处理第四节电铸、涂镀及复合镀加工二、涂镀加工涂镀(刷镀、无槽电镀)是在金属工作表面局部快速电化学阴极沉积金属的技术。涂镀加工原理旋转工件作阴极，镀笔不动作阳极，浇注镀液。

涂镀加工原理图1-工件2-镀液3-电源4-镀笔5-棉套6-容器第四节电铸、涂镀及复合镀加工涂镀加工特点1)不需要镀槽，对局部表面涂镀，设备简单，操作容易，就地施工。2)涂镀液种类和可涂镀的金属比槽镀多，选用更改方便，易于实现复合镀层，一套设备可镀金、银、铜、铁、锡、镍、钨、钢等多种金属。3)镀层与基体金属的结合力比槽镀牢固；涂镀速度比槽镀快(镀液中离子浓度高，是电镀的10～15倍)；镀层厚薄可控性强。4)因工件与镀笔之间有相对运动，故一般需人工操作，很难实现高效率的大批量、自动化生产。第四节电铸、涂镀及复合镀加工涂镀加工应用范围1)修复零件磨损表面，恢复尺寸和几何形状，实施超差品补救。2)填补零件表面上的划伤、凹坑、斑蚀、孔洞等缺陷。3)大型、复杂、小批量工件的表面局部镀镍、镉、锌、铜、钨、金、银等防腐层、耐腐层等，改善表面性能。涂镀加工技术的实用意义是一种修旧利废、设备器材再利用的绿色表面工程。第四节电铸、涂镀及复合镀加工涂镀基本设备

直流电源镀笔镀液第四节电铸、涂镀及复合镀加工涂镀加工原理图1）直流电源电压3～30V无极可调，电流30～100A。

涂镀电源的特殊要求：（1）能方便地改变电源极性，以便在涂镀前对零件表面进行反接电解处理（电解净化处理、电净处理）。（2）电源有快速短路保护和过载保护功能，以防镀笔与工件发生短路时出现损伤或报废事故。（3）应有安培小时计，自动记录、显示涂镀过程中消耗的电荷量（因为它与镀层厚度成正比，当镀层达到预定的尺寸时能自动报警，以控制镀层厚度）。注：用电解的方法清除零件金属表面上的油污和杂质称为电净处理。第四节电铸、涂镀及复合镀加工2）镀笔由手柄和阳极组成。阳极采用不溶性的石墨块制成，在石墨块上包裹一层脱脂棉和一层耐磨涤棉套。棉花的作用是饱吸、储存镀液，并防止阳极与工件直接接触短路和防止从阳极脱落下来的石墨进入镀液。3）镀液镀液是由金属络合物水溶液及少量添加剂制成。为了对被镀表面进行预处理（电解净化、电解活化），镀液中还包括电净液和活化液。表4-13为常用涂镀液的性能及用途。见124～125页第四节电铸、涂镀及复合镀加工络合物概念：络合物也称错合物、配合物、配位化合物。为一类具有特征化学结构的化合物，由中心原子或离子和围绕它的称为配位体(简称配体)的分子或离子，完全或部分由配位键结合形成。第四节电铸、涂镀及复合镀加工络合物通常指含有络离子的化合物，如络盐[Ag(NH3)2]Cl络酸H2[PtCl6]络碱[Cu(NH3)4](OH)2等；也指带电荷的络合分子，如[Fe(SCN)3]、[Co(NH3)3Cl3]等。

我们知道，白色的无水硫酸铜溶于水时形成蓝色溶液，这是因为生成了铜的水合离子。铜的水合离子组成为[Cu(H2O)4]2+，它就是一种络离子。胆矾CuSO4·5H2O就是一种络合物，其组成也可写为[Cu(H2O)4]SO4·H2O。第四节电铸、涂镀及复合镀加工6）镀尺寸镀层和工作镀层由于单一金属的镀层随厚度的增加，内应力增大、结晶变粗、强度降低、过厚时将出现裂纹或自然脱落现象。一般单一镀层不能超过0.03～0.05mm的安全厚度，快速镍和高速铜不能超过0.3～0.5mm。如果待镀工件的磨损量大，需先涂镀“尺寸镀层”来增加尺寸，或用不同镀层交替迭加，最后镀一层满足工作表面要求的工作镀层。7）镀后清洗用自来水冲洗，用压缩空气或热风吹干，涂防锈油或防锈液。第四节电铸、涂镀及复合镀加工涂镀加工工艺过程1）表面预加工去除表面上的毛刺、不平度、锥度及疲劳层，使其达到基本光整。2）清洗除油、除锈锈蚀用喷砂、砂布打磨，油污用汽油、丙酮、或水基清洗剂清洗。3）电净处理大多数金属都需用电净液对工件表面进行电净处理，以进一步除去微观上的油、污。第四节电铸、涂镀及复合镀加工4）活化处理是用电解的方法除去零件表面上的氧化膜、钝化膜或析出的碳元素微粒黑膜的一种技术。目的是使零件表面露出金属光泽，为镀层与基体金属结合创造条件。5）镀底层为了提高工作镀层与基体金属的结合强度，零件表面经1）～4）步处理后，需先用镍、碱铜、或低氢脆镉镀液预镀一薄层底层(0.001～0.002mm)。注：氢脆是溶于钢中的氢，聚合为氢分子，造成应力集中，超过钢的强度极限，在钢内部形成细小的裂纹，导致材料的韧性或塑性下降的现象。碱铜：碱式氯化铜Cu2(OH)3Cl。第四节电铸、涂镀及复合镀加工涂镀加工的应用实例机床导轨划伤的典型修复工艺如下：1）整形2）涂保护漆3）脱脂4）对待镀表面两侧的保护5）对待镀表面净化和活化处理6）镀底层7）镀高速碱铜作尺寸层8）修平详细内容见教材125～126页。第四节电铸、涂镀及复合镀加工三、复合镀加工（一）复合镀原理与分类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去。依据镀层内磨料尺寸的不同，复合镀层的功用也不同，一般可分为以下两类：1.作为耐磨层的复合镀；2.制造切削工具的复合镀或镶嵌镀。第四节电铸、涂镀及复合镀加工1.作为耐磨层的复合镀磨料为微粉级(40～0.5μm)，电镀时，随着镀液中的金属离子镀到金属工件表面的同时，镀液中带有极性的微粉级磨料与金属离子络合成离子团也镀到工件表面上。这样，在整个镀层内将均匀分布有许多微粉级的硬质点，使整个镀层的耐磨性增加好几倍，一般用于高耐磨零件的表面处理。第四节电铸、涂镀及复合镀加工镀层形貌(金刚石)镀层形貌(Al2O3)颗粒分类：“纳米颗粒”指1～100nm尺度的颗粒；“亚微米颗粒”指0.1～1μm尺度的颗粒；“微米颗粒”指1～1000μm尺度的颗粒。“超细颗粒”是纳米颗粒与亚微米颗粒的总称。“细粉”指1～100μm的固体颗粒；“粗粉”指100～1000μm的固体颗粒；超过1000μm的特大颗粒则进入块状物体的范畴。

注：不同的行业还有很多不同的说法，统一这些说法有利于技术交流。第四节电铸、涂镀及复合镀加工2.制造切削工具的复合镀(镶嵌镀)磨料为人造金刚石(或立方氮化硼)，粒度一般为80#～250#。电镀时，控制镀层的厚度稍大于磨料尺寸的一半右，使紧挨工件表面的一层磨料被镀层包覆、镶嵌。形成一层切削刃，用以对其它材料进行加工。第四节电铸、涂镀及复合镀加工（二）电镀金刚石(立方氮化硼)工具的工艺与应用1.套料刀具及小孔加工刀具将已加工好的管状套料刀具毛坯插入人造金刚石磨料中，然后倒入含镍离子的镀液，在刀具毛坯外再加一环形镍阳极，刀具毛坯接阴极。通电后，刀具毛坯内、外圆及端部将镀上一层镍，而紧挨刀具毛坯表面的磨料被镀层包覆，成为一把管状的电镀金刚石套料刀具，可用在玻璃、石英上钻孔或套料加工。第四节电铸、涂镀及复合镀加工（二）电镀金刚石(立方氮化硼)工具的工艺与应用2.平面加工刀具将刀具毛坯置于镀液中，然后通过镀液在刀具毛坯平面上均匀撒布一层人造金刚石磨料，并镀上一层镍，使磨料被包覆在刀具毛坯表面形成切削刃。此法也可用于制造锥角较大近似平面的工具，如制造电镀金刚石气门铰刀；同样也可用于制造金刚石小锯片。第四节电铸、涂镀及复合镀加工（二）电镀金刚石(立方氮化硼)工具的工艺与应用3.金刚石锯丝(电镀工艺参数对金刚石锯丝复合镀层质量影响研究)大规模集成电路、航空航天、通讯设施、国防武器、太阳能行业等领域大量应用晶体材料，如硅、碳化硅、蓝宝石等。晶体切割是其机械加工过程中一个主要工序，切割质量直接关系最终成品率与后续加工工序的工作量。固结磨料线锯切割具有高效、精密、高出品率等特点，适合于高硬度碳化硅、蓝宝石、KDP晶体的切割。相对于用树脂结合剂与高温钎焊制作的固结磨料金刚石锯丝，电镀金刚石锯丝的耐磨性、耐热性、基体材料特性保持与制造直径灵活性等综合特点更能满足实际应用的要求。

注：KDP晶体（磷酸二氢钾）是一种电光非线性光学材料，广泛应用于激光变频、电光调制等高科技领域。第四节电铸、涂镀及复合镀加工

钢丝直径为0.2mm；金刚石磨粒为平均粒度为20μm的金刚石微粉；电镀液为镍镀液。电镀金刚石锯丝的电镀工序为：镀底层，基体上砂，上沙镀，加厚镀。入镀槽之前的钢丝经化学除油和酸侵蚀后除去表面污垢与氧化层，清洗后先镀底层使基体表面充分沉积镍以增强结合力，此过程在单独的电镀槽中进行。预镀完成后的锯丝移入具有上砂槽的电镀槽进行植砂，上砂槽结构示意图如图所示。第四节电铸、涂镀及复合镀加工上砂时采用埋砂法，拉直钢丝，避免钢丝接触砂槽并两端固定，用金刚石微粉埋住钢丝进行上砂镀。上砂完成后将钢丝从上砂槽中卸下，移入第一步进行预镀的电镀槽中进行加厚镀处理。第四节电铸、涂镀及复合镀加工沙槽结构示意图上砂镀层起到初步固结金刚石磨粒的作用，其厚度一般为平均磨粒的10％左右；加厚镀层起到固结金刚石磨粒的作用，其厚度是将磨粒粒径的约2/3埋嵌在镀层中。锯丝表面磨粒含量对锯丝使用寿命和切割能力影响较大：磨粒含量大，切割刃多，切割效率高，而且避免镍镀层直接与工件接触从而使复合镀层耐磨性增加，锯丝使用寿命延长；反之，切割效率低，锯丝寿命短。但如果锯丝表面镀层中金刚石磨粒含量过高，镍镀层的比例减小，会造成金刚石把持力降低而容易脱落，锯丝寿命降低，并且磨粒之间没有足够的容屑空间，同样影响锯丝的加工性能。第四节电铸、涂镀及复合镀加工

上砂阶段电流密度与时间对磨粒含量的影响第四节电