电化学加工技术的现状及发展趋势-特种加工

电化学加工技术研究现状及趋势郭旭东（大连科技大学机械自动化学院,大连，大连）（15级机械工程专业，2015023234321）摘要：与机械加工相比，电化学加工能加工出复杂的型面、腔孔，加工高硬度、高韧性、高强度材料，生产率高。电化学加工包含抛光、电镀、电刻蚀和电解磨削。与传统的加工方法相比，有很大的优势。而且未来电化学加工的更是朝着微系统、纳米材料合成方面发展，具有很高的应用前景。关键词：生产率；抛光；电镀；电刻蚀；电解磨削CurrentstatusandtrendofelectrochemicalmachiningtechnologyLIUDong(CollegeofMachineryandAutomation,WuHanUniversityofScienceandTechnology,HuBeiWuHan430074)Abstract:Comparedwithmachining,electrochemicalmachiningcanproducecomplexsurfaceandcavity,whichcanbeprocessedwithhighhardness,hightoughness,highstrengthmaterialsandhighproductivity.Electrochemicalmachiningincludespolishing,electroplating,electroetchingandelectrochemicalgrinding.Comparedwiththetraditionalprocessingmethods,thereisagreatadvantage.Andthefutureelectrochemicalprocessingistowardthedevelopmentofmicrosystem,nanomaterialssynthesis,hasaveryhighapplicationprospects.Keywords:efficiency;polishing;electroplating;electroetching;electrochemicalgrinding1、前言电化学加工的基本理论建立与19世纪末，但在工业上的大规模应用，还应该是在20世纪30~50年代。目前，电化学加工已经成为我国民用、国防工业中的一个不可或缺的加工手段。电化学加工是一种重要的特种加工方法,已被广泛应用于难加工金属材料、复杂形状零件的批量加工中。它利用金属的电解现象[1]，在通电的电解液[2-5]中，使离子从一个电极移向另一个电极，从而实现对工件材料的双向加工[6]，即阳极溶解去除(如电解、电化学抛光)和阴极沉积生长(如电镀、电铸)。无论材料的减少或增加，加工过程都是以离子的形式进行的，而金属离子的尺寸非常微小，因此，从原理上讲，电化学加工可以实现加工精度和微细程度在微米级甚至更小尺度的微加工。只要采取措施精确地控制电流密度和电化学反应发生的区域，就能实现电化学微加工[7-11]，达到对金属表面进行微量“去除”或“生长”加工的目的。电化学是一门古老而又年轻的学科，一般公认电化学起源于1791年意大利解剖学家伽伐尼发现解剖刀或金属能使蛙腿肌肉抽缩的“动物电”现象。1800年伏特制成了第一个实用电池，开始了电化学研究的新时代。在经历了一个多世纪以后，电化学科学的发展和成就举世瞩目，无论是基础研究还是技术应用，从理论到方法，都有许多重大突破。电化学科学的发展，推动了世界科学的进步，促进了社会经济的发展，对解决人类社会面临的能源、交通、材料、环保、信息、生命等问题，已经作出并正在作出巨大的贡献。[12]2、电化学加工研究现状2.1基本概念电化学加工(electrochemicalmachining)利用电化学反应（或称电化学腐蚀）对金属材料进行加工的方法。与机械加工相比，电化学加工不受材料硬度、韧性的限制，已广泛用于工业生产中。常用的电化学加工有电解加工[13-16]、电磨削[17-20]、电化学抛光[21-24]、电镀、电刻蚀和电解冶炼等。[25-26]2.2研究优缺点2.2.1电化学加工优点（1）能同时进行三维的加工，一次加工出形状复杂的型面、型腔、异形孔。（2）可以加工一般机制工艺难以加工的高硬度、高韧性、高强度材料，如硬质合金、淬火钢、耐热合金、钛合金。（3）生产率高，约为电火花加工的5～10倍；在某些情况下，比切削加工的生产率还高，且加工生产率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制。（4）阴极工具在理论上不损耗，可长期使用。（5）产生的热量被电解液带走，工件基本上没有温升，适合于加工热敏性材料。（6）加工中工件与刀具（阴极）不接触，不会产生切削力，加工后零件表面无残余应力、无毛刺。（7）加工后零件表面质量好。表面粗糙度Ra可达0.2～1.25µm，加工精度：型孔或套料为±0.03～±0.05mm、模锻型腔为±0.05～±0.20mm、透平叶片型面为0.18～0.25mm。2.2.2电化学加工缺点(1)不易达到较高的加工精度和加工稳定性。因为影响电解加工的间隙电场和流场稳定性的参数很多，控制比较困难，加工精度难以严格控制，尺寸精度一般只能达到0.15-0.30mm;加工时杂散腐蚀也比较严重;(2)电极工具的的设计和修正比较麻烦，因而很难适用于单件生产;3、应用研究电化学加工的应用电化学加工有三种不同的类型。（1）第Ⅰ类是利用电化学反应过程中的阳极溶解来进行加工，主要有电解加工、电化学抛光等。（2）第Ⅱ类是利用电化学反应过程中的阴极沉积来进行加工，主要有电镀、电铸等。（3）第Ⅲ类是利用电化学加工与其它加工方法相结合的电化学复合加工工艺进行加工，目前主要有电解磨削、电化学阳极机械加工。电解磨削是电解作用和机械磨削相结合的加工过程。导电磨削时，工件接在直流电源的阳极上，导电的砂轮接在阴极上，两者保持一定的接触压力，并将电解液引入加工区。当接通电源后，工件的金属表面发生阳极溶解并形成很薄的氧化膜，其硬度比工件低得多，容易被高速旋转的砂轮磨粒刮除，随即又形成新的氧化膜，又被砂轮磨去。如此进行，直至达到加工要求为止。[30]4、电化学加工发展趋势21世纪，由于材料、能源、信息、生命、环境对电化学技术的要求，电化学新体系和新材料的研究将有较大的发展。目前可预见的有：1）纳米材料的电化学合成；2）纳米电子学中元器件、集成电路板、纳米电池、纳米光源的电化学制备；3）微系统、芯片实验室的电化学加工以及界面动电现象在驱动微液流中的应用；4）电动汽车的化学电源和信息产业的配套电源；5）氢能源的电解制备；6）太阳能利用实用化中的固态光电化学电池和光催化合成；7）消除环境污染的光催化技术和电化学技术；8）玻璃、陶瓷、织物等的自洁、杀菌技术中的光催化和光诱导表面能技术；9）生物大分子、活性小分子、药物分子的电化学研究；10）微型电化学传感器的研制。[31]5、总结电化学加工技术在制造业领域的重要地位日益突出，尤其是在深孔加工、型面加工、型腔加工﹑异形孔和薄壁零件加工、表面光整加工等方面的效果十分显著。将电化学加工技术与传统加工方法进行有机的结合，进一步提高了零件质量、改善零件使用性能和延长使用寿命，对于提高我国机械制造业在国际上的竞争力，促进我国经济的发展都具有重要的意义。参考文献[1]邹坚. 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