电解加工技术简介

1.电解加工的基本原理

电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学腐蚀原理来加工工件的。它属于电化学加工范畴。其基本原理如图12－31所示，工件接直流电源的正极(阳极)，工具接负极(阴极)。两极间保持较小的间隙(0.1～1mm)，具有一定压力(0.49～1.96MPa)的电解液从间隙中高速流过，工件表面的金属就不断产生阳极溶解，溶解产物被高速流动(5～50m/s)的电解液带走，实现电解加工。

电解加工成型表面时，刚开始工件形状与工具阴极形状不同，工件表面上各点与工具表面的距离也不相同，通过各点的电流密度也不同。距离近的地方电流密度大，电解液的流速也较快，阳极的溶解速度也较快。距离远的地方电流密度小，阳极溶解也慢，如图12－32(a)所示。由于工具相对工件不断进给，工件表面就不断被电解，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基本相似的形状为止，加工就完成了，如图12－32(b)所示。

图12－31　电解加工示意图

图12－32　电解加工成型原理

2.电解加工的特点及适用范围

电解加工是不接触、无宏观切削力、无应力和无变形的加工。具有进给运动简单、加工速度快，可一次加工出形状复杂的型面或型腔，且不产生加工毛刺，工具电极无损耗，可加工高硬度、高强度和高韧性等难切削的导电材料。

电解加工可应用于加工复杂成型模具和零件，如汽车、拖拉机连杆等各种型腔锻模，航空、航天发动机的扭曲叶片，汽轮机定子、转子的扭曲叶片，炮筒内管的螺旋“膛线”(来复线)，齿轮、液压件内孔的电解去毛刺及扩孔、抛光、刻印等。

3.电解加工工艺及规律

(1)电解加工的生产率及影响因素　电解加工的生产率以单位时间内去除的金属量来衡量，用mm3/min或g/min表示。实际生产中还常用蚀除速度，即单位时间内去除阳极的厚度(mm/mim)来衡量生存率。它首先决定于工件材料的电化学性质。一般易失去电子的材料，阳极易溶解，其他条件相同的条件下，蚀除速度和生产率也越高。实际的电流密度决定于电源电压、电极间隙的大小及电解液的电导率。两极间隙越小，电解小，电流密度就越大，因此蚀除速度就越高。

(2)电解加工的电极反应　电解加工时电极间的反应是相当复杂的。现仅以在NaCl水溶液中电解加工钢为例，定性分析电极反应。

电解加工钢件时，常用的电解液是质量分数为14%～18%的NaCl水溶液。这时电解液中存在H＋、OH－、Na＋、Cl－四种离子。其阳极反应及阴极反应情况为以下几种。(www.xing528.com)

①阳极反应

阳极表面每个铁原子在外电源作用下放出(被夺去)两个电子，成为Fe2＋而溶解进入电解液中:Fe－2e→Fe2＋

负的氢氧根离子被阳极吸引，丢掉电子而析出氧气:4OH－4e→O2↑

负的氯离子被阳极吸引，丢掉电子而析出氯气:2Cl－－2e→Cl2↑

根据电极反应过程的基本原理，电极电位最小的物质将首先在阳极反应。因此，在阳极首先是铁丢掉电子，成为二价铁离子Fe2＋而溶解，融入电解液中的Fe2＋又与OH－离子化合，生成Fe(OH)2。由于Fe(OH)2在水溶液中的溶解度很小，故生成沉淀而离开反应系统:

Fe2＋＋2OH－→Fe(OH)2↓

Fe(OH)2沉淀为墨绿色的絮状物，随着电解液的流动而被带走。Fe(OH)2又逐渐为电解液和空气中的氧气氧化为Fe(OH)3:

4Fe(OH)2＋2H2O＋O2→4Fe(OH)3↓

Fe(OH)3为黄褐色沉淀(铁锈)。

②阴极反应

正的氢离子被吸引到阴极表面，从电源得到电子而析出氢气:2H＋＋2e→H2↑

可见，电解加工过程在理想情况下，阳极铁不断以Fe2＋的形式被溶解，水被分解消耗，因而电解液的浓度逐渐变大。电解液中的氯离子和钠离子仅起到导电作用，本身并不消耗，所以NaCl电解液的使用寿命长，只要过滤干净，适当添加水分，可长期使用。

(3)电解加工的表面质量和加工精度　由于电解加工过程是以原子、分子逐层进行的，加工过程中又没有电火花产生，因此有较好的表面质量，一般表面粗糙度值可在Ra 0.8～0.9μm以下。但电解加工时原金属的金相组织、晶粒大小对加工后的表面粗糙度有一定影响，也会因电解液导电率较高，电极间间隙较大，出现“杂散腐蚀”，因此加工精度一般在±0.1～0.2mm。

(4)电解加工实验　根据电解加工的基本原理，配制约20%浓度的NaCl水溶液一杯。取二根短锯条，经清洗，其中一根加热后表面图蜡绝缘，再用尖针刻画出文字图案备用。用4节1.5V干电池串联(6V直流)正极接屏蔽刻字的锯条，负极接未屏蔽的锯条，浸入食盐水电解液中。观察正、负电极表面的电化学反应。负极表面析氢气泡，正极表面产生墨绿色的絮状沉淀物Fe(OH)2。几分钟后墨绿色的絮状物逐渐氧化，变为黄褐色的沉淀物Fe(OH)3。取出锯条观察，阴极锯条表面无变化。用汽油擦去阳极锯条表面的蜡层，露出黑色的电化学腐蚀文字图案。