电解加工原理及NaCl水溶液的应用

电解加工是利用金属在电解液中发生阳极溶解的电化学原理，去除工件上多余的材料将零件加工成形的一种方法。电解加工示意图如图3-14所示。零件加工时，工件接电源正极（阳极），按一定形状要求制成的工具接负极（阴极），两极之间保持较小的间隙（通常为0.1～1 mm），具有一定压力（0.5～2.5 MPa）的电解液从两极间隙中高速（5～60 m/s）流过。

图3-14　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

图3-15　电解加工原理

（a）加工开始；（b）加工后期

电解加工的原理如图3-15所示，图中的细竖线表示通过阳极（工件）和阴极（工具）间的电流。竖线的疏密程度表示电流密度的大小。电解加工开始时，工件阳极与工具阴极的形状不同，工件表面上的各点至工具表面的距离不等，因而各点的电流密度不等。阳极与阴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，阳极溶解的速度也就较快，如图3-15（a）所示。由于工具相对工件不断进给，工件表面就不断被溶解，电解产物不断被电解液冲走，直至工件表面形成与工具表面基本相似的形状为止，如图3-15（b）所示。

电解加工过程没有机械加工中的切削力和切削热作用，也没有电火花加工中热的影响，电解液经过滤可重复使用。(www.xing528.com)

电解加工时电极间的反应是相当复杂的，这主要是因为工件一般不是纯金属，而是各种金属的合金，其金相组织也不完全一致，所用的电解液往往也不是该金属盐的溶液，而且还可能含有多种成分。电解液可分为中性盐溶液、酸性溶液、碱性溶液三大类，中性盐溶液的腐蚀性小，使用时较安全，故应用最普遍，最常用的有NaCl、NaNO3和NaClO3。下面仅介绍10%～20%的NaCl水溶液作电解液加工低碳钢工件时，其主要的电化学反应。

水溶液：H2O⇔H++OH-

工件阳极离解并与电解液反应：

Fe-2e→Fe2+

Fe2++2OH-→Fe(OH)2↓

工具阴极反应：

2H++2e→H2↑

从以上反应可以看出，在电解加工过程中，由于外电源的作用使工件的Fe原子失去电子，以Fe2+的形式与电解液中的OH-化合生成Fe（OH）2而沉淀。Fe（OH）2在水中的溶解度很小，起初为墨绿色的絮状物，时间一长就逐渐被电解液及空气中的氧氧化生成黄褐色的Fe（OH）3沉淀物。沉淀物不断被电解液带走，而阴极不断得到电子，与水中的H+结合而游离出氢气。在整个过程中，仅有工件（阳极）和水逐渐消耗，而工具和NaCl并不消耗，因此在理想情况下，工具可长期使用，电解液不断过滤干净并经常补充适量的水，也可长期使用。