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摘要：近年来，电化学加工技术原理与应用问题得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了电化学加工的原理以及电化学加工的基本设备，并结合相关实践经验，分别从电化学抛光和电解抛光等多个角度与方面，就电化学加工的应用问题展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。
关键词：电化学；加工技术；原理；应用
1前言
作为一项实际要求较高的实践性工作，电化学加工技术的应用有着其自身的特殊性。该项课题的研究，将会更好地提升对电化学加工技术原理的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化该项工作的最终整体效果。
2电化学加工的原理
电化学加工是利用金属在电解液中的电化学阳极溶解来将工件成型的。工件接直流电源的正极为阳极，按所需形状制成的工具接直流电源的负极为阴极。阳极表面每个铁原子在外电源的作用下放出两个电子，成为正的二价铁离子而溶解进入电解液中（Fe－2e＝Fe+2）。溶入电解液中的Fe+2又与OH－离子化合，生成Fe(OH)2，由于它在水溶液中的溶解度很小，故生成沉淀而离开反应系统，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又逐渐为电解液中及空气中的氧氧化为Fe(OH)3，Fe(OH)3为黄褐色沉淀（铁锈）。正的氢离子被吸收到阴极表面，从电源得到电子而析出氢气：2H+＋2e=H2↑。电解液从两极间隙（0.1～0.8mm）中高速（5～60m/s）流过。当工具阴极向工件进给并保持一定间隙时即产生电化学反应，在相对于阴极的工件表面上，金属材料按对应于工具阴极型面的形状不断地被溶解到电解液中，随着工件表面金属材料的不断溶解，工具阴极不断地向工件进给，溶解的电解产物不断地被电解液冲走，工件表面也就逐渐被加工成接近于工具电极的形状，如此下去直至将工具的形状复制到工件上。
3电化学加工的基本设备
3.1直流电源
电化学加工常用的直流电源为硅整流电源和晶闸管整流电源。
3.2机床
电化学加工机床的任务是安装夹具、工件和阴极工具，并实现其相对运动，传送电和电解液。电解加工过程中虽没有机械切削力，但电解液对机床主轴和工作台的作用力是很大的，因此要求机床要有足够的刚性。要保证进给系统的稳定性，如果进给速度不稳定，阴极相对工件的各个截面的电解时间就不同，影响加工精度。电解加工机床经常与具有腐蚀性的工作液接触，因此机床要有好的防腐措施和安全措施。
3.3电解液系统
在电化学加工过程中，电解液不仅作为导电介质传递电流，而且在电场的作用下进行化学反应，使阳极溶解能顺利而有效地进行。同时电解液要及时把加工间隙内产生的电解产物和热量带走，起到更新和冷却的作用。电解液应具有低的分散能力、较高的电导、较低的粘度，以保证良好的导电性和流动性。由于电解加工电解液的用量甚大（每1000A加工电流需3～5m3电解液），因此要求它安全、无毒、价廉、稳定。
电解液可分为中性盐溶液、酸性盐溶液和碱性盐溶液三大类，常用的电解液有NaCl、NaNO3、NaClO3三种。NaCl电解液价廉易得，对大多数金属而言，其电流效率均很高，加工过程中损耗小并可在低浓度下使用，应用很广。其缺点是电解能力强，散腐蚀能力强，使得离阴极工具较远的工件表面也被电解，成型精度难于控制，复制精度差；对机床设备腐蚀性大，故适用于加工速度快而精度要求不高的工件加工。NaNO3电解液在浓度低于30%时，对设备、机床腐蚀性很小，使用安全。但生产效率低，需较大电源功率，故适用于成型精度要求较高的工件加工。NaClO3电解液的散蚀能力小，故加工精度高，对机床、设备等的腐蚀很小，广泛地应用于高精度零件的成型加工。
4电化学加工的应用
电化学加工有三种不同的类型。
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（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。
4.1电化学抛光和电解抛光
电化学抛光是直接应用阳极溶解的电化学反应对机械加工后的零件进行再加工，以提高工件表面的光洁度。电化学抛光比机械抛光效率高、精度高，且不受材料的硬度和韧性的影响，有逐渐取代机械抛光的趋势。电解抛光的基本原理与电解加工相同，但电解抛光的阴极是固定的，极间距离大（1.5～200mm），去除金属量少。电解抛光时，要控制适当的电流密度。电流密度过小时金属表面会产生腐蚀现象，且生产效率低；当电流密度过大时，会发生氢氧根离子或含氧的阴离子的放电现象，且有气态氧析出，从而降低了电流效率。
4.2电镀
电镀是用电解的方法将金属沉积于导体（如金属）或非导体（如塑料、陶瓷、玻璃钢等）表面，从而提高其耐磨性，增加其导电性，并使其具有防腐蚀和装饰功能。对于非导体制品的表面，需经过适当地处理（用石墨、导电漆、化学镀处理或经气相涂层处理），使其形成导电层后，才能进行电镀。电镀时，将被镀的制品接在阴极上，要镀的金属接在阳极上。电解液是用含有与阳极金属相同离子的溶液。通电后，阳极逐渐溶解成金属正离子，溶液中有相等数目的金属离子在阴极上获得电子随即在被镀制品的表面上析出，形成金属镀层。例如在铜板上镀镍，以含硫酸镍的水溶液作电镀液。通电后，阳极上的镍逐渐溶解成正离子，而在阴极的铜板表面上不断有镍析出。
4.3电刻蚀
电刻蚀是应用电化学阳极溶解的原理在金属表面蚀刻出所需的图形或文字。由于电刻蚀所去除的金属量较少，因而无需用高速流动的电解液来冲走由工件上溶解出的产物。加工时，阴极固定不动。电刻蚀有以下四种加工方法。
（1）按要刻的图形或文字，用金属材料加工出凸模作为阴极，被加工的金属工件作为阳极，两者一起放入电解液中。接通电源后，被加工件的表面就会溶解出与凸模上相同的图形或文字。
（2）将导电纸（或金属箔）裁剪或用刀刻出所需加工的图形或文字，然后粘贴在绝缘板材上，并设法将图形中各个不相连的线条用导线在绝缘板背面相连，作为阴极。适于图形简单，精度要求不高的工件。
（3）对于图形复杂的工件，可采用制印刷电路板的技术，即在双面敷铜板的一面形成所需加工的正的图形，并设法将图形中各孤立线条与敷铜板的另一面相连，作为阴极。不适于加工精细且不相连的图形。
（4）在待加工的金属表面涂一层感光胶，再将要刻的图形或文字制成负的照相底片覆在感光胶上，采用光刻技术将要刻除的部分暴露出来。这时阳极仍是待加工的工件，而阴极可用金属平板制成。
4.4电解磨削
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。
5结束语
综上所述，加强对电化学加工技术原理与应用的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的电化学加工技术应用过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。
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论文作者:姚晓龙, 李威
论文发表刊物:《防护工程》2017年第20期
论文发表时间:2017/12/15
标签：电化学论文; 电解液论文; 加工论文; 工件论文; 阴极论文; 阳极论文; 金属论文; 《防护工程》2017年第20期论文;