特種加工技術(shù)課件第7章 電化學(xué)加工

第7章電化學(xué)加工7.1電化學(xué)反應(yīng)過程和工藝類別7.1.1電化學(xué)反應(yīng)過程7.1.2電化學(xué)加工分類復(fù)合工藝：電化學(xué)加工一方面與傳統(tǒng)的機(jī)械工藝復(fù)合，另一個方面就是與其他的特種加工工藝方法復(fù)合。7.2.1電解加工7.2陽極溶解1.電解加工原理及特點(diǎn)特點(diǎn)之優(yōu)點(diǎn)：①無論工件材料硬度、強(qiáng)度如何，一次進(jìn)給都可以將復(fù)制的三維型面加工出來；②與其他方法相比，加工效率較高，特別是大電流的情形；③理論上陰極無耗損，可以反復(fù)使用；④沒有熱損傷和熱影響層；⑤表面質(zhì)量好，可獲得粗糙度為Ra=0.1～1.2μm；⑥節(jié)省勞動力；⑦加工表面無毛刺和應(yīng)力直流電源（5～30V）；極間間隙：0.1～1mm電流密度一般在：20～800A/cm2。低電壓、大電流特點(diǎn)之局限：①只能加工導(dǎo)電材料；②不能加工出尖角、銳邊；③容易腐蝕機(jī)床及附件，特別是使用NaCl的場合，蝕減少，但是成本高。電解加工對環(huán)境保護(hù)有不利影響，參考圖7.3。④電解加工的工件的抗疲勞強(qiáng)度會降低10～25%，建議噴丸處理來恢復(fù)；⑤與傳統(tǒng)機(jī)械加工相比較，能耗非常高；⑥小間隙需要沖液壓力高，作用于工件和工具的液動力大，機(jī)床剛性要求高；⑦加工后，工件需立即清洗并涂抹防銹油；⑧加工中可能產(chǎn)生氫氣，如不及時排除，可能引起爆炸；⑨間隙中電解產(chǎn)物排除不及時，可能引起短路電解加工設(shè)備：直流電源、機(jī)床和電解液系統(tǒng)三個部分2.電解加工設(shè)備1)直流電源電解加工需要大電流，低電壓。目前市面可供的電源電流從50A到40000A不等；電壓從5V到30V可選，這些電源的功率因數(shù)高，能效好，并配備了短路保護(hù)裝置。電解加工常用的直流電源為硅整流電源和晶閘管整流電源。2)機(jī)床結(jié)構(gòu)考慮：機(jī)床剛度；進(jìn)給速度監(jiān)控，短路保護(hù)；防腐蝕3)電解液系統(tǒng)電解液保持衡定的流速、壓力和溫度：耐腐蝕的泵、密封件、溫度、流場分布、沉淀物分離。間隙較小常常在0.1～1mm之間：供液方式3種。作用：一方面，電解液作為導(dǎo)電介質(zhì)形成回路傳遞電流，并在電場的作用下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使陽極溶解能順利而有效地進(jìn)行。另一方面電解液帶走電解產(chǎn)物和電化學(xué)反應(yīng)的熱量。性能要求：①高的導(dǎo)電率保證大的電流密度；②低的粘度確保窄縫里流動順暢；③高的熱容量散熱效果好；④工件表面不能生成氧化膜，否者陽極溶解難以繼續(xù)；⑤化學(xué)穩(wěn)定性好，不易揮發(fā)；⑥無毒性并不腐蝕機(jī)床部件；⑦來源廣泛，價格低廉。常用種類：NaCl、NaClO3和NaNO3等無機(jī)鹽的水溶液，通?；旌鲜褂靡詽M足多重需求4)電解液類別NaCl電解液：價格廉低來源廣，電流效率高（圖7.7a），加工的表面粗糙度低，加工中損耗小并可在低濃度下使用，應(yīng)用廣泛。氯化鈉不易生成鈍化膜，是一種非鈍型電解液。缺點(diǎn)是雜散腐蝕能力強(qiáng)，側(cè)隙較大（圖7.7b），使得離陰極工具較遠(yuǎn)的工件表面可能被電解，成型精度難于控制，復(fù)制精度差；對機(jī)床設(shè)備腐蝕性大，故適用于加工速度快而精度要求不高的場合。NaNO3電解液：是一種鈍化型電解液，適當(dāng)?shù)碾妷簵l件會生成鈍化膜，阻止陽極溶解的繼續(xù)。在濃度低時，腐蝕性小，使用安全。缺點(diǎn)電流效率低下，生產(chǎn)效率低，陰極會有氨氣析出，電解質(zhì)會消耗，需要定期補(bǔ)充。需較大電源功率，故適用于成型精度要求高的場合。NaClO3電解液：也是一種鈍化型電解液，散蝕能力小，故加工精度高，對機(jī)床、設(shè)備等的腐蝕很小，廣泛地應(yīng)用于高精度零件的成型加工。然而，NaClO3是一種強(qiáng)氧化劑，雖不自燃，但遇熱分解的氧氣能助燃，因此使用時要注意防火安全5)工具電極a）材料：需要考慮處理的可加工性、剛度、耐腐蝕能力、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。一般不推薦使用碳鋼，因?yàn)樗哪透g能力差。b）工具電極的設(shè)計(jì):工具電極形狀與加工工件型面并不是精確的完全互補(bǔ)復(fù)制，其尺寸應(yīng)為加工型面的法向稍微內(nèi)縮以補(bǔ)充其過切量。工具設(shè)計(jì)需要考慮電解液流量充足以便散熱，防止極間電解液沸騰。為了獲得光滑的加工表面，要使得這個加工面上電解液均勻流動。理想情況就是發(fā)生層流，不能有渦流呈現(xiàn)。對于復(fù)制表面加工，設(shè)計(jì)者應(yīng)該先進(jìn)行同等加工條件的探索性試驗(yàn)，在對工具電極進(jìn)行修正，以獲得高的加工精度和好的表面質(zhì)量

效率：

唯一影響電解加工的材料去除率的因素是離子交換的速度，這跟工件的硬度和強(qiáng)度無關(guān)?？蛇_(dá)到的材料去除率在1.5cm3/min/1000A這個量級,加工硬質(zhì)合金和碳鋼的常規(guī)進(jìn)給速度可達(dá)2.5mm/min。

質(zhì)量：在所有的傳統(tǒng)和非傳統(tǒng)的加工方法中，只有電解加工的加工精度和表面質(zhì)量是隨著材料去除率（采用更大的電流密度）的增大而提高，這是電解加工的獨(dú)特性所在。電解加工的主要問題就是產(chǎn)生過切量（側(cè)隙加大）影響成形精度。粗略地講，側(cè)隙受到諸多參數(shù)的影響，其中電解液及其流動最為關(guān)鍵。側(cè)隙越小，獲得的尺寸精度越高。常規(guī)的尺寸精度可達(dá)±0.13mm，通過適當(dāng)?shù)膮?shù)控制精度水平可達(dá)±0.025mm。電解加工很難加工出半徑小于0.8mm的內(nèi)角，過切量達(dá)0.5mm，錐度達(dá)1μm/mm也是常有的事。表面粗糙度水材料去除率增大而降低，常見在0.2～1μm之間，更常見在0.4～0.8μm3.電解加工工藝能力與應(yīng)用1)工藝能力工具成本：的主要費(fèi)用在于工具電極的準(zhǔn)備上，其設(shè)計(jì)和制造都比較費(fèi)事、費(fèi)時和費(fèi)錢，對于復(fù)制型面加工，工具電極往往需要多次反復(fù)的試驗(yàn)、修改才能達(dá)成。電解加工好在工具無耗損，加工的表面無應(yīng)力和毛刺，并且整個型面的加工只需一次進(jìn)給行程便可完成，如圖7.8a的渦輪葉片加工。對于薄壁件加工，無需采用壓力電解液沖液的方式，可以采用淹沒方式，避免了液動力產(chǎn)生薄壁變形的問題，如圖7.8b。對于復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)的加工往往還需多軸聯(lián)動數(shù)控展成加工來完成，如圖7.8c的整體葉輪加工。電解加工已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)加工個各種場合，見圖7.9，主要加工型腔、型孔和拋光。2)工藝應(yīng)用電極用作切削工具時，電解加工還可完成車削（圖7.10a）開槽、套料、輪廓加工、去毛刺（圖7.10b）電解加工非常適合于脆硬材料、或超硬難加工材料的形狀復(fù)雜零件的大批大量生成（電解應(yīng)用的三原則）3)工藝要點(diǎn)7.2.2電解拋光

工件作為陽極接直流電源的正極。用鉛﹑不銹鋼等耐電解液腐蝕的導(dǎo)電材料作為陰極﹐接直流電源的負(fù)極。兩者相距一定距離浸入電解液(一般以硫酸﹑磷酸為基本成分)中﹐在一定溫度﹑電壓和電流密度(一般低于1A/cm2

)下﹐通電一定時間(一般為幾十秒到幾分鐘)﹐工件表面上的微小凸起部分便首先溶解﹐而逐漸變成平滑光亮的表面。

磷酸是拋光電解液中應(yīng)用最廣的一種成分。因?yàn)榱姿崮芨饘倩蚱溲趸锓磻?yīng)生成各種磷酸鹽，使拋光溶液成為導(dǎo)電性較低的黏性膠狀液體，這種膠狀液體附著于制件的表面，形成液膜，這對于制件的電化學(xué)整平拋光起著很大作用。

硫酸主要用于提高溶液的導(dǎo)電性和降低槽電壓，以節(jié)省電能。硫酸的含量一般控制在15%以下(不銹鋼：可達(dá)40%)，否則會使金屬溶解過快，得不到光滑平整的表面。

鉻酐在酸性拋光液中的作用是作強(qiáng)氧化劑，產(chǎn)物Cr3+可生成磷酸二氫鉻，增加拋光液的溶度，有利于鋼鐵制件的整平拋光。當(dāng)拋光過程發(fā)生斷電時，鉻酐能鈍化制件表面，使制件免受腐蝕。與電解加工的區(qū)別在于：①極間間隙加大，利于表面均勻溶解；②電解液配方不同，電解用無機(jī)鹽，拋光用酸液（硫酸、磷酸、硝酸），且質(zhì)量分?jǐn)?shù)大得多，加水比例很??；③電解液不流動，必要時加以攪拌；④拋光后往往生成致密牢固的氧化膜；⑤電解設(shè)備復(fù)雜，電解拋光設(shè)備簡單。電解拋光的特點(diǎn)：①拋光的表面不會產(chǎn)生變質(zhì)層﹐無附加應(yīng)力﹐并可去除或減小原有的應(yīng)力層,致密氧化膜增加工件表面抗腐蝕性;②難于用機(jī)械拋光的硬質(zhì)材料﹑軟質(zhì)材料及薄壁﹑形狀復(fù)雜﹑細(xì)小的零件都能加工﹔③拋光時間短﹐而且可以多件同時拋光﹐生產(chǎn)效率高，成本低廉④電解拋光所能達(dá)到的表面粗糙度與原始表面粗糙度有關(guān)﹐一般可提高兩級。內(nèi)外色澤一致，光澤持久，機(jī)械拋光無法拋到的凹處也可整平。

應(yīng)用：電解拋光主要用于表面粗糙度小的金屬制品和零件。目前主要應(yīng)用于醫(yī)療器械、石油及化工行業(yè)、食品器械、五金加工業(yè)、紡織機(jī)械等行業(yè)的各類零件，如反射鏡﹑不銹鋼餐具、不銹鋼管件﹑裝飾品﹑注射針﹑彈簧﹑葉片等零件，可拋光的材料有：碳鋼、鋁及其合金、銅及合金、鎳及其合金、鈦合金、鉻鎳合金等﹐還可用于某些模具(如膠木模和玻璃模等)和金相磨片的拋光。

電解拋光的工藝流程:

除油--水洗--除銹--水洗--電解拋光--水洗--中和--水洗--鈍化--包裝

3.電解在線砂輪修整（ELID）

ELID，即電解在線砂輪修整技術(shù)(ElectrolyticIn—processDressing簡記為ELID）。圖7.18為ELID平面磨削裝置圖，砂輪通過電刷接電源正極，根據(jù)砂輪的形狀制造一個導(dǎo)電性能良好的電極接電源的負(fù)極，電極與砂輪表面之間有一定的間隙，從噴嘴中噴出的具有電解作用的磨削液進(jìn)入間隙后，在電流的作用下，砂輪的金屬結(jié)合劑作為陽極被電解。陽極被電解(圖7.19b)，使砂輪中的磨粒露出表面，形成一定的凸出高度和容屑空間(圖7.19c)，隨著電解過程的進(jìn)行，在砂輪表面逐漸形成一層絕緣鈍化膜(圖7.19d)，阻止電解過程的繼續(xù)進(jìn)行，使砂輪損耗不致太快當(dāng)砂輪表面的磨粒磨損后，鈍化膜與磨粒一起參與磨削(圖7.19e)，鈍化膜起到研磨、拋光作用，這時的磨削可以達(dá)到精密鏡面磨削的效果。當(dāng)鈍化膜被工件材料刮擦干凈后(圖7.19f)，金屬結(jié)合劑繼續(xù)電解(圖7.19b)，以對砂輪表面進(jìn)一步修整。上述過程是一個循環(huán)(圖7.19b→c→d→e→f→b)動態(tài)平衡過程，既避免了砂輪的過快消耗又自動保持了砂輪表面的磨削能力。圖7.20為ELID磨削外圓裝置圖，所不同的是沒有設(shè)置專門的陰極電極，而利用工件接電源負(fù)極形成所謂的陰極。電鍍立方氮化硼（CBN）的磨粒凸出高度形成電解間隙(Δ)，工件和砂輪不會短路ELID在線電解修整是專門應(yīng)用于超硬材料磨具（金剛石、CBN砂輪）金屬結(jié)合劑砂輪的修整方法。與傳統(tǒng)金剛筆機(jī)械式修整方法相比，具修整效率高、工藝簡單、修銳質(zhì)量高等特點(diǎn)，同時采用普通磨削液加入鈍性電解液（NaNO3、NaCIO3）作為電解修整液，很好地解決機(jī)床腐蝕問題。使用ELID磨削具有以下幾個特點(diǎn)：①砂輪修整和磨削過程穩(wěn)定性好，復(fù)合性強(qiáng)；②金剛石、CBN砂輪不會過快磨耗，提高了貴重磨料的利用率；③磨削過程具有良好的可控性,適應(yīng)性廣泛，磨削效率高；④加工精度高，表面裂紋少，表面質(zhì)量好,可有效地實(shí)現(xiàn)鏡面磨削，大大減少了先進(jìn)陶瓷零配件的表面殘留微裂紋;⑤裝置簡單，成本低，易于推廣等。ELID在德國、美國和日本已較廣泛用于微電子、精密機(jī)械、光學(xué)元件、儀表、汽車等領(lǐng)域的精密零部件加工,中國也開始了這項(xiàng)研究和推廣應(yīng)用工作。7.3電化學(xué)復(fù)合工藝7.3.1電解磨削1.加工原理電解磨削（ElectrochemicalGrinding,譯為電化學(xué)磨削，簡記為ECG）是電解與機(jī)械的復(fù)合加工方法。它主要靠電化學(xué)溶解陽極溶解去除大量金屬(≥95%)和機(jī)械精密磨削(≤5%)的綜合作用來完成，具體講，它將電化學(xué)加工效率高、工具無耗損之特點(diǎn)與機(jī)械磨削精度高之優(yōu)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合，達(dá)到既保證效率又獲得高精度而且砂輪磨損少、壽命長的一種折中手段。如圖7.23實(shí)施原理圖。導(dǎo)電砂輪與直流電源的負(fù)極相連接成為陰極，工件接正極而成為電解加工的陽極。加工中，金屬結(jié)合劑砂輪的高速旋轉(zhuǎn)(25–35m/s)是機(jī)械磨削的主運(yùn)動，砂輪上凸出的絕緣磨粒與工件接觸產(chǎn)生磨削的材料去除作用，同時形成砂輪與工件表面間的電解間隙(12–80μm)。泵來的鈍型電解液（NaNO3、NaCIO3）不斷輸入電解間隙里，發(fā)生陽極溶解去除大量材料，同時也因?yàn)殚g隙的加大，電流密度的降低而抑制（甚至停止）陽極溶解，進(jìn)而生成致密和軟化的鈍化膜，即工件鈍化，砂輪的機(jī)械磨削作用將電化學(xué)反應(yīng)生成的鈍化膜除去后，陽極工件達(dá)到活化，并繼續(xù)重復(fù)前述“陽極溶解→鈍化→活化…”，如此循環(huán)往復(fù)，直到加工結(jié)束。電解磨削的陽極溶解機(jī)理與常規(guī)電解加工的陽極溶解機(jī)理是相同的。不同之處在于：電解磨削中，陽極鈍化膜的去除是靠砂輪的機(jī)械磨削去除的，電解液腐蝕力較弱；而一般電解加工中的陽極鈍化膜的去除，是靠高電流密度去破壞(不斷溶解)或靠活性離子(如氯離子)進(jìn)行活化，再由高速流動的電解液沖刷帶走?！爸虚g極性法”電解磨削方案圖7.242.工藝特點(diǎn)電解磨削是復(fù)合加工工藝的成功典范，已經(jīng)比較廣泛地用于工具制造業(yè)、醫(yī)療器械、模具制造等諸多工業(yè)領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的純機(jī)械磨削相比，其主要優(yōu)點(diǎn)是：①陽極溶解使得材料去除率高；②砂輪磨損少，修整次數(shù)減少，且其修整可以采用電源調(diào)換正負(fù)極來實(shí)現(xiàn)離線電解修整，修整成本可降低60%；③磨削力小，無熱影響和熱變形，殘余應(yīng)力?。虎軣o毛刺；非常適合于注射針管等醫(yī)療器械的加工；⑤磨削質(zhì)量好：精度較高，粗糙度低。主要缺點(diǎn)有：①設(shè)備固定投入成本較大；②加工材料僅限于導(dǎo)電材料；③盡管NaNO3腐蝕性小，但還需考慮機(jī)床的防腐蝕措施；④需要電解液循環(huán)過濾系統(tǒng)等裝置。3.應(yīng)用及工藝能力

電解磨削的典型應(yīng)用在以下方面：①硬質(zhì)合金刀具、工具、量具、軋輥的加工，數(shù)據(jù)表明砂輪成本可節(jié)約75%，勞動力成本降低約50%；②適合于加工薄弱零件，如蜂窩結(jié)構(gòu)、薄壁管件、細(xì)長桿件開窄槽（見圖7.25）、注射針筒等；③高硬度高強(qiáng)度的凸模構(gòu)件、沖頭、發(fā)動機(jī)凸輪軸、曲軸、連桿等；④航空航天飛行器的不銹鋼、鈦合金、鎳合金等零件工藝能力：電解磨削的加工效率可達(dá)1cm3/min/100A；表面粗糙度常常在0.2–0.6μm，工件材料硬度越高，粗糙度越低；獲得的精度等級常常在±10μm，加工結(jié)束前，關(guān)閉電解電源，就用本設(shè)備最后來一次吃刀深度為約10–100μm的純機(jī)械光磨，可以進(jìn)一步提高精度水平實(shí)例：薄壁管件和細(xì)長桿件加工：結(jié)果表明加工后的工件無變形、棱邊無毛刺；每小時可以加工12件。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展也為電解磨削注入新的活力，現(xiàn)已開發(fā)的數(shù)控電解磨床在加工精度、重復(fù)精度和提高生產(chǎn)率都有益。1.電解珩磨7.3.2電解珩磨與研磨a）普通珩磨機(jī)床及珩磨頭附加改裝，很容易實(shí)現(xiàn)電解珩磨b）回轉(zhuǎn)體工件內(nèi)孔加工，更好采用臥式車床改裝的方案應(yīng)用：1)

電解珩磨主要適用于普通珩磨難以加工的高硬度、高強(qiáng)度和容易變形的精密零件的孔加工，以及圓筒形零件精修內(nèi)表面，如發(fā)動機(jī)缸體、活塞缸套等2)

漸開線齒輪齒面的精密加工2.電解研磨固定磨料加工和流動磨料加工兩種超聲加工設(shè)備的基礎(chǔ)上配置陽極溶解用的直流電源和電解液。工件接電源正極形成陽極，超聲振動頭接負(fù)極成為陰極。陽極工件和陰極工具間通人鈍性電解液，高速流動的電解液不斷在溶解工件材料的同時生成較軟的鈍化膜，工具則以極高的頻率進(jìn)行拋磨將鈍化膜去掉從而活化工件，再次產(chǎn)生陽極溶解，溶解下來的產(chǎn)物不斷被電解液帶走，工具在超聲波振動下，不但能迅速去除鈍化膜，而且在加工區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的“空化”和氣泡的爆破作用可增強(qiáng)電化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)一步提高工件表面的溶解速度。7.3.3電解超聲加工及拋光工藝參數(shù)：電源電壓為3～15V，電流密度在5～30A/cm2電解液常用NaCl,NaNO3,或KNO3，代替超聲加工的磨料載體—水。超聲振動頻率為18～25KHz，振幅10～40μm。電解超聲加工材料去除率受到以下幾個因素影響：①受磨料尺寸和振幅影響的超聲加工機(jī)械研磨；②受電流密度影響的陽極溶解；間隙減小，電流密度越大，即電流密度隨磨料尺寸的減小而增大。③沖液壓力越大，極間的溶屑和電解產(chǎn)物排除越徹底，電解作用加強(qiáng)，材料去除率會增加。總之整個復(fù)合加工的材料去除中電解去除占主導(dǎo)。電解超聲加工的特點(diǎn)：①只能加工導(dǎo)電材料；而單純的超聲加工可以加工非導(dǎo)電材料；②與單純的超聲加工相比較，材料去除率顯著提高；③工具頭磨損顯著降低，復(fù)合加工利于提高加工精度；④由于電化學(xué)作用，表面質(zhì)量得到改善，粗糙度降低且無毛刺、無應(yīng)力；⑤附加電源和配套裝置的成本有所增加，但是復(fù)合加工新工藝的諸多優(yōu)點(diǎn)足以彌補(bǔ)；⑥一定程度的防腐要求。

主要應(yīng)用：加工噴嘴或噴絲板上的窄槽、窄縫或拋光。思路：電解加工和電火花加工各具特色，主要的差異是電解加工效率高，精度低，陰極無耗損；而電火花加工效率低下、精度較高，工具電極有耗損，可見這兩者中間鮮明的特點(diǎn)正好互補(bǔ)。復(fù)合加工的基本出發(fā)點(diǎn)就是利用各自的優(yōu)點(diǎn)，取長補(bǔ)短，趨利避害。7.3.4電解電火花加工材料去除機(jī)理見圖7.31，在直流電源和正脈沖電源的共同作用下陽極工件發(fā)生陽極溶解同時形成鈍化膜并產(chǎn)生氣體，電解電流形成完整的氣體膜，氣體膜和陽極鈍化膜被擊穿使得極間電場發(fā)生畸變，引起液相物質(zhì)氣化并擊穿，最終形成兩級間的擊穿通道，發(fā)生火花放電。

復(fù)合電源既有直流部分又有脈沖部分，其能量增加，電解作用加強(qiáng)，產(chǎn)生氣體的速度快，極間易于形成絕緣狀態(tài)可以加快放電通道的形成，而放電通道能量大有利于擊穿氣體膜和陽極氧化膜，發(fā)生火花放電，低壓直流的能量一并加入放電，增加放電蝕出量，故效率提高。放電擊穿鈍化膜后，也為陽極溶解提供條件，氣體膜擊穿破裂產(chǎn)生混氣電解之功效，利于表明粗糙度的降低。電解電火花復(fù)合加工的具備以下特點(diǎn)：①電解電火花復(fù)合加工比傳統(tǒng)的電火花加工放電周期長，強(qiáng)度大，故也可稱為電解電弧。可以借著控制電火花的放電強(qiáng)度進(jìn)行不同的加工。尺寸加工屬正常放電，光整加工則是微火花放電，其強(qiáng)度弱、脈寬窄、頻率高、放電能量小，只起擊穿電化學(xué)陽極鈍化膜的作用。②氣體的絕緣強(qiáng)度較低，因而電解-電火花復(fù)合加工比傳統(tǒng)的電火花加工的放電電壓低，電火花放電的產(chǎn)生與流場狀態(tài)密切相關(guān)，并且控制電解加工與電火花加工的比例可以獲得不同的加工效果。③加工中的間隙更小利于效率和精度的提高。效率比單純的電火花和電解加工高出5～50倍；加工精度高于電解接近于電火花加工情況；表明粗糙度兼具兩者之特點(diǎn)，優(yōu)于電火花，劣于電解加工。④電解作用與火花放電過程交替進(jìn)行，并互相為對方提供工作條件；⑤放電過程必然引起陰極的耗損，設(shè)備裝置相對復(fù)雜；電解電火花復(fù)合加工主要用于加工高硬度、高強(qiáng)度的導(dǎo)電材料，如型腔模具加工、深小孔加工、深窄縫加工等。

原理：

簡單金屬離子通過電化學(xué)方法在固體表面上放電還原為金屬原子鍍覆于陰極表面，從而獲得金屬層的過程，就是陰極沉積，也叫電鍍

(Electroplating)，圖7.32,

其電化學(xué)還原反應(yīng)方程式為：

Mn++ne→M。7.4陰極沉積工藝工藝方法：常規(guī)電鍍、電鑄、涂鍍、復(fù)合鍍及激光電鍍等電鍍是以被鍍基體為陰極，通過電解作用，在基體上獲得結(jié)合牢固的金屬或合金膜的一種表面處理方法，主要作用如下：7.4.1常規(guī)電鍍①改善外觀質(zhì)量②提高耐腐蝕能力③功能作用：各種功能鍍層，例如硬鉻鍍層（耐磨鍍層）、錫鉛鍍層（減摩鍍層）、高錫青銅鍍層（反光鍍層）、鎳鉆鍍層（導(dǎo)磁鍍層）、防滲碳銅鍍層（熱加工鍍層）、轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)內(nèi)腔的鉻鍍層（抗高溫氧化層）、修復(fù)機(jī)床主軸的鍍鐵層（修復(fù)鍍層）。④制造細(xì)微零部件：例如，如圖7.33的微發(fā)電機(jī)的立體定子繞組，微電子行業(yè)的電路描繪。防護(hù)裝飾性鍍層的銅、鎳、鉻電鍍工藝流程包括：

拋光→除油→酸浸蝕→中和→鍍銅→鍍鎳→鍍鉻，每個工序之間還包括水洗。拋光到中和屬于前處理。前處理的目的在于除掉金屬表面上的毛刺、結(jié)瘤、銹蝕物、油污，使工件表面光潔，從而獲得結(jié)合力好、厚度均勻的鍍層。如果前處理不嚴(yán)格，則鍍層會起泡、起皮，甚至得不到鍍層。還包括廢水處理及其循環(huán)利用。此外，鍍液管理（鍍液分析及成分控制）和鍍件質(zhì)量檢查也是不可缺少的重要環(huán)節(jié)。

鋅、錫、鎘、銅、鎳、鉻、銀、金鍍層是常用的鍍層。鍍鋅和鍍鎘主要用于保護(hù)鋼及鐵基合金。銅鍍層用于電子工業(yè)及作為銅鎳鉻防護(hù)裝飾性鍍層的底層。錫鍍層用于食物包裝鐵罐的保護(hù)層和作為焊接的電接觸。鍍鉻的主要目的是保持美觀和光澤的表面及提高硬度和耐磨性。銀和金鍍層可用于裝飾、反射器和電接觸。鎳鍍層作為保護(hù)各種鋼鐵制品的中間層，是銅鎳鉻防護(hù)性裝飾鍍層的主體，在電鍍工業(yè)中占有很重要的地位，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、輕工業(yè)和國防工業(yè)。鍍件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：必需避免尖角、銳邊，而采用圓弧過渡，如圖7.34。電源的正極連接鍍筆（陽極），負(fù)極連接被鍍零件(陰極）。通常用高純細(xì)結(jié)構(gòu)石墨塊作陽極材料(有時用不銹鋼)陽極材料外面包裹棉花和耐磨的滌棉套。涂鍍時使浸滿鍍液的鍍筆以一定的相對運(yùn)動速度在被鍍零件表面上移動，并保持適當(dāng)?shù)膲毫?。在鍍筆與被鍍零件接觸的那些部位，金屬離子還原為金屬原子，沉積成鍍層。7.4.2涂鍍(刷鍍/無槽鍍)

涂鍍工作原理及裝置①設(shè)備體積小、重量輕，便于拿到現(xiàn)場流動作業(yè)；不需要鍍槽和掛具，設(shè)備數(shù)量大大減少，特別適用于大重型零件現(xiàn)場就地修復(fù)。設(shè)備投資少，回收快，利潤高，通常一套成套設(shè)備在一萬元左右。②安全、環(huán)保：大多數(shù)鍍液是金屬有機(jī)絡(luò)合物的水溶液，絡(luò)合物在水中的溶解度較大，且相當(dāng)穩(wěn)定。溶液中金屬離子含量高，通常比鍍槽高幾倍到幾十倍。環(huán)境污染小，刷鍍?nèi)芤褐胁缓瑒《疚?。同時溶液的使用量少并可循環(huán)使用，產(chǎn)生的廢液很少，溶液穩(wěn)定，無閃點(diǎn)，儲運(yùn)過程中沒有危險。③涂鍍不受被鍍零件形狀尺寸和位置的限制，凡是鍍筆能觸及的地方均可鍍覆。陰陽極之間距離很近，一般不大于5mm，其間的棉花與包套吸滿了鍍液，有利于金屬離子向陰極擴(kuò)散。使用電流密度(20～2002Adm)比槽鍍高得多(10～100倍)，沉積速度快(4～30min)，為槽鍍的5～50倍，有利于提高生產(chǎn)率。④鍍層種類多，涂鍍鎳、銅、鐵、錫、金、銀等材料，能獲得多種多樣的單金屬鍍層、合金鍍層、組合鍍層和復(fù)合鍍層，鍍層與基體結(jié)合強(qiáng)度高。涂鍍的特點(diǎn):航空航天、機(jī)車車輛、船舶艦艇、石油化工、紡織印染、工程機(jī)械、電子電力，文物修復(fù)、工藝品裝飾等：①恢復(fù)磨損和超差零件的尺寸，滿足公差要求；

②新品刷鍍保護(hù)層：用于提高零件的耐磨性、表面防腐性和抗高溫氧化性；

③模具的修理和防護(hù)：如表面刷鍍鏡面鍍層，滿足防腐及表面光澤度的要求，提高模具使用性能和壽命；

④大型和精密零件，如曲軸、油缸、柱塞、機(jī)體、導(dǎo)桿等局部磨損、擦傷、凹坑、腐蝕點(diǎn)等的修復(fù)；

⑤改善零件表面的冶金性能。如改善材料的釬焊性，局部防滲碳、防滲氮；

⑥改善軸承和配合面的過盈及配合性能。增加過盈量、配合面耐磨性及防腐性⑦印刷電路板的維修和保護(hù)。如插腳鍍金，銀等；

⑧電氣觸點(diǎn)、接頭和高壓開關(guān)的維修和防護(hù)；

⑨通常槽度難以完成的作業(yè)。如有缺陷的鍍件修復(fù)、無法入槽的工件、已安裝在設(shè)備上的工件、只需局部施鍍的工件、部分深孔、盲孔等涂鍍的品種已有160多種，采用涂鍍表面技術(shù)修復(fù)或改造大型、重型、精密設(shè)備，尤其是進(jìn)口設(shè)備，取得了很突出的成效，例如修復(fù)機(jī)床鑄鐵道軌，修復(fù)鍍鉻液壓元件表面的磨損、壓傷、劃傷和大面積涂刷鍍銀等涂鍍的工業(yè)應(yīng)用用導(dǎo)電的原模作陰極，電鑄材料作陽極，含電鑄材料的金屬鹽溶液作電鑄液。在直流電的作用下，陽極金屬被腐蝕成為金屬離子進(jìn)入電鑄鍍液，陰極原模上電鑄層逐漸加厚。當(dāng)達(dá)到預(yù)定厚度時，與母模分離并取出，即可獲得與原模型面凹凸相反的電鑄件7.4.3電鑄電鑄裝置主要包括電鑄槽、直流電源、攪拌和循環(huán)過濾系統(tǒng)、恒溫控制系統(tǒng)等。①電鑄槽：電鑄槽材料不與電解液產(chǎn)生腐蝕。可用鋼板焊接，內(nèi)襯鉛板或聚氯乙烯板等。②直流電源：采用低電壓大電流的硅整流直流電源，電壓為6～12V左右。③攪拌和循環(huán)過濾系統(tǒng)：為了降低電鑄液的濃差極化，加大電流密度，減少加工時間，提高生產(chǎn)速度，最好在陰極運(yùn)動的同時加速溶液的攪拌。攪拌的方法有循環(huán)過濾法、超聲波或機(jī)械攪拌等。循環(huán)過濾法不僅可以使溶液攪拌，而且在溶液不斷反復(fù)流動時進(jìn)行過濾。④恒溫控制系統(tǒng)：電鑄時間很長，所以必須設(shè)置恒溫控制設(shè)備。它包括加熱設(shè)備(加熱玻璃管、電爐等)和冷卻設(shè)備(冷水或冷凍機(jī)等)。電鑄加工的主要工藝過程為：原模表面處理→電鑄至規(guī)定厚度→襯背處理→脫?！逑锤稍铩鷽_切→成品。

電鑄的特點(diǎn):①復(fù)制精度高?？捎弥破纷鳛槟改?，準(zhǔn)確地復(fù)制形狀復(fù)雜的成形表面和細(xì)微紋路（圖7.37），制件表面粗糙度小，用同一原模能生產(chǎn)多個電鑄件，復(fù)制品一致性好。

②設(shè)備簡單、操作容易，成本低。

③電鑄速度慢；電鑄件壁厚不均勻，具有較大的應(yīng)力；尺寸大而薄的鑄件容易變形。

④適用制作塑料模型腔，硬度高、耐腐蝕性好但不宜受沖擊。有時還可用制品零件直接