第4章 電化學(xué)加工課件

第4章電化學(xué)加工臥式電解機(jī)床高頻脈沖電解數(shù)控機(jī)床數(shù)控磁力電解研磨機(jī)床埃馬克電化學(xué)加工機(jī)床

電化學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體去毛刺設(shè)備涂鍍板生產(chǎn)線涂鍍板生產(chǎn)線第4章電化學(xué)加工螺旋整體葉輪電解成型加工電化學(xué)拋光加工

電化學(xué)去毛刺

彩涂鍍卷鋅基涂鍍防腐涂鍍產(chǎn)品化學(xué)復(fù)合鍍電鑄樣品第4章電化學(xué)加工臥式電解機(jī)床高頻脈沖電解數(shù)控機(jī)床數(shù)控磁力電解研磨機(jī)床埃馬克電化學(xué)加工機(jī)床

電化學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體去毛刺設(shè)備涂鍍板生產(chǎn)線涂鍍板生產(chǎn)線第4章電化學(xué)加工螺旋整體葉輪電解成型加工電化學(xué)拋光加工

電化學(xué)去毛刺

彩涂鍍卷鋅基涂鍍防腐涂鍍產(chǎn)品化學(xué)復(fù)合鍍電鑄樣品

第一節(jié)電化學(xué)加工原理及分類

第二節(jié)電解加工

第三節(jié)電解磨削(研磨、珩磨)

第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工第4章電化學(xué)加工10VCuCuCl2水溶液+-Cu

第一節(jié)電化學(xué)加工原理及分類一、電化學(xué)加工的基本原理（一）電化學(xué)加工過(guò)程

溶液中的Cu2+離子移向陰極得到電子進(jìn)行還原反應(yīng)，沉積出銅；陽(yáng)極上的Cu原子失掉電子成為Cu2+離子進(jìn)入溶液。在電極表面上發(fā)生得失電子的化學(xué)反應(yīng)稱為電化學(xué)反應(yīng)。以這種電化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)對(duì)金屬進(jìn)行加工（陽(yáng)極溶解，陰極沉積）的方法稱為電化學(xué)加工。第4章電化學(xué)加工10VCuCuCuCl2水溶液＋－返回（二）電解質(zhì)溶液凡溶于水后能導(dǎo)電的物質(zhì)叫電解質(zhì)。如酸、堿、鹽等多數(shù)都是電解質(zhì)。電解質(zhì)與水形成的溶液為電解質(zhì)溶液，簡(jiǎn)稱電解液。電解液中電解質(zhì)的多少即為電解液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。NaCl(食鹽)是一種中性鹽類電解質(zhì)，是離子型結(jié)晶體。把NaCl放入水里，Na+離子和Cl-離子一個(gè)個(gè)、一層層地被水拉入溶液中，水中的每個(gè)Na+離子和Cl-離子周圍均吸引著一些水分子，成為水化離子，這一過(guò)程成為電解質(zhì)的電離，其電離方程式為：NaCl-→Na++Cl-注意：溶液中正負(fù)離子電荷相等，溶液顯中性。第一節(jié)電化學(xué)加工原理及分類（三）電極電位金屬插入其鹽溶液中，在金屬表面會(huì)形成一層極薄的“雙電層”，也就是在金屬和電解液之間形成電位差，稱為該金屬的平衡電極電位。到目前為止，一種金屬盒其鹽溶液之間雙電層的電位差還不能直接測(cè)量，但可用鹽橋的辦法測(cè)出兩種不同電極間的電位差。生產(chǎn)實(shí)踐中規(guī)定采用一種電極作標(biāo)準(zhǔn)和其他電極比較得出相對(duì)值，稱為標(biāo)準(zhǔn)電極電位。通常以氫電極為基準(zhǔn)，認(rèn)為地規(guī)定為它的電極電位為零。一些元素的標(biāo)準(zhǔn)電極電位見(jiàn)表4-1。

第一節(jié)電化學(xué)加工原理及分類第一節(jié)電化學(xué)加工原理及分類（三）電極電位這兩種電極電位可通過(guò)“能斯特公式”換算:式中：U'—衡電極電位(V)U0—標(biāo)準(zhǔn)電極電位(V）n—電極反應(yīng)得失電子數(shù)a—離子的有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)式中+用于計(jì)算金屬，-用于計(jì)算非金屬的電極電位。第一節(jié)電化學(xué)加工原理及分類（四）電極的極化以上討論的平衡電極電位是在沒(méi)有電流通過(guò)電極的情況。當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，電極電位的平衡狀態(tài)被破壞，使陽(yáng)極的電極電位向正移、陰極的電極電位向負(fù)移，這種現(xiàn)象稱為極化。極化后的電極電位與平衡電位的差值稱為超電位，隨著電流密度的增加，超電位也增加。電解加工時(shí)在陽(yáng)極和陰極都存在著離子的擴(kuò)散、遷移和電化學(xué)反應(yīng)兩種過(guò)程。在電極極化過(guò)程中若離子的擴(kuò)散、遷移步驟緩慢而引起電極極化稱為濃差極化，由于電化學(xué)反應(yīng)緩慢而引起的電極極化成為電化學(xué)極化。第一節(jié)電化學(xué)加工原理及分類1.濃差極化在陽(yáng)極極化過(guò)程中，2.電化學(xué)極化

電化學(xué)極化主要發(fā)生在陰極上，從電源流入的電子來(lái)不及轉(zhuǎn)移給電解液中的H-離子，因而在陰極上積累過(guò)多的電子，使陰極電位向負(fù)移，從而形成了電化學(xué)極化。第一節(jié)電化學(xué)加工原理及分類（五）金屬的鈍化和活化在電解加工過(guò)程中還有一種叫鈍化的現(xiàn)象，它使金屬陽(yáng)極溶解過(guò)程的超電位升高，使電解速度減慢。使金屬鈍化膜破壞的過(guò)程成為活化。二、電化學(xué)加工的分類按作用原理分為三大類利用陽(yáng)極溶解來(lái)進(jìn)行加工電解加工、電解拋光等利用陰極沉積進(jìn)行加工電鍍、涂鍍、電鑄等利用復(fù)合進(jìn)行加工(電化學(xué)加工方法+其它加工方法)

電解磨削、電解研磨、電解電火花復(fù)合加工等第一節(jié)電化學(xué)加工原理及分類第二節(jié)電解加工一、電解加工原理及其特點(diǎn)1.電解加工原理利用金屬在電解液中的陽(yáng)極溶解將工件加工成形。第4章電化學(xué)加工電解加工成形原理電解加工示意圖1-電源2-工具3-工件4-泵5-電解液2.電解加工的特點(diǎn)加工范圍廣不受金屬材料本身力學(xué)性能的限制可加工各種復(fù)雜型面生產(chǎn)效率高電火花的4～5倍；比切削高(復(fù)雜型面)。表面粗糙度Ra=1.25～0.2μm，平均加工精度±0.1mm不存在機(jī)械切削力，工件無(wú)飛邊毛刺，表面無(wú)硬化層無(wú)變形、無(wú)殘余應(yīng)力工具在理論上不會(huì)耗損，可長(zhǎng)期使用第二節(jié)電解加工3.電解加工的主要弱點(diǎn)和局限性不易達(dá)到較高的加工精度和加工穩(wěn)定性加工小孔和窄縫困難不適用于單件生產(chǎn)工具電極的設(shè)計(jì)和修正比較復(fù)雜一次性投入大附屬設(shè)備多，占地面積大，機(jī)床要抗腐蝕環(huán)境污染廢棄工作液無(wú)害化處理第二節(jié)電解加工返回4.選用電解加工工藝的三原則用于難加工材料的加工用于相對(duì)復(fù)雜形狀的零件的加工用于批量大的零件的加工

一般認(rèn)為，三原則均滿足時(shí)，相對(duì)而言選擇電解加工比較合理。第二節(jié)電解加工二、電解加工的電極反應(yīng)（一）鋼在NaCl水溶液中電解的電極反應(yīng)在NaCl電解液中存在H+、OH-、Na+、Cl-四種離子，現(xiàn)分別討論其陽(yáng)極反應(yīng)和陰極反應(yīng)。1.陽(yáng)極反應(yīng)Fe-2e→Fe2+U′=-0.59VFe-3e→Fe3+U′=-0.323V4OH--4e→O2↑

U′=0.867V2Cl--2e→Cl2↑

U′=1.334V根據(jù)電極反應(yīng)的基本原理，電極電位U′最負(fù)的物質(zhì)首先在陽(yáng)極反應(yīng)。

第二節(jié)電解加工因此，在陽(yáng)極上只能是鐵失去電子成為二價(jià)鐵離子Fe2+而溶解。Fe2++2OH-→Fe(OH)2↓Fe(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3↓2.陰極反應(yīng)2H++2e→H2↑

U′=-0.42VNa++e→Na↓

U′=-2.69V根據(jù)電極反應(yīng)的基本原理，電極電位U′最正的物質(zhì)首先在陰極反應(yīng)。因此，在陰極上只能是氫離子H+獲得電子成為氫氣而析出。第二節(jié)電解加工

由此可見(jiàn)，電解加工過(guò)程中，陽(yáng)極鐵不斷地以Fe2+的形式被溶解，又以沉淀的形式被析出，水被分解消耗，電解液的濃度逐漸變大；同時(shí)在陰極析出氫氣；NaCl電解液中的氯離子Cl-和鈉離子Na+僅起導(dǎo)電作用，本身不消耗，只要過(guò)濾干凈，適當(dāng)添加水分，可長(zhǎng)期使用。注意：高碳鋼、鑄鐵或經(jīng)表面滲碳后的零件均不適于電解加工。第二節(jié)電解加工（二）電解加工過(guò)程中的電能利用欲在兩電極間形成一定的加工電流使陽(yáng)極達(dá)到較高的溶解速度，加工電壓要大于或等于兩部分電勢(shì)之和。其中，一部分是電解液電阻形成的歐姆電壓；另一部分是進(jìn)行陽(yáng)極反應(yīng)和陰極反應(yīng)所必須的電壓。電流除了用于陽(yáng)極溶解，還消耗于一些副反應(yīng)，電流效率將低于100%。第二節(jié)電解加工三、電解液1.電解液的主要作用作為導(dǎo)電介質(zhì)傳遞電流進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，使陽(yáng)極溶解能順利進(jìn)行將加工間隙內(nèi)產(chǎn)生的電解產(chǎn)物及熱量帶走2.對(duì)電解液的基本要求具有足夠的蝕除速度具有較高的加工精度和表面質(zhì)量陽(yáng)極反應(yīng)的最終產(chǎn)物一般應(yīng)是不溶性的化合物性能穩(wěn)定、操作安全、腐蝕性小、價(jià)格便宜等第二節(jié)電解加工3.幾種常用的電解液

電解液分為中性鹽溶液、酸性溶液和堿性溶液三大類。中性鹽溶液腐蝕性小，使用比較安全，故應(yīng)用最廣。最常用的有NaCl、NaNO3、NaClO3三種電解液。NaCl電解液特點(diǎn)蝕除速度高，加工表面粗糙度值小；適用范圍廣，價(jià)格便宜，貨源充足，應(yīng)用最廣；雜散腐蝕嚴(yán)重，復(fù)制精度低。第二節(jié)電解加工NaNO3電解液特點(diǎn)（鈍化型電解液）非加工區(qū)處于鈍化狀態(tài)，故雜散腐蝕小，加工精度高；腐蝕性小，使用安全，價(jià)格不高(NaCl的一倍)；但生產(chǎn)率低，在陰極有氨氣析出，故NaNO3有消耗。第二節(jié)電解加工用NaCl加工的結(jié)果用NaNO3加工的結(jié)果NaClO3電解液特點(diǎn)（鈍化型電解液）散蝕能力小，加工精度高，表面粗糙度值??；腐蝕性很小，使用安全；生產(chǎn)率接近NaCl；價(jià)格較貴(是NaCl的5倍)，而且是一種強(qiáng)氧化劑，要注意防火；電解液有消耗。第二節(jié)電解加工電解液中加添加劑

上述三種電解液都有一定缺點(diǎn)，在電解液中加添加劑是改變其性能的主要途徑。例如：為減少NaCl電解液的散蝕能力，加入少量的磷酸鹽等，可使陽(yáng)極表面產(chǎn)生鈍化抑制膜，提高成型精度；為提高NaNO3電解液的生產(chǎn)率，可添加少量NaCl；為提高表面粗糙度，可添加絡(luò)合劑、光亮劑等；為減輕電解液的腐蝕性，可用緩蝕添加劑等。第二節(jié)電解加工四、電解加工工藝及其應(yīng)用深孔擴(kuò)孔加工圖4-30、圖4-31、圖4-32型孔加工圖4-33、圖4-34型腔加工圖4-35套料加工圖4-37葉片加工圖4-38電解倒棱去毛刺圖4-39電解蝕刻圖4-40電解拋光數(shù)控展成電解加工

第二節(jié)電解加工第二節(jié)電解加工1.深孔擴(kuò)孔加工按陰極的運(yùn)動(dòng)形式，分為固定式和移動(dòng)式兩種。

固定式為工件和陰極間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

圖4-30固定式陰極深孔擴(kuò)孔原理圖

1-電解液入口2-絕緣定位套3-工件4-工具陰極5—密封墊6—電解液出口第二節(jié)電解加工固定式特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單；生產(chǎn)率高；操作方便。缺點(diǎn)：陰極比工件長(zhǎng)，消耗功率大；表面粗糙度和尺寸精度不高；加工表面過(guò)長(zhǎng)時(shí)陰極剛度不足。

第二節(jié)電解加工移動(dòng)式多采用臥式，陰極在零件內(nèi)孔作軸向移動(dòng)。移動(dòng)式特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：陰極短，精度要求低，制造容易，可加工任意長(zhǎng)度的工件而不受電源功率的限制。缺點(diǎn)：機(jī)床長(zhǎng)度大于工件長(zhǎng)度，工件兩端由于加工面積不斷變化而引起電流密度的變化，故出現(xiàn)收口和喇叭口，需采用自動(dòng)控制。

圖4-31移動(dòng)式陰極深孔擴(kuò)孔示意圖第二節(jié)電解加工5.葉片加工圖4-38是用電解加工整體葉輪，葉輪上的葉片是采用套料法逐個(gè)加工的。加工完一個(gè)葉片，退出陰極，經(jīng)分度后再加工下一個(gè)葉片。

圖4-38電解加工整體葉輪第二節(jié)電解加工5.葉片加工

第4章電化學(xué)加工第三節(jié)電解磨削一、電解磨削的基本原理和特點(diǎn)

是電解與機(jī)械的復(fù)合加工方法。它是靠金屬的溶解(占95%～98%)和機(jī)械磨削(占2%～5%)的綜合作用來(lái)實(shí)現(xiàn)加工的。比電解加工的加工精度高，表面粗糙度小，比機(jī)械磨削的生產(chǎn)率高。與此相近似的工藝還有電解珩磨和電解研磨。

電解磨削原理圖

1-導(dǎo)電砂輪2-電解液3-工件特點(diǎn)電解平面磨削加工原理圖第三節(jié)電解磨削電解磨削加工過(guò)程

工件(陽(yáng)極)表面的金屬在電流和電解液的作用下發(fā)生電解反應(yīng)，被氧化成一層極薄的氧化物或氫氧化物薄膜（陽(yáng)極薄膜），剛形成的陽(yáng)極薄膜迅速被砂輪磨料刮除，使工件又露出新的金屬表面并被繼續(xù)電解，交替進(jìn)行。

電解磨削過(guò)程中，金屬主要是靠電化學(xué)作用腐蝕下來(lái)，砂輪起磨去陽(yáng)極鈍化膜和平整工件表面的作用。第三節(jié)電解磨削

電解磨削加工過(guò)程原理圖

1-磨粒2-結(jié)合劑3-工件4-陽(yáng)極薄膜5-電極間隙及電解液電解磨削與電解的異同電解磨削的陽(yáng)極溶解機(jī)理與普通電解加工的陽(yáng)極溶解機(jī)理是相同的。電解磨削中，陽(yáng)極鈍化膜的去除是靠磨輪的機(jī)械加工去除；電解加工中，陽(yáng)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(dòng)的電解液沖刷帶走。

電解加工需要壓力高、流量大的液壓泵；而電解磨削可用冷卻潤(rùn)滑用的小型離心泵。電解磨削的形狀和尺寸精度由砂輪相對(duì)于工件的成形運(yùn)動(dòng)來(lái)控制，可采用腐蝕能力較弱的鈍化性電解液。第三節(jié)電解磨削電解磨削特點(diǎn)（與機(jī)械磨削比較）1)磨削力小，生產(chǎn)率高。這是由于電解磨削具有電解加工和機(jī)械磨削加工的優(yōu)點(diǎn)。2)加工精度高，表面質(zhì)量好。因?yàn)殡娊饽ハ骷庸ぶ?，一方面工件尺寸或形狀是靠磨輪刮除鈍化膜得到的，故能獲得比電解加工好的加工精度；另一方面，材料的去除主要靠電解加工，加工中產(chǎn)生的磨削力較小，不會(huì)產(chǎn)生磨削毛刺、裂紋等現(xiàn)象，故加工工件的表面質(zhì)量好。3)設(shè)備投資較高。因?yàn)殡娊饽ハ鳈C(jī)床需加電解液過(guò)濾裝置、抽風(fēng)裝置、防腐處理設(shè)備等。

第三節(jié)電解磨削返回“中極法”電解磨削當(dāng)電流密度一定時(shí)，通過(guò)的電量與導(dǎo)電面積成正比，因此應(yīng)盡可能增加兩極間的導(dǎo)電面積當(dāng)磨削外圓時(shí)，可采用“中極法”：在普通砂輪外附加一中間電極作為陰極，工件接正極，砂輪不導(dǎo)電，電解作用在中間電極和工件之間進(jìn)行，砂輪只起刮除鈍化膜的作用。第三節(jié)電解磨削

中極法電解磨削1-普通砂輪2-工件3-電解液噴嘴4-鈍化膜(陽(yáng)極薄膜)5-中間電極第三節(jié)電解磨削四、電解磨削的應(yīng)用廣泛應(yīng)用于平面磨削、成型磨削和內(nèi)外圓磨削。它集中了電解加工和機(jī)械磨削的優(yōu)點(diǎn)，用來(lái)磨削高硬度的零件，如硬質(zhì)合金刀具、量具、擠壓拉絲模具、軋輥等；用來(lái)磨削難加工的小孔、深孔、薄壁筒、細(xì)長(zhǎng)桿零件等；對(duì)于復(fù)雜型面零件，還可采用電解珩磨和電解研磨。第三節(jié)電解磨削四、電解磨削的應(yīng)用（一）電解平面磨削第三節(jié)電解磨削電解平面磨削示意圖立軸矩臺(tái)平面磨削臥軸矩臺(tái)平面磨削四、電解磨削的應(yīng)用（二）電解成型磨削第三節(jié)電解磨削電解成型磨削示意圖四、電解磨削的應(yīng)用（三）硬質(zhì)合金刀具的電解磨削用氧化鋁導(dǎo)電砂輪電解磨削硬質(zhì)合金車刀和銑刀，表面粗糙度可達(dá)Ra=0.16～0.08μm，刃口半徑小于0.02mm，平直度比普通砂輪磨出的好。用金剛石導(dǎo)電砂輪電解磨削加工精密絲杠的硬質(zhì)合金成型車刀，Ra＜0.016μm，刃口非常鋒利。第三節(jié)電解磨削四、電解磨削的應(yīng)用（四）硬質(zhì)合金軋輥的電解磨削硬質(zhì)合金軋輥如圖4—44所示。采用金剛石導(dǎo)電砂輪進(jìn)行電解成形磨削，軋輥槽精度為±0.02mm，型槽位置精度為±0.01mm，表面粗糙度Ra=0.2μm，工作表面不會(huì)產(chǎn)生微裂紋，無(wú)殘余應(yīng)力，加工效率高，并可大大提高了金剛石電砂輪的使用壽命。第三節(jié)電解磨削第三節(jié)電解磨削（五）電解珩磨是電解加工與機(jī)械珩磨結(jié)合在一起的一種加工方法。采用鈍化型電解液，利用機(jī)械珩磨去除表面微觀不平度各高點(diǎn)的鈍化膜，使其露出基體金屬并再次電解形成新的鈍化膜，實(shí)現(xiàn)表面精加工。

適用于難加工的小孔、深孔、薄壁筒、細(xì)長(zhǎng)桿零件等。第三節(jié)電解磨削（六）電解研磨

是電解加工與機(jī)械研磨結(jié)合在一起的一種加工方法。采用鈍化型電解液，利用機(jī)械研磨去除表面微觀不平度各高點(diǎn)的鈍化膜，使其露出基體金屬并再次電解形成新的鈍化膜，實(shí)現(xiàn)表面的鏡面加工。

電解研磨加工1-回轉(zhuǎn)裝置2-工件3-電解液4-研磨材料5-工作電極6-主軸返回第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工在原理和本質(zhì)上都屬于電鍍工藝范疇，都和電解相反，都是利用金屬在電解液中的電化學(xué)陰極沉積（電解液中的金屬正離子在電場(chǎng)力作用下，鍍覆沉積到陰極上去）將工件加工成形。但電鍍、電鑄、涂鍍、復(fù)合鍍之間也有明顯的差別，見(jiàn)表4-11（工藝目的、鍍層厚度、精度要求、鍍層牢度、陽(yáng)極材料、鍍液、工作方式）。第4章電化學(xué)加工返回電鑄涂鍍

需要注意一點(diǎn)：在電鍍、電鑄、涂鍍、復(fù)合鍍過(guò)程中，由于電解液中金屬離子被消耗，因而常常要求陽(yáng)極的材料與鍍液的金屬離子一致，并且能發(fā)生陽(yáng)極溶解的氧化反應(yīng)而變成離子補(bǔ)充到電解液中。否則，需要定時(shí)對(duì)電解液補(bǔ)充溶質(zhì)。第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工一、電鑄加工

是利用金屬的陰極沉積，復(fù)制金屬制品的工藝方法。（一）電鑄加工原理、特點(diǎn)、應(yīng)用范圍電鑄加工原理

當(dāng)原模上的電鑄層達(dá)到所需的厚度時(shí)取出，將電鑄層與原模分離，即可獲得型面與原模凹、凸相反的電鑄零件。第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工

電鑄加工原理圖1-電鍍槽2-電鑄材料(陽(yáng)極)3-直流電源4-電鑄層5-原摸(陰極)6-攪拌器7-電鑄液8-過(guò)濾器9-泵10-加熱器電鑄與電鍍的異同

加工原理相同，都是利用電化學(xué)過(guò)程中的陰極沉積現(xiàn)象來(lái)進(jìn)行加工的一種工藝方法。電鍍要求得到與基體結(jié)合牢固的金屬鍍層，以達(dá)到防護(hù)、裝飾等目的。電鑄要求電鑄層與原模分離，其厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電鍍層。第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工電鑄加工特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：1)復(fù)制精度高，可以做出機(jī)械加工不可能加工出的細(xì)微形狀(如微細(xì)花紋、復(fù)雜形狀等)，表面粗糙度Ra可以達(dá)到0.1μm，一般不需拋光即可使用。2)同一原模生產(chǎn)的電鑄件一致性好。3)表面硬度可達(dá)35～50HRC，所以電鑄型腔使用壽命長(zhǎng)。4)母模材料不限于金屬，可用制品零件直接作為母模。5)電鑄可獲得高純度的金屬制品，如電鑄銅，純度高，導(dǎo)電性能好，十分有利于電加工。6)設(shè)備簡(jiǎn)單、操作容易。

第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工電鑄加工特點(diǎn)

缺點(diǎn)：1)金屬沉積速度緩慢，制造周期長(zhǎng)。如電鑄鎳，一般需要一周左右。2)電鑄件尖角和凹槽部位不易獲得均勻的鑄層，且厚度較薄，僅為4～8mm左右。3)電鑄層一般都具有較大的應(yīng)力，所以尺寸大而薄的電鑄件容易變形，且不易承受大的沖擊載荷。

第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工電鑄加工應(yīng)用范圍1）唱片、光盤的壓模，工藝美術(shù)品模，紙幣、證劵、郵票的印刷版（能復(fù)制精密的表面輪廓花紋）；2）注塑模具、電火花型腔加工用的電極工具；3）復(fù)雜、高精度空心件、薄壁件；4）表面粗糙度標(biāo)準(zhǔn)樣塊、反光鏡、表盤等。

第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工（二）電鑄基本設(shè)備電鑄槽直流電源攪拌和循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)恒溫控制系統(tǒng)1）電鑄槽

電鑄槽材料選取以不被電解液腐蝕為原則。一般用鋼板焊接，內(nèi)襯鉛板或聚氯乙烯薄板。2）直流電源采用低電壓大電流的直流電源。常用硅整流，電壓為6～12V左右，并可調(diào)。電鑄加工原理圖第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工3）攪拌和循環(huán)過(guò)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(shí)間，提高生產(chǎn)率，最好在陰極運(yùn)動(dòng)的同時(shí)對(duì)溶液進(jìn)行攪拌。攪拌方法有循環(huán)過(guò)濾、超聲波、機(jī)械攪拌等。循環(huán)過(guò)濾法不僅可以攪拌溶液，而且在溶液流動(dòng)時(shí)進(jìn)行過(guò)濾。4）恒溫控制系統(tǒng)

電鑄時(shí)金屬沉積速度緩慢，如電鑄鎳，一般需要一周左右，所以必須設(shè)置恒溫控制系統(tǒng)。它包括加熱設(shè)備（蒸汽、熱水、電爐等）、冷卻設(shè)備（吹風(fēng)、自來(lái)水、冷凍水等）和恒溫控制設(shè)備。第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工（三）電鑄加工工藝過(guò)程

原模設(shè)計(jì)與制造→原模表面處理→電鑄至規(guī)定厚度→襯背處理→脫?！逑锤稍铩善?.原模設(shè)計(jì)與制造原模尺寸與型腔一致，沿型腔深度方向加長(zhǎng)5～8mm，以備電鑄后切除端面的粗糙部分；原模表面應(yīng)有一定的脫模斜度；原模表面要拋光，使表面粗糙度達(dá)到Ra=0.16～0.08μm。

原模設(shè)計(jì)與制造→原模表面處理→電鑄至規(guī)定厚度→襯背處理→脫模→清洗干燥→成品2.原模表面處理金屬材料在電鑄前要進(jìn)行表面鈍化處理，形成不牢固的鈍化膜，以便電鑄后易于脫模；非金屬材料在電鑄前進(jìn)要行表面導(dǎo)電化處理，否則無(wú)法電鑄。3.電鑄金屬及電鑄液常用的電鑄金屬有銅、鎳、鐵三種，相應(yīng)的電鑄液為含有所選用電鑄金屬離子的硫酸鹽、氨基磺酸鹽、氟硼酸鹽和氧化物等的水溶液。第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工

原模設(shè)計(jì)與制造→原模表面處理→電鑄至規(guī)定厚度→襯背處理→脫?！逑锤稍铩善?.襯背和脫模有些電鑄件電鑄成形之后，需要用其它材料對(duì)其背面進(jìn)行處理(襯背處理)，以防變形，然后再對(duì)電鑄件進(jìn)行脫模和機(jī)械加工。塑料模具電鑄件的襯背處理方法常為澆鑄鋁或鉛錫低熔合金；印制電路板則常用熱固性塑料。電鑄件與原模的脫模方法有敲擊錘打，加熱或冷卻脹縮分離，用薄刀刃撕剝分離，加熱熔化，化學(xué)溶解等。第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工（四）電鑄加工應(yīng)用實(shí)例電鑄是制造各種篩網(wǎng)、濾網(wǎng)最有效的方法，無(wú)需使用專用設(shè)備就可獲得各種形狀的孔眼。其中典型的就是電鑄電動(dòng)剃須刀的網(wǎng)罩。1)制造原模：在銅或鋁板上涂布感光膠后粘上照像底板，然后進(jìn)行曝光、顯影、定影，即可獲得帶有規(guī)定圖形(絕緣層)的原模（圖4-50a）。

第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工（四）電鑄加工應(yīng)用實(shí)例2)對(duì)原模進(jìn)行化學(xué)處理：以獲得鈍化層，使電鑄后的網(wǎng)罩容易與原模分離。3)彎曲成型：將原模彎成所需形狀（圖4-50b）。4)電鑄：控制鎳層硬度為維氏硬度500～550HV，硬度過(guò)高則容易發(fā)脆（圖4-50c）。5)脫模（圖4-50d）?？潭缺P模具型腔電鑄過(guò)程

陰極原模電鑄電鑄產(chǎn)品后處理原模進(jìn)行引導(dǎo)線及包扎絕緣處理第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工二、涂鍍加工涂鍍(刷鍍、無(wú)槽電鍍)是在金屬工作表面局部快速電化學(xué)陰極沉積金屬的技術(shù)。涂鍍加工原理旋轉(zhuǎn)工件作陰極，鍍筆不動(dòng)作陽(yáng)極，澆注鍍液。

涂鍍加工原理圖1-工件2-鍍液3-電源4-鍍筆5-棉套6-容器第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工涂鍍加工特點(diǎn)1)不需要鍍槽，對(duì)局部表面涂鍍，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易，就地施工。2)涂鍍液種類和可涂鍍的金屬比槽鍍多，選用更改方便，易于實(shí)現(xiàn)復(fù)合鍍層，一套設(shè)備可鍍金、銀、銅、鐵、錫、鎳、鎢、鋼等多種金屬。3)鍍層與基體金屬的結(jié)合力比槽鍍牢固；涂鍍速度比槽鍍快(鍍液中離子濃度高，是電鍍的10～15倍)；鍍層厚薄可控性強(qiáng)。4)因工件與鍍筆之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，故一般需人工操作，很難實(shí)現(xiàn)高效率的大批量、自動(dòng)化生產(chǎn)。第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工涂鍍加工應(yīng)用范圍1)修復(fù)零件磨損表面，恢復(fù)尺寸和幾何形狀，實(shí)施超差品補(bǔ)救。2)填補(bǔ)零件表面上的劃傷、凹坑、斑蝕、孔洞等缺陷。3)大型、復(fù)雜、小批量工件的表面局部鍍鎳、鎘、鋅、銅、鎢、金、銀等防腐層、耐腐層等，改善表面性能。涂鍍加工技術(shù)的實(shí)用意義是一種修舊利廢、設(shè)備器材再利用的綠色表面工程。第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工涂鍍基本設(shè)備

直流電源鍍筆鍍液第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工涂鍍加工原理圖1）直流電源電壓3～30V無(wú)極可調(diào)，電流30～100A。

涂鍍電源的特殊要求：（1）能方便地改變電源極性，以便在涂鍍前對(duì)零件表面進(jìn)行反接電解處理（電解凈化處理、電凈處理）。（2）電源有快速短路保護(hù)和過(guò)載保護(hù)功能，以防鍍筆與工件發(fā)生短路時(shí)出現(xiàn)損傷或報(bào)廢事故。（3）應(yīng)有安培小時(shí)計(jì)，自動(dòng)記錄、顯示涂鍍過(guò)程中消耗的電荷量（因?yàn)樗c鍍層厚度成正比，當(dāng)鍍層達(dá)到預(yù)定的尺寸時(shí)能自動(dòng)報(bào)警，以控制鍍層厚度）。注：用電解的方法清除零件金屬表面上的油污和雜質(zhì)稱為電凈處理。第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工2）鍍筆由手柄和陽(yáng)極組成。陽(yáng)極采用不溶性的石墨塊制成，在石墨塊上包裹一層脫脂棉和一層耐磨滌棉套。棉花的作用是飽吸、儲(chǔ)存鍍液，并防止陽(yáng)極與工件直接接觸短路和防止從陽(yáng)極脫落下來(lái)的石墨進(jìn)入鍍液。3）鍍液鍍液是由金屬絡(luò)合物水溶液及少量添加劑制成。為了對(duì)被鍍表面進(jìn)行預(yù)處理（電解凈化、電解活化），鍍液中還包括電凈液和活化液。表4-13為常用涂鍍液的性能及用途。見(jiàn)124～125頁(yè)第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工絡(luò)合物概念：絡(luò)合物也稱錯(cuò)合物、配合物、配位化合物。為一類具有特征化學(xué)結(jié)構(gòu)的化合物，由中心原子或離子和圍繞它的稱為配位體(簡(jiǎn)稱配體)的分子或離子，完全或部分由配位鍵結(jié)合形成。第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工絡(luò)合物通常指含有絡(luò)離子的化合物，如絡(luò)鹽[Ag(NH3)2]Cl絡(luò)酸H2[PtCl6]絡(luò)堿[Cu(NH3)4](OH)2等；也指帶電荷的絡(luò)合分子，如[Fe(SCN)3]、[Co(NH3)3Cl3]等。

我們知道，白色的無(wú)水硫酸銅溶于水時(shí)形成藍(lán)色溶液，這是因?yàn)樯闪算~的水合離子。銅的水合離子組成為[Cu(H2O)4]2+，它就是一種絡(luò)離子。膽礬CuSO4·5H2O就是一種絡(luò)合物，其組成也可寫為[Cu(H2O)4]SO4·H2O。第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工6）鍍尺寸鍍層和工作鍍層由于單一金屬的鍍層隨厚度的增加，內(nèi)應(yīng)力增大、結(jié)晶變粗、強(qiáng)度降低、過(guò)厚時(shí)將出現(xiàn)裂紋或自然脫落現(xiàn)象。一般單一鍍層不能超過(guò)0.03～0.05mm的安全厚度，快速鎳和高速銅不能超過(guò)0.3～0.5mm。如果待鍍工件的磨損量大，需先涂鍍“尺寸鍍層”來(lái)增加尺寸，或用不同鍍層交替迭加，最后鍍一層滿足工作表面要求的工作鍍層。7）鍍后清洗用自來(lái)水沖洗，用壓縮空氣或熱風(fēng)吹干，涂防銹油或防銹液。第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工涂鍍加工工藝過(guò)程1）表面預(yù)加工去除表面上的毛刺、不平度、錐度及疲勞層，使其達(dá)到基本光整。2）清洗除油、除銹銹蝕用噴砂、砂布打磨，油污用汽油、丙酮、或水基清洗劑清洗。3）電凈處理大多數(shù)金屬都需用電凈液對(duì)工件表面進(jìn)行電凈處理，以進(jìn)一步除去微觀上的油、污。第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工4）活化處理是用電解的方法除去零件表面上的氧化膜、鈍化膜或析出的碳元素微粒黑膜的一種技術(shù)。目的是使零件表面露出金屬光澤，為鍍層與基體金屬結(jié)合創(chuàng)造條件。5）鍍底層為了提高工作鍍層與基體金屬的結(jié)合強(qiáng)度，零件表面經(jīng)1）～4）步處理后，需先用鎳、堿銅、或低氫脆鎘鍍液預(yù)鍍一薄層底層(0.001～0.002mm)。注：氫脆是溶于鋼中的氫，聚合為氫分子，造成應(yīng)力集中，超過(guò)鋼的強(qiáng)度極限，在鋼內(nèi)部形成細(xì)小的裂紋，導(dǎo)致材料的韌性或塑性下降的現(xiàn)象。堿銅：堿式氯化銅Cu2(OH)3Cl。第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工涂鍍加工的應(yīng)用實(shí)例機(jī)床導(dǎo)軌劃傷的典型修復(fù)工藝如下：1）整形2）涂保護(hù)漆3）脫脂4）對(duì)待鍍表面兩側(cè)的保護(hù)5）對(duì)待鍍表面凈化和活化處理6）鍍底層7）鍍高速堿銅作尺寸層8）修平詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)教材125～126頁(yè)。第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工三、復(fù)合鍍加工（一）復(fù)合鍍?cè)砼c分類在金屬工件表面鍍復(fù)金屬鎳或鈷的同時(shí)，將磨料作為鍍層的一部分也一起鍍到工件表面上去。依據(jù)鍍層內(nèi)磨料尺寸的不同，復(fù)合鍍層的功用也不同，一般可分為以下兩類：1.作為耐磨層的復(fù)合鍍；2.制造切削工具的復(fù)合鍍或鑲嵌鍍。第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工1.作為耐磨層的復(fù)合鍍磨料為微粉級(jí)(40～0.5μm)，電鍍時(shí)，隨著鍍液中的金屬離子鍍到金屬工件表面的同時(shí)，鍍液中帶有極性的微粉級(jí)磨料與金屬離子絡(luò)合成離子團(tuán)也鍍到工件表面上。這樣，在整個(gè)鍍層內(nèi)將均勻分布有許多微粉級(jí)的硬質(zhì)點(diǎn)，使整個(gè)鍍層的耐磨性增加好幾倍，一般用于高耐磨零件的表面處理。第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工鍍層形貌(金剛石)鍍層形貌(Al2O3)顆粒分類：“納米顆?！敝?～100nm尺度的顆粒；“亞微米顆?！敝?.1～1μm尺度的顆粒；“微米顆粒”指1～1000μm尺度的顆粒?！俺?xì)顆粒”是納米顆粒與亞微米顆粒的總稱。“細(xì)粉”指1～100μm的固體顆粒；“粗粉”指100～1000μm的固體顆粒；超過(guò)1000μm的特大顆粒則進(jìn)入塊狀物體的范疇。

注：不同的行業(yè)還有很多不同的說(shuō)法，統(tǒng)一這些說(shuō)法有利于技術(shù)交流。第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工2.制造切削工具的復(fù)合鍍(鑲嵌鍍)磨料為人造金剛石(或立方氮化硼)，粒度一般為80#～250#。電鍍時(shí)，控制鍍層的厚度稍大于磨料尺寸的一半右，使緊挨工件表面的一層磨料被鍍層包覆、鑲嵌。形成一層切削刃，用以對(duì)其它材料進(jìn)行加工。第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工（二）電鍍金剛石(立方氮化硼)工具的工藝與應(yīng)用1.套料刀具及小孔加工刀具將已加工好的管狀套料刀具毛坯插入人造金剛石磨料中，然后倒入含鎳離子的鍍液，在刀具毛坯外再加一環(huán)形鎳陽(yáng)極，刀具毛坯接陰極。通電后，刀具毛坯內(nèi)、外圓及端部將鍍上一層鎳，而緊挨刀具毛坯表面的磨料被鍍層包覆，成為一把管狀的電鍍金剛石套料刀具，可用在玻璃、石英上鉆孔或套料加工。第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工（二）電鍍金剛石(立方氮化硼)工具的工藝與應(yīng)用2.平面加工刀具將刀具毛坯置于鍍液中，然后通過(guò)鍍液在刀具毛坯平面上均勻撒布一層人造金剛石磨料，并鍍上一層鎳，使磨料被包覆在刀具毛坯表面形成切削刃。此法也可用于制造錐角較大近似平面的工具，如制造電鍍金剛石氣門鉸刀；同樣也可用于制造金剛石小鋸片。第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工（二）電鍍金剛石(立方氮化硼)工具的工藝與應(yīng)用3.金剛石鋸絲(電鍍工藝參數(shù)對(duì)金剛石鋸絲復(fù)合鍍層質(zhì)量影響研究)大規(guī)模集成電路、航空航天、通訊設(shè)施、國(guó)防武器、太陽(yáng)能行業(yè)等領(lǐng)域大量應(yīng)用晶體材料，如硅、碳化硅、藍(lán)寶石等。晶體切割是其機(jī)械加工過(guò)程中一個(gè)主要工序，切割質(zhì)量直接關(guān)系最終成品率與后續(xù)加工工序的工作量。固結(jié)磨料線鋸切割具有高效、精密、高出品率等特點(diǎn)，適合于高硬度碳化硅、藍(lán)寶石、KDP晶體的切割。相對(duì)于用樹(shù)脂結(jié)合劑與高溫釬焊制作的固結(jié)磨料金剛石鋸絲，電鍍金剛石鋸絲的耐磨性、耐熱性、基體材料特性保持與制造直徑靈活性等綜合特點(diǎn)更能滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。

注：KDP晶體（磷酸二氫鉀）是一種電光非線性光學(xué)材料，廣泛應(yīng)用于激光變頻、電光調(diào)制等高科技領(lǐng)域。第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工

鋼絲直徑為0.2mm；金剛石磨粒為平均粒度為20μm的金剛石微粉；電鍍液為鎳鍍液。電鍍金剛石鋸絲的電鍍工序?yàn)椋哄兊讓?，基體上砂，上沙鍍，加厚鍍。入鍍槽之前的鋼絲經(jīng)化學(xué)除油和酸侵蝕后除去表面污垢與氧化層，清洗后先鍍底層使基體表面充分沉積鎳以增強(qiáng)結(jié)合力，此過(guò)程在單獨(dú)的電鍍槽中進(jìn)行。預(yù)鍍完成后的鋸絲移入具有上砂槽的電鍍槽進(jìn)行植砂，上砂槽結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工上砂時(shí)采用埋砂法，拉直鋼絲，避免鋼絲接觸砂槽并兩端固定，用金剛石微粉埋住鋼絲進(jìn)行上砂鍍。上砂完成后將鋼絲從上砂槽中卸下，移入第一步進(jìn)行預(yù)鍍的電鍍槽中進(jìn)行加厚鍍處理。第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工沙槽結(jié)構(gòu)示意圖上砂鍍層起到初步固結(jié)金剛石磨粒的作用，其厚度一般為平均磨粒的10％左右；加厚鍍層起到固結(jié)金剛石磨粒的作用，其厚度是將磨粒粒徑的約2/3埋嵌在鍍層中。鋸絲表面磨粒含量對(duì)鋸絲使用壽命和切割能力影響較大：磨粒含量大，切割刃多，切割效率高，而且避免鎳鍍層直接與工件接觸從而使復(fù)合鍍層耐磨性增加，鋸絲使用壽命延長(zhǎng)；反之，切割效率低，鋸絲壽命短。但如果鋸絲表面鍍層中金剛石磨粒含量過(guò)高，鎳鍍層的比例減小，會(huì)造成金剛石把持力降低而容易脫落，鋸絲壽命降低，并且磨粒之間沒(méi)有足夠的容屑空間，同樣影響鋸絲的加工性能。第四節(jié)電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工

上砂階段電流密度與時(shí)間對(duì)磨粒含量的影響第四節(jié)電