Fe2+进入溶液，这种自发的阳极溶解过程极其缓慢，
电解加工时需外接直流电加速阳极的溶解速度；
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4.1 电化学加工原理与分类
3)电极极化： ① 当接通电源且有电流流过
时，电极平衡状态被破坏, 阳极电极电势正移，阴极 电势负移/减小，这种现象 称为电极的极化； ② 极化后的电极电势与平衡电极电势之差称为超电势， 它随电流密度增加而增大（不利于电化学加工的顺 利进
5 电解加工的局限性： 1）加工精度和稳定性不易控制：影响间隙电场和流
场稳定性的参数多，难以控制，杂散腐蚀较严重； 目前还难以加工小孔和窄缝; 2）不适合单件生产：电极工具的设计修正比较麻烦; 3） 设备投资大：附属设备多，占地面积大，机床要 有足够的刚度和防腐性; 4）电解液污染环境，需妥善处理;
电解液的质量分数＋电解质类型 电化学加工效果
电解液中所含 电解质的多 少；
强电解质(强酸/碱及多数盐类)在水 中可100％电离，适于电化学加 工；
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4.1 电化学加工原理与分类
2) 电极电势: ① 金属电极插入任何一种电解液
中，会得到/失去电子(离子)， 使金属与溶液界面上形成一定 的电荷分布(即双电层)，从而 形成一定的电位差；
隙: 0.1-1mm; ④ 电解液压力：0.5-2MPa; ⑤ 电解液温度一般30-40度，
不超过60度； ⑥ 电解液流速：5-50m/min，
带走电解产物及热量;
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4.2.1 电解加工的 过程与特点
3 电解加工成形过程：
1）加工开始时，极间 距离近处电流密度大、 电解液流速高、工件 溶解速度较快；
第四章 电化学加工
电化学加工(Electrochemical Machining，ECM)是特 种加工的一个重要分支，目前已成为一种较为成熟 的特种加工工艺，被广泛应用于众多领域。
根据加工原理，电化学加工可分为以下三大类：
1）利用电化学阳极溶解的
原理去除工件材料：
＊电解加工＊电解抛光
2) 利用电化学阴极沉积的 原理进行镀覆加工：
＊复合镀 ＊电铸
3)电化学加工与其他加工方 法相结合的复合加工：
＊电解磨削 ＊电解电火花复合加工 ＊电化学阳极机械加工
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4.1 电化学加工原理与分类
1 电化学加工原理与过程： 1) 铜电极＋直流电＋电解质溶液
→通路→电子迁移； ➢ 阳极表面铜原子失去电子→成
为正离子、进入溶液，为电解 过程； ➢ 正离子Cu2+ 移至阴极得电子→ 还原/沉积出铜，为电镀过程；
4.1 电化学加工原理与分类
4) 金属的钝化和活化: ➢ 钝化：电解过程中，电流
密度增加到一定值后，阳 极的溶解速度在大电流状 态下维持一段时间后急剧
成因
✓ 成相理论：认为金属与 溶液作用后形成一层紧 密的薄膜(氧化物、氢化 物或盐)，使金属表面失 去活性而减缓溶解；
下降（不再溶解）的现象， ✓ 吸附理论：认为金属表
图4-2 原电池示意图
② 金属与其盐溶液间的电势差称该金属的电极电势(平 衡电极电势)，目前不能直接测量；
③ 活泼金属 (铁、铝)电极电势小于不活泼金属(铜、锰) 的电极电势；因为：
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4.1 电化学加工原理与分类
➢ 活泼金属离子在金属晶格上的
能级高于在溶液中的能级(溶
液中更稳定)，金属离子溶解，
使其(Fe)表面带负电；
图4-1 电解(电镀)液中的 电化学反应原理
2) 阴、阳极表面得、失电子的化学反应→电化学反应； 3) 利用电化学反应原理对金属进行加工的方法→电化学
加工;
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4.1 电化学加工原理与分类
2 影响电化学加工效果的相关要素： ＊电解质溶液＊电极电势＊电极极化＊金属钝化与活化
1）电解质溶液： ➢ 电解质←溶于水后能导电的物质，酸、碱、盐等; ➢ 电解质溶液（电解液）←电解质的水溶液;
➢ 不活泼金属的离子在金属晶格
图4-2 原电池示意图
中比在溶液中更稳定，表面 (Cu)则带正电荷;
③ Fe、Cu插入同一电解液后,两金属表面分别与电解液
形成双电层、但电极电势不同,进而一定的电势差；
④ Fe、Cu电极用导线连接后构成一个原电池( Fe为阳极、
Cu 负极)，电子由Fe流向Cu, Fe原子失去电子而成为
③ 电解加工时，阳极与阴极都存在离子的扩散/迁移 及电化学反应两种过程，但所引起的电极极化类型 不同：浓差极化、电化学极化;
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4.1 电化学加工原理与分类
a）浓差极化: ➢ 因电解液流速不足或局部受屏蔽，使电极表面金属离
子扩散/迁移速度缓慢、电极/溶液界面处离子浓度升 高(高于本体溶液浓度)而引起的极化； ➢ 浓差极化主要发生在阳极；浓差极化越严重（溶液浓 度差越大），则阳极溶解速度越低； ➢ 减小浓差极化←提高电解液流速/温度、增强搅拌； b）电化学极化: ➢ 由电化学本身反应速度 ( 电极与溶液界面上反应物得 失电子的速度)缓慢、造成电极表面电荷积累而引起的 极化; ➢ 电化学极化主要发生在阴极表面; ➢ 影响因素：电极材料、电解液成分、温度、电流密度 等；升温、降低电流密度可减小电化学极化； 7
图 4.7 电解加工成形原理
2）随电极的连续进给，工件表面逐渐被电解、电解产 物被电解液带走，直至工件与电极表面形状基本相 似，此时极间电流密度均匀、电解速度相同；
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4.2.1 电解加工的过程与特点
4 电解加工的优点： 1）加工范围广：不受材料强度、硬度和韧性制约，可
加工高强度／硬度／韧性材料、复杂三维曲面、 薄壁件及异型件； 2) 生产率高：电火花的5-10倍，电流及加工面积足够 大时可高于切削加工；生产率不直接受加工精度 和表面粗糙度的限制，适于批量加工； 3) 加工质量好：无切削力/热引起的变形、残余应力、 加工硬化、飞边、毛刺及刀痕等 ；具有较好的表 面粗糙度(Ra1.25-0.2μm)和平均加工精度(±0.1mm 左右); 4) 工具阴极寿命长：理论上无损耗，可长期使用；
称阳极钝化；
面形成了氧的吸附层；
➢ 活化：使金属钝化膜破坏的过程； ➢ 活化措施：将电解液加热、加入还原性气体/活性
离子、机械方法等；
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4.2 电解加工
1 电解加工原理：利用金属在电解液中的电化学阳极溶 解反应去除工件上多余的材料，将零件加工成形；
图4.6电解加工示意图
2 电解加工设备及条件： ① 直流电源：10-20V; ② 工件：接电源正极； ③ 电极进给，保持两极间