向工件上沉积金属的电镀
第一节电化学加工原理及分类
一、电化学加工的基本原理羟基磷酸钙：
（一）电化学加工过程
以两片铜接上约10V的直流电源并插入CuCl2的水溶液为例。如图所示：
在金属片和溶液的界面上有交换电子的反应，即电化学反应
电荷迁移：溶液中正负离子的定向移动
金属正离子（铜离子）在阴极上得到电子发生还原反应，沉积出铜
在阳极表面金属原子（铜原子）失掉电子而变成铜正离子进入溶液（溶解）
在阴、阳极表面发生得失电子的化学反应称之为电化学反应。
利用这种电化学作用对金属进行加工的方法即电化学加工
与这一反应过程密切相关的基本概念有：电解质溶液、电极电位、电极的极化、钝化、活化。 （二）电解质溶液
电解质：凡溶于水能导电的物质
如盐酸(HCl)、硫酸(H2SO4)、氢氧化钠(NaOH)、氢氧化氨(NH4OH)、食盐(NaCl)、硝
酸钠(NaNO4)、氯酸钠（NaClO3）等酸、碱、盐都是电解质。
电解液：电解质与水形成的溶液
电解质分为强电解质：在水中能100%保安接线排电离。强酸、强碱及大多数盐类都是强电解质
弱电解质：在水中只有小部分电离成离子，大部分仍以分子状态存在
比如水、氨、醋酸等
由于电解质溶液中的正负离子的电荷数是相等的，所以溶液仍保持电的中性。
（三）电极电位
当金属和它的盐溶液相接触时，即使在没有外接电源的情况下，也会发生金属与它的盐溶液之间的电子交换，从而产生金属溶解和电解质溶液中的金属离子返回金属表面的双向过程。最终这两个相反过程达到动态平衡。对化学性能比较活泼的金属（如铁）其表面带负电，溶液带正电，形成一层极薄的双电层如图4-2、4-4所示。活泼金属和不活泼金属双电层的区别。五羟基己醛
金属的电极电位：由于双电层的存在，在正负电层之间，也就是金属与电解溶液之间形成电位差。这个电位差称为金属的电极电位。因为它是金属在本身盐溶液中的溶解和沉积相平衡时的电位差，所以又称为平衡电极电位。
注意：（1）金属的电极电位到目前为止还不能直接测量。在生产中是使用标准电极电位，它是用盐桥的办法测出金属的电极电位与一种人为规定的标准电极的电极电位之差，是一个相对值。通常采用标准氢电极为基准
（2）能斯特公式
双电层不仅在金属本身的离子溶液中产生，当金属浸入其它任何电解液中也会产生双电层
和电位差，以Fe和Cu插入NaCl电解液中为例。如图所示
Fe原子不断失去电子变成Fe离子溶入电解液中，但此过程是很缓慢的。
若利用这一原理来加工金属，就需要使用外接电源来加速这一进程。如上图所示
（四）电极的极化
前面讲的电极电位是在没有电流通过的情况下电极的平衡电极电位，当有电流通过时，电极的平衡状态遭到破坏，使阳极的电极电位代数值增大（即向正移）、阴极的电极电位向负移（即代数值减小）这种现象称为极化。
极化后的电极电位与平衡电极电位的差值称为超电位
电极的极化分为：浓差极化
电化学极化
（这是由于电极在极化过程中存在离子的扩散、迁移和电化学反应两个过程）
（五）金属的钝化和活化
电解过程中，金属的正常溶解速度在维持了一段时间以后急剧下降，不再溶解的现象，称为阳极钝化（电化学钝化），简称钝化（钝化产生的原因至今仍有不同的看法）
金属钝化膜破坏的过程称为活化。引起活化的原因很多，例如：把溶液加热（只能在温度一定范围内使用）、通入还原性气体、加入某些活性离子（如Cl背板制作-效果明显）或采用机械的办法破坏钝化膜（电解磨削）。
二、电化学加工分类
★按加工原理可分为三类：1、利用电化学阳极溶解来进行加工，主要有电解加工、电解抛光
2、利用电化学阴极沉积、涂覆进行加工，主要有电镀、涂渡、电铸
3、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
具体见表4-2（两个学时讲到这里）
第二节电解加工
电解加工已成功的应用于炮、航空发动机、火箭等制造工业，在汽车、拖拉机、采矿机械的模具制造中也得到了应用，在机械制造中，已成为一种不可缺少的工艺方法。
一、 电解加工过程、特点及其电极反应
★电解加工过程：
电解加工是利用金属在电解液中的电化学阳极溶解，将工件加工成形的。加工过程的示意图见4-6（教学光盘）
电解加工成形原理图4-7
★电解加工的特点：
优点：①加工范围广，不受金属材料本身力学性能限制，可以加工高硬度、高强度及韧性金属材料，并可加工各种复杂形面。
②生产率高，在某些情况下比切削加工的生产率还高，且加工生产率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制。
③可以达到较好的表面粗糙度（Ra 1.25—0.2）和平均加工精度(±0.1)
④加工过程中不存在机械切削力,所以不会产生残余应力和应变,没有飞边和毛刺
⑤加工过程中阴极电极在理论上不会损耗,可长期使用。
缺点：①不易真空脱蜡炉达到较高的加工稳定性和加工精度
②电极工具的设计及修正比较麻烦，不适用于单件生产
③电解加工的附属设备较多，占地面积较大，机床要有足够的刚度和和耐腐蚀性，造价较高，一次性投资较大。
④电解产物要妥善处理，否则会污染环境。
由于电解加工的优点和缺点都比较突出，所以正确选择使用电解加工工艺是一个重要问题。一般遵循以下三个原则：适用于难加工材料的加工，适用于复杂形状零件的加工，适用于批量大的零件的加工。（教学光盘）
★电解加工时的电极反应：（以在NaCl水溶液中电解加工铁基合金为例P84）
电解加工时电极间的反应是相当复杂的（工件材料不是纯金属，而是多种金属元素的合金，其金相组织也不完全一样。所用的电解液也不是该金属的盐溶液，而且还可能含有多种成分。另外电解液的浓度、温度、压力及流速对电解过程也有影响）
压力容器钢板
（1）阳极反应：铁锈沉淀
（2）阴极反应：析出氢气
结论：电解加工过程中，在理想情况下，阳极铁不断以Fe2+的形式被溶解，水被分解消耗，因而电解液的浓度逐渐变大。电解液中的氯离子和钠离子起导电作用，本身并不消耗，所以NaCl电解液的使用寿命长，只要过滤干净，适当填加水分，可长期使用。
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