脉冲电铸制作氧化铈、铜复合材料及其edm抗电蚀性能概述

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1、脉冲电铸制作氧化铈、铜复合材料及其EDM抗电蚀性能概述第一章绪论1.1电铸技术的发展电铸技术历史悠久，1837年是由俄国的雅柯比院士最早发现的，并将电铸技术应用于俄国的实际生产。早期，电铸技术应用主要局限于复制艺术品和印刷制版，其应用十分有限，例如：在石膏上涂以石蜡制成原模，将其表面涂上导电性能良好的材料（如石墨），再铸上金属达到合理厚度脱模，从而得到模版。根据特定金属元素的电解与还原制取方式，人们通过同样的方式电解与还原得到其他金属，从此，电镀技术和电铸技术诞生了。早在1843年，由R.Bottger利用硫酸镍和硫酸铵作为电铸液，在实验室成

2、功制得了铸镍层。随着技术的发展与研究的深入，1916年美国的瓦特教授开发了至今仍在使用的铸液的基本标准配方瓦特型铸镍液。1846年，R.Bottger和Bockbushmann制得了纯铁的电沉积材料，从此开启电铸铁的先始。1852年，在英国出现镀锌的专利。1886年，美国化学家豪尔在简陋的实验室里，制取了几粒铝。1868年，俄罗斯科学院的M.Jacobi院士将电铸铁应用于制作印刷版，这是电铸铁应用的开端。直到20世纪电铸铁技术才开始广泛应用于生产与制造领域[3]。电铸制品是由电铸液中的金属离子不断还原并沉积所得，具有极高的复制精度，且加工过程

3、中无传统机械加工，所以对原模无损伤，而电铸制品所得样件对原模具有极高的重复精度。早期电铸对于微细、精密零件的需求很少，使电铸技术的重复精度和复制精度的特点没有得到充分的发挥，在一定程度上限制了电铸技术的发展。近年来，随着微细纳米制造和微电机系统技术的发展，各种精密、复杂、细微金属零件的需求增长迅速，而电铸技术作为金属制品的特种成型工艺，受到了高度重视。另一方面，随着其他领域的深入研究，也为电铸技术的发展创造了条件。.1.2电铸技术概论电铸技术是特种加工中电化学沉积技术的一种，其专业术语为电结晶，是在电场作用下，利用了电沉积原理将金属从电解质中

4、以晶体形式结晶出来，并加工成所需工件的制造技术。电沉积包括电镀、电铸和电解冶金技术，前两者的原理相同，作用有所差异，电镀是利用电结晶原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的工艺，从而起到防止金属氧化（如锈蚀），提高耐磨性、导电性、反光性及增进美观等作用。电铸是利用金属的电结晶原理来精确复制某些复杂或特殊形状工件的特种加工方法[3]。它是电镀的特殊应用。电铸技术原理如图1-1所示：根据工件形状预先用导电材料制成原模（芯模）并作为电铸阴极，电铸材料作为阳极，两级一同放入含有与电铸材料相同的金属盐溶液（电铸液）中，加以外接电源。在电场作用下，

5、阳极金属以离子形式逐渐的溶于电铸液中，此时，在阴极附近溶液中的金属离子，从铸液中析出到原模表面结晶形成电铸层，随着电铸层慢慢加厚达到预定厚度，将电铸层与原模分离，便得到与原模表面凹凸相反的电铸件。第二章复合电铸技术及EDM工具电极损耗理论2.1复合电铸模型电铸液中的固体颗粒如何能与金属基体共同沉积是复合电铸研究的首要问题。通过对这一过程的定量描述，利用一些先进的模型对这一过程进行规范，得到各个工艺参数与固体颗粒共析量之间所存在的数学关系表达式。当前，复合电铸技术的研究机理主要有三种[33]：电化学机理、力学机理与吸附机理。Guglielmi模

6、型著名的两步吸附理论是由Guglielmi提出的，研究讨论的是电泳对沉积过程的影响。第一步，阴极电极原模的表面会吸附带着电荷的固体微粒。这时的固体微粒表面会被离子所吸附包围，在溶液中悬浮的固体微粒将处于平衡状态，且被吸附的固体微粒随时可能又回到铸液中，这一过程就是弱吸附；第二步，在阴极原模表面的弱吸附状态下的固体微粒并不会全部进入电铸液中，其一部分与原模的表面直接接触，并被结晶生长的金属基体所包裹，最后形成不可逆的电化学吸附，这一过程成为强吸附（如图2-1）。.2.2双电层理论当金属电极与电解质溶液接触时，由于两者的电位不同，金属（固相）和电

7、解质溶液（液相）之间的金属离子在彼此之间相互转移，电极的金属原子将失去电子进入溶液，这是动态转移，当进入溶液的金属离子到达一定数量的时候，金属的表面电子数便会增加，而电极的表面金属离子在库仑力的作用下密集排列，并阻止电极表面的金属离子进入溶液中，这种以电极的表面金属以离子形态进入溶液的形式就构成了双电层。电极表面是负电性，而溶液是正电性。当电极的金属离子化学位能低于溶液时，金属电极浸入电解质溶液中，溶液中的金属离子便自发的沉积到电极上，随着动态转移的平衡，电极的表面正电荷会增加，而溶液的双电层界面呈负电性。在金属电极和溶液界面出现的双电层，已

8、经证明是一种普遍现象。双电层是表面电化学理论的基础。在稀释的溶液中双电层的厚度会相当大，在纯水中能达到1μm，在高浓度溶液中，其厚度会小的多。双电层会使两相界