特种加工技术第4章电化学加工ppt课件.ppt

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1、第四章电化学加工4.1电化学加工的原理、特点和分类电化学加工（Electron-ChemicalMachining，ECM）是在电的作用下，在阴阳二极产生得失电子的电化学反应，而去除材料（阳极溶解）或在工件材料上镀覆材料（阴极沉积）的加工方法。在1834年法拉第发现了电化学作用原理后，又先后发现电镀、电铸、电解加工等电化学加工方法，并在工业上得到广泛应用。伴随着高新技术的发展，复合电解加工、细微电化学加工、精密电铸、激光电化学加工等也迅速发展起来，目前，电化学加工已在国防工业、汽车工业、机械工业等发挥着越来越重要的作用。原理特点分类图4-1电化学加工原理电化学加工

2、原理加工过程电解质溶液电极电位电极极化活化和钝化将两片铜片作为电极，接上约12V的直流电，并浸入CuCl2的水溶液中，电解质中的离子将作定向运动，Cu2+离子将向阴极（负极）移动，并在阴极得到电子，还原成铜原子而沉积在阴极表面。相反，在阳极表面不断有铜原子失去电子，变成Cu2+离子而进入溶液（溶解）。其实，任何两种不同的金属放入任何导电的水溶液作，在电场的作用下都会有类似的情况发生。阳极表面失去电子（氧化反应）产生阳极溶解、蚀除，称为电解；阴极得到电子（还原反应）金属离子还原成为原子，沉积到阴极表面，称为电镀。溶于水或在熔融状态下能导电的物质称为电解质，如盐酸、氢

3、氧化钠、氯化钠等。电解质与水形成的溶液称为电解质溶液（简称电解液）。能够在水中100%电离的电解质称为强电解质，如强酸、强碱和大多数盐，不能100%电离的电解质称为弱电解质，如氨、醋酸等只能部分电离，大部分还是以分子形式存在。水本身也是弱电解质，水分子也可以部分电离为H+和OH―。由于溶液中正负离子的数量相等，所以电解质溶液呈现出中性。电极电位金属的组成是金属离子叠累而成，外层的电子为自由电子。当金属和金属原子组成的盐溶液接触时，水的负极端就吸附到金属正离子形成水化离子，水的动能超过一定值时就克服金属对该离子的约束跑到溶液中去，电子失去。当然，溶液中的离子也有可能

4、因动能不够而被金属俘获，得到电子变成原子。这是个动态平衡过程。当金属活泼性大时，因留下的电子带上负电，附近的溶液里带正电，形成了双电层（图4-2)，当金属的活泼性越强，则这种趋势越强；反之，如果金属活泼性很差，则金属带正电，而溶液带负电。一种金属与其盐溶液之间的电极电位无法直接测量，但是盐桥法可以测量出两种不同电极电位的差。元素在25℃时的标准电极电位，把金属放在此金属离子的有效质量浓度为1g/L的溶液中，此电极的电位与标准氢电极的电位差，作为标准电极电位，用U0表示。图4-2双电层结构和电位分布电极氧化态/还原态电极反应电极电位VK+/KK++e→K-2.925

5、Ca2+/CaCa++2e→Ca-2.84Na+/NaNa++e→Na-2.713Ti2+/TiTi+2+2e→Ti-1.75Al3+/AlAl3++3e→Al-1.66V3+/VV3++3e→V-1.5Mn2+/MnMn2++2e→Mn-1.05Zn2+/ZnZn2++2e→Zn-0.763Cr3+/CrCr3++3e→Cr-0.71Fe2+/FeFe2++2e→Fe-0.44Co2+/CoCo2++2e→Co-0.27Ni3+/NiNi3++3e→Ni-0.23Mo3+/MoMo3++3e→Mo-0.20Sn2+/SnSn2++2e→Sn-0.14Pb2+/P

6、bPb2++2e→Pb-0.126Fe3+/FeFe3++3e→Fe-0.036H+/HH++e→H0Cu2+/CuCu2++2e→Cu+0.34O2/OH―H2O+1/2O2+2e→2OH―+0.401Cu+/CuCu++e→Cu+0.522Fe3+/Fe2+Fe3++e→Fe2++0.771Ag+/AgAg++e→Ag+0.7996Mn4+/Mn2+MnO2+4H++2e→Mn2++2H2O+1.208Cr6+/Cr3+Cr2O72-+14H++6e→Cr3++7H2O+1.33Cl2/Cl―Cl2+2e→2Cl―+1.3583Cr7+/Cr2+MnO4-+8

7、H++5e→Mn2++4H2O+1.491F2/F―F2+2e→2F―+2.87表4-1常用离子在25℃时的标准电极电位双电层是动态平衡，如果在溶液中还有一片金属，其与溶液之间也产生双电层，也处于平衡。用电源把二者连接起来动态平衡就会打破，使阳极的电位向正移，而阴极的电位向负移，这种现象叫电极极化。极化后的电极电位和平衡电极电位的差值称为超电位，随着电流密度的增加，超电位也会增加。电极极化图4-3电极极化曲线浓差极化电化学极化如果电化学反应进行很快，阳极表面的金属离子扩散迁移缓慢，使阳极表面造成金属离子堆积，引起电位增大，这就是浓差极化。凡能加速电极表面离子的扩散

8、和迁移的措