不同电解质对加工速度的影响ECM的过程

文摘

电解加工是一个非传统加工过程中金属切削是通过已知的电力和化学溶液作为电解液。这是相反的电解过程,电力的应用促进当前在阳极和阴极之间旅行。离子运动的机理类似于电解过程。电解加工(ECM)是一种先进的加工过程采用电力进行工件的加工过程。它也被称为反向电镀过程中实现金属切削代替金属沉积在金属表面上。有各种参数影响ECM金属切削过程的过程,如电解质、电源、工件材料,工具材料。电解液是一个关键因素影响加工速度,表面光洁度和生产零部件的可靠性。在这个项目中,进行一个简短的研究是关于电化学过程和电解质的性质,功能,优点,缺点是评估。各种电解质的影响及其适合加工各种金属也进行了讨论。的结果产生的影响使用的混合电解液电解加工过程中讨论了这个项目。 The effects of the complexing agents on the electrolyte and the electrochemical process as a whole are also reviewed.

1。介绍

电解加工是一个非传统加工过程中金属切削是通过已知的电力和化学溶液作为电解液。电解加工是一个现代和先进的金属切削技术,可以生产金属加工复合材料(1]。这是一个非常准确的加工过程,可以为任何类型的导电工件进行加工。ECM发现其使用在航空航天、建筑、微系统,医疗设备和供电系统1,2]。电化学过程的非接触金属切削过程没有热量,由于该问题相关的传统加工过程中消除(2]。没有工具磨损由于它没有缺陷层产生由于工件上的工具3),如图1。

1.1。ECM过程的机制

ECM电解过程是相反的过程,电力的应用促进了当前旅游在阳极和阴极之间。离子运动的机理类似于电解过程(2,3]。例如,在铜金属的电解,电解过程进行的不纯铜金属保持阳极材料,和纯铜作为CuSo的阴极的电解液₄解决方案。铜原子不洁净的阳极材料的溶解和旅行到阴极终端通过电解质溶液。旅游是由扩散机制,促进和离子总是从高浓度区域低浓度区域达到化学平衡。铜离子的浓度高的阳极终端,由于他们前往阴极终端后吸引了。随着扩散,迁移和会议也便于完成电解过程。迁移机制是由于引起的电极和电解质之间的势场。第三机制存在的电解和电化学过程对流引起由于外部机械力产生的搅拌和泡沫溶液中(3]。铜净化的机理提出了图2。

在ECM过程中,工件被连接到正极,知道作为阳极,和工具连接到负极称为阴极(2]。的差距总是保持在工具和工件之间。ECM过程的原则法拉第定律的电力和欧姆定律。在ECM过程中,化学电解质的导电性差异被认为是常数。电路的电势也在所有加工周期(假定为常数4]。ECM的阴极终端设置传输电子和氢氧化释放(哦⁻)离子,而阳极终端发布电子和他们最终成为金属离子,如图3。

2。电解液

电解液电解加工过程是主要的组成部分。它有一个重要的角色在材料去除以及刀具磨损。它有主要三个函数在ECM过程中,工件和工具之间的电流和删除产品的反应电极间的差距(IEG) [3]。

化学加工过程的性能取决于电解液的选择(5]。电解质在ECM过程必须低腐蚀性质和毒性,高导电性和高电化学和化学稳定性。电解液的重要属性使用极化曲线可以确定。极化曲线的图形绘制电压或功率密度和电流或电流密度电解液细胞堆栈(6]。在ECM加工过程中,电解液被选中,这样在阴极沉积的物质不存在。淀积,如果存在,可以变形工具的形状,它也会影响工件的表面处理。此外,电解质也应该能够带走ECM过程中产生的余热。

3所示。层的形成机制

根据电解液的性质和它的选择过程,化学反应的本质在阳极和阴极之间终端也可以不同。电解质可以分为两种类型,钝化电解质和nonpassivating电解质3]。钝化电解质促进被动层开发工件表面。这一层由氢氧化物和氧化物,它是形成后工件和工具电极之间的电流通过终端。被动的电影可以电绝缘,因此阻碍了化学腐蚀和溶解过程。但这些电影帮助改善加工分辨率(7]。Nonpassivating电解质不允许电影以来工件上形成积极的离子电解液中使这部电影不稳定(3]。Nonpassivating电解质相比有更高的加工速度钝化电解质;然而,表面光洁度可以影响8]。被动层工件是由工件金属本身以及周围环境的反应。水分子溶解在电解溶液和执行以下反应形成的氧化层下面(9]:

可以是绝缘体或noninsulators被动的电影。self-subdued工件上的绝缘膜。结果的形式层厚实,表面上同质的方式。然而,钝化膜可以被破解和扭曲的不均匀电场。这部电影还可以添加不同的功能离子的影响(10]。

4所示。电解液的选择

电解质可以分为四个主要类别根据其性质和物理形式。他们是中性水盐、酸溶液、水、耐碱、耐和非水电解质。中性水盐电解质主要使用,因为它们是相对便宜,一般无害的工作工具和机械。氯化物和磷酸盐的金属,如钠、钾、镁、钙、等,是一些中性电解质。使用酸性电解质溶解时不使用其他电解质有效的和可能的。一些酸性电解质硫酸、盐酸、硝酸、高氯酸等。可以减少电极间的差距很大程度上由于离子和其他产品坚决溶解在电解溶液的反应。这也可以消除阻塞的问题。这就是为什么电化学微加工更喜欢酸性电解质(11]。根据实验的调查由勇等人决定酸性电解液可以产生非常高的加工效率以及更好的表面质量(12]。碱金属,包括氢氧化钠一般,不推荐作为电解质,因为他们倾向于促进钝化膜的形成。由于氢氧根离子造成的降水,IEG需要更大的适应膜厚度。碱性电解质也往往由于沉淀堵塞的问题。但有些金属系统,如碳化钨,最好是等碱性电解质溶于氢氧化钾和只能用于特定的金属系统。

非水电解质nonpassivating电解质,因为他们不允许氧化所需的氧气分子形成被动的电影。有益的金属形成金属氧化物,但是这些电解质溶解金属离子导致低的问题解决方案的导率(3]。一些非水电解质凝胶电解质、干燥聚合物电解质陶瓷电解质、离子塑料晶体等。13- - - - - -15]。他们还可以在小IEG由于气体和降水产品就不会产生。固体电解质已经用于加工金属零件。Sjostrom和苏对钛进行快速固化等使用乙二醇电解质(16]。他们还注意到,没有排放的气体和降水。

最常见的一种电解质中使用ECM过程集中食盐(氯化钠)。用于加工不锈钢当一个非常闪亮的表面是必需的。氯化钠不生产不锈钢金属层,这允许将工件加工容易和迅速。另一个电解质名叫硝酸钠是通常用于加工钢的情况非常接近复制工具是必需的。硝酸钠防止杂散腐蚀,这有助于获得一个高度精确的复制的工具3,17]。电流密度的程度也影响ECM的过程。例如,在硝酸钠电解液的情况下,高电流密度导致阳极溶解,而低电流密度增加钝化的电解液3]。

ECM过程提高了采用富氧电解液。基于和耆那教的效果进行了调查的阴极ECM加工过程中温度的分布。他们利用氯化钠的浓缩氧。从实验,他们确定,材料去除率的增加氧混合物(18]。微调和其他人使用0.05米的盐酸为创建亚微米nanoresolution结构。它是获得镍衬底的表面上(19]。研究已经确定,越集中电解质与电流密度的增加会增加加工,和工具执行过度切削的工件20.]。Rathod等人发现,随着电解质浓度的增加,解决加工过程得到减少。这是因为,随着电解质电导率的增加,离子的反应会越来越多(21]。它也被确定,ECM的决议过程可以很容易地改善解决方案中通过添加电解液电阻(22]。

风扇等人发现氯化钠与盐酸的混合酸使电解质浓度的增加,导致加工过调制(23]。这表明混合电解质的正相关与电解液的浓度有助于提高加工速度。因此,不同浓度的电解液也有它的优点和缺点。与电解液浓度越低,化学腐蚀尤其低高度集中电解质相比。这是特别有益的加工小型化粒子(24]。此外,发现电解液浓度对电流密度的影响,最终导致加工分辨率的变化。较低浓度的电解质可以因此产生更高的加工分辨率(25];另一方面,浓度的增加有其优势。Ayyappan和Sivakumar得出结论,电解液浓度越高有助于提高加工工件的表面光洁度(26]。Zohoor等人研究电解质的影响及其对ECM的自然过程,304钢2]。他们比较了工作电解质如硝酸钠,氯化钠,氯化钾在不同电流。的研究,他们发现的材料去除率(MRR)更高比NaNO氯化钠和氯化钾₃在相同的工作条件。差距被发现最高为氯化钾,NaNO₃至少有差距。观察表面粗糙度增加与当前硝酸钠,但相反的氯化钠和氯化钾。

研究表明,当一个特定数量的酸混合与自然盐电解质,这往往会增加侧间隙和材料去除率相比,纯自然的电解质。此外,表面粗糙度也发现与混合电解质(减少的趋势2]。但在碱或氧化剂等电解质溴酸钠(NaBrO3),氧化生产被动层负面影响加工速度的空间和几何精度(27]。在碱性电解液中,混合两种电解质可以提高ECM过程的加工精度。Sabahi和Razfar调查的效果混合的氢氧化钠和氢氧化钾的电化学放电加工的加工效率(ECDM)的过程。他们发现的混合两种碱性电解质电导率增加。混合也帮助增加微通道深度和有限的杂散腐蚀工件。他们还注意到,浓度的增加是由于混合,实现和表面光洁度也观察到当碱性电解质混合更好(28]。

5。电解质的溶解度与络合剂

络合剂主要用于溶解金属离子的电解质ECM的过程。络合剂高度溶于水和配位能力和低粘度高,这使得它们适合用于ECM的过程。他们有一个配体结构,附着在金属和氢氧根离子。一些配体结构粉刷,氨羧络合剂组、聚羟基酸组,等等。在ECM过程中,工件放置在阳极终端被氧化成金属离子。与中性电解液的反应,工件与电解质形成氢氧化物沉淀层。当络合剂添加到电解溶液中,配体络合剂被混杂在一起的氢氧根离子和氧气分子与金属离子生成包合物。这个产品,称为包合物,溶于水。代理的络合能力决定了产品包合物的稳定性。因此,通过这种方式,不溶性产品在ECM过程中溶解的帮助下络合剂(29日]。

络合剂的加入可以大大提高金属去除率ECM的过程。实验由勇等人在各种复合电解质以及一些自然电解质如氯化钠,NaNO₃,NaClO₄。他们观察到的金属切削率自然电解质,包括纳米₃和NaClO₄是相同的。他们添加络合剂和添加剂的天然电解质和观察到的金属切削率ECM的过程。他们发现自然电解质的MRR EDTANa₂茶作为添加剂和络合剂提高了22%和10%,分别。此外,添加络合剂、柠檬酸钠、葡萄糖酸钠,和酒石酸钠电解质MRR增加了35%,43%,和34%,分别为(12]。

电解液中也扮演着重要角色的多余热量的排出反应区。多余的热量是在反应会严重影响的工具和电解质。高温反应也产生泡沫期间IEG和可能导致沸腾的电解液3,23]。电解液散热是必要的,因为高热量在ECM反应也会导致穷人加工工件的表面质量。Bannard进行的调查也表明,电解质40摄氏度以上的温度逐渐产生了贫穷的工件的表面质量(30.]。因此,它是非常重要的,以避免电解质的沸腾。沸腾的预防,电解液的温度必须小于电解液的沸点。n . k . Jain和v . k . Jain [31日)提出了电解液的温度约束方程的ECM过程,提供如下: 在哪里T_b=电解液的沸点,T_在=电解质温度在进口,α_K=电解质温度系数,f=工具进给速率U=电解液流速。

6。结论

根据这一研究,提出了不同的评论和电解加工实验已经进行了。电化学过程,包括电解质在加工过程的重要性,研究进展。ECM过程最重要的组成部分,被称为电解质,也详细讨论和混合电解质的重要性也回顾了。的化学性质和功能不同的电解质和被动电影对加工过程的影响进行了讨论。

虽然它很难选择特定类型的电解质一般使用ECM过程中由于变化的属性不同的电解质和工件,可以找到更合适的电解质对某些应用程序。酸性的电解质,如盐酸和H₂所以₄在电化学微加工首选由于较高的加工效率和表面光洁度的准确性。自然的电解质,如氯化钠和纳米₃无毒,不造成任何伤害的工具和工件。他们还保证工件上的钝化膜是不存在的。聚合物固体电解质,如凝胶,陶瓷电解质使用钝化膜是非常不可取的,和IEG很小。

混合电解质由混合电解质的络合物质高效相比传统电解质。混合电解质发现更好的加工速度,表面光洁度,电解质的溶解性等。其他混合电解质混合形成的两个电解质也发现更高的个体相比,浓度电解质。电解质浓度也发现与加工速度和表面光洁度呈正相关。

从这项研究中,很明显,不同电解质的混合可以提高ECM过程的各种工艺参数。进一步的研究对于络合剂及其对各种电解质的溶解度的影响也是必要的。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

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