CN104384636A - 电解加工中利用钝化性金属涂层保护非加工工件表面方法 - Google Patents

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王登勇
鲍均
朱增伟
朱荻
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H3/00—Electrochemical machining, i.e. removing metal by passing current between an electrode and a workpiece in the presence of an electrolyte

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Abstract

一种在电解加工中利用钝化性金属涂层保护非加工工件表面的方法。它包括以下过程：步骤1.采用热喷涂技术或电化学沉积方法在整个初始工件表面涂覆上一层钝化性金属涂层；步骤2.利用电解加工去除工件材料；步骤3.加工完毕后，去除钝化性金属涂层；步骤4.清洗零件。本发明的方法对减少电解加工中杂散腐蚀和提高加工精度有重要意义。

Description

电解加工中利用钝化性金属涂层保护非加工工件表面方法
所属技术领域
一种电解加工中利用钝化性金属涂层保护非加工工件表面的方法，属于电解加工技术领域。 
背景技术
电解加工是利用电化学反应去除工件材料，为非接触式加工。与传统机械加工相比，其具有加工工件表面无残余应力、无冷作硬化、无塑性变形、表面粗糙度低、无工具损耗等优点。因此电解加工适用于薄壁零件、空间曲面以及形状复杂的难切削材料的加工，在航空、汽车、国防、医疗器械等多领域得到广泛应用。但是由于精度很难控制的问题导致电解加工的发展一直受到很大的制约。影响电解加工精度的一个重要因素就是电解加工中存在杂散腐蚀。杂散腐蚀通常发生在临近加工区域的非加工面，是由于电场分布不集中导致的。因此，如何降低杂散腐蚀以提高电解加工精度已成为电解加工中的核心问题之一。 
近年来，研究人员尝试很多方法来减少杂散腐蚀以提高电解加工精度。在专利“采用双极性电极的微细群坑电解加工方法及其双极性电极”（申请号 200810022327.3 申请人 南京航空航天大学，发明人 朱荻 曲宁松 钱双庆 李冬林）中，采用带有正负两个极性的电极进行群坑电解加工，利用带正电的辅助阳极来改变电场分布，从而实现减少杂散腐蚀的目的。在专利“辅助阳极管电极电解加工方法”（申请号 201310199975.7 申请人 南京航空航天大学，发明人 房晓龙 曲宁松 朱荻 张玉冬）中，采用带有正电位差的辅助阳极进行管电极加工以提高管电极电解加工群孔出口精度。在专利“可变磁场辅助电化学复合加工装置”（申请号 201110336486 申请人 北京理工大学 发明人 张卫民 鄢勇 张之敬 殷亮 金鑫 叶鑫）中，采用外加磁场装置配合脉冲电解加工来改变加工过程中离子运动轨迹，从而提高定域性。另外在专利“一种高频、窄脉冲电流电解加工气门锻模的方法”（申请号 99117001.6 申请人 华南理工大学，发明人 王建业 刘从宽）中，采用高频、窄脉冲电流进行电解加工，能够有效减少杂散腐蚀，实现高精度加工。 
除上述的方法外，减少杂散腐蚀的方法还有：1）改进电解液，采用低浓度电解液；2）采用混气电解加工方法，在电解液进入加工区前混入大量压缩空气，使电解液成为气液混合两相流，在局部电解液电导率会显著降低，从而抑制了杂散腐蚀。以上方法中能够有效减少杂散腐蚀，但是都有其局限性，而且不能根本上消除杂散腐蚀的影响。在加工钛合金以及高温合金过程中，由于其在钝性电解液NaNO3、NaClO3中不具有非线性特性，导致其在电解过程中的杂散腐蚀更为严重。 
因此寻求一种新的能够很大限度地减少杂散腐蚀影响的方法是非常有必要的。 
发明内容
本发明旨在能够有效地地减少电解加工中的杂散腐蚀尤其针对在钝性电解液中无非线性特性的金属如钛合金、镍基高温合金的电解加工精度的提高，提出一种稳定性好、适用性强的利用钝化性金属涂层保护非加工工件表面方法。 
一种电解加工中利用钝化性金属涂层保护非加工工件表面方法，其特征在于包括以下过程： 
步骤1、采用热喷涂技术或电化学沉积方法在整个初始工件表面涂覆上一层钝化性金属涂层；钝化性金属是指利用钝性电解液加工时，其溶解速度随着电流密度增高呈非线性增长的金属；其中钝化性金属涂层与工件表面的结合力大于随后的电解加工中的电解液冲刷力，以保证在电解加工中钝化性金属涂层不脱落；
步骤2、利用电解加工去除加工区工件材料，由于加工区的电流密度较大，所涂覆的钝化性金属涂层很快被腐蚀掉而不影响工件的加工，又由于在非加工区域处的电流密度较小，所涂覆的钝化特性金属层产生钝化而保留下来，起到保护非加工区域的作用；
步骤3、加工完毕后，去除非加工区表面的钝化性金属涂层；
步骤4、清洗零件。
上述钝性电解液为NaNO3或NaClO3溶液,所使用的钝化性金属为铁或铁基合金。所述步骤3去除零件表面的钝化特性金属的方法为以下方法之一：化学溶解法，机械去除法。 
本发明具有以下优点： 
1、由于在所需加工区域的电流密度较大，所涂覆的钝化性金属涂层很快被腐蚀掉而不影响工件的加工，又由于在非加工区域处的电流密度较小，所涂覆的钝化性金属涂层产生钝化而保留下来，从而可以很好的保护内部工件不受杂散腐蚀的影响。
2、在本发明中利用钝化性金属涂层保护非加工工件表面的方法适用广泛，可有效解决大多数电解加工场合的杂散腐蚀问题，如孔电解加工、型面电解加工、开槽电解加工等。 
3、在本方法中，只需在待加工工件表面涂覆钝化性金属涂层，操作简单方便。与将工件表面非加工区域局部利用绝缘材料屏蔽方法相比，本方法无需考虑金属层涂覆的位置，只需在加工初始时刻在整个工件表面涂覆上一层即可实现非加工区域的保护。 
4、在本方法中，钝化性金属涂层与阳极工件材料之间通过扩散连接，形成一定的连接强度。当大电流密度区域的涂覆层发生溶解时，在非加工区域保留下来的涂覆层仍然能与工件保持连接，从而提高了加工稳定性。 
附图说明
图1 电解加工中存在的杂散腐蚀示意图； 
图2 在初始工件表面涂覆钝化性金属涂层的示意图；
图3 所涂覆的钝化性金属涂层的最终状态示意图；
图中标号名称：1、工件阳极，2、工具阴极，3、非加工表面的杂散腐蚀，4、钝化性金属涂层，5、非加工表面剩余的钝化性金属涂层。
具体实施方式
图1为不同电解加工中存在的杂散腐蚀示意图，可以看出在电解加工中杂散腐蚀现象普遍存在，杂散腐蚀导致加工出工件成型精度较差。 
结合图2、3，说明本发明的实施过程： 
（1）采用热喷涂技术或电化学沉积方法在整个初始工件表面涂覆上一层钝化性金属涂层；由于所涂覆的钝化性金属涂层在非加工表面可能存在少量腐蚀，涂层的厚度可根据腐蚀量略微调整；
（2）利用电解加工去除加工区工件材料；
（3）加工完毕后，去除钝化特性的钝化性金属涂层；
（4）清洗零件。

Claims (4)

1.一种电解加工中利用钝化性金属涂层保护非加工工件表面方法，其特征在于包括以下过程：
步骤1、采用热喷涂技术或电化学沉积方法在整个初始工件表面涂覆上一层钝化性金属涂层；钝化性金属是指利用钝性电解液加工时，其溶解速度随着电流密度增高呈非线性增长的金属；其中钝化性金属涂层与工件表面的结合力大于随后的电解加工中的电解液冲刷力，以保证在电解加工中钝化性金属涂层不脱落；
步骤2、利用电解加工去除加工区工件材料，由于加工区的电流密度较大，所涂覆的钝化性金属涂层很快被腐蚀掉而不影响工件的加工，又由于在非加工区域处的电流密度较小，所涂覆的钝化特性金属层产生钝化而保留下来，起到保护非加工区域的作用；
步骤3、加工完毕后，去除非加工区表面的钝化性金属涂层；
步骤4、清洗零件。
2.根据权利要求1所述的电解加工中利用钝化性金属涂层保护非加工工件表面方法，其特征在于：上述钝性电解液为NaNO3或NaClO3溶液。
3.根据权利要求1所述的电解加工中利用钝化性金属涂层保护非加工工件表面方法，其特征在于：上述钝化性金属为铁或铁基合金。
4.根据权利要求1所述的电解加工中利用钝化性金属涂层保护非加工工件表面方法，其特征在于：所述步骤3去除零件表面的钝化特性金属的方法为以下方法之一：化学溶解法，机械去除法。
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