CN109680326B - 一种基于高铬合金电化学脱合金的加工预处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电化学辅助加工领域，提供一种基于高铬合金电化学脱合金的加工预处理方法。包括以下步骤：对高铬合金电化学脱合金预处理，将高铬合金工件浸泡入电解液中进行电化学脱合金处理，处理过程采用三电极电化学体系。再机械加工去除预处理层。本发明基于Cr、Fe元素在碱性溶液中特殊反应机制，在碱性条件中电化学极化将促进合金表面Fe元素的溶解去除并抑制Cr元素的溶解去除，进而实现脱合金化，表面形成疏松多孔结构；再利用铣削、磨削等机械加工方法去除脱合金预处理层。本发明加工效率高、切削力小、可减少刀具磨损，适用于高铬合金超精密加工。
Description
技术领域
本发明属于电化学辅助加工领域，具体涉及一种基于高铬合金电化学脱合金的加工预处理方法。
背景技术
金属铬具有极高的硬度及极强的耐腐蚀性，在空气中，即使在炽热的高温状态下，氧化速度也很慢。铬作为一种重要与常见的合金元素，与铁、镍、钴、钛、铝、铜等组成合金后，则成为具有耐热性、热强性、耐磨性及特殊性能的工程材料。这些材料广泛用于航空，宇航，核反应堆，汽车，造船，化工，军工等行业。高铬合金由于较高的铬元素含量，具有较高的硬度及较好的高温抗氧化性、耐腐蚀和耐磨特性。对其进行精密加工时极易出现工具磨损严重、加工损伤大及加工效率低等问题。
电化学辅助机械加工是一种电化学溶解、钝化作用和机械材料去除作用相结合的加工方法。电化学辅助机械加工方法集合了传统的机械加工及电化学加工方法的优点，能实现高去除率、高加工质量、低刀具磨损。专利CN1021189303A、CN101342622A分别介绍了嵌片式复合工具及电化学机械复合加工方法以及电化学机械轴类零件光整与修形复合加工工艺。利用电化学辅助机械复合加工的方法可以有效提高加工效率、提高工具寿命。但上述复合方法都存在工艺条件要求高、加工局限性大等问题。因此，针对于上述问题，提出了基于电化学脱合金化原理的加工预处理方法，以改善高铬合金的加工性能。
电化学脱合金是一种采用电化学方法选择性溶解合金中某一组分，形成微孔结构的表面处理方法，常用于制备组分电位差异大、电化学选择性溶解能力强的合金微纳米结构。由于高铬合金组分电位差异小，传统电化学脱合金方法难以应用。基于Cr、Fe元素在碱性溶液中特殊反应机制，在碱性条件中极化将有助于促进合金表面Fe元素的溶解去除并抑制Cr元素的溶解去除，以达到脱合金化的目的，形成疏松多孔的脱合金预处理层，再利用机械加工方法去除剩余材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于高铬合金电化学脱合金的加工预处理方法，该方法加工过程简单且加工效率高。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于高铬合金电化学脱合金的加工预处理方法，包括以下步骤：
第一步，高铬合金电化学脱合金预处理
将高铬合金工件浸泡入电解液中进行电化学脱合金处理，处理过程采用三电极电化学体系。其中工作电极高铬合金工件，参比电极为Ag/AgCl电极，辅助电极为铂网电极；采用电解液为浓度0.5～2M的NaNO3溶液，使用NaOH溶液调整溶液pH值为8～11；所述的电化学处理为恒电位极化方法，在2～8V恒电位下处理20～600s。
基于Cr、Fe元素在碱性溶液中特殊反应机制，在碱性条件中电化学极化将促进合金表面Fe元素的溶解去除并抑制Cr元素的溶解去除，进而实现脱合金化，高铬合金工件表面形成疏松多孔结构，产生阳极脱合金层。
第二步，机械加工去除预处理层
采用车削、铣削、磨削等机械加工方式去除电化学处理产生的阳极脱合金层，达到最终加工要求；且切削深度与阳极脱合金层厚度一致。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
在制备方法上，本发明针对高铬合金开发了一种新型的基于高铬合金电化学脱合金的加工预处理方法。与已有技术相比，本发明的特征在于经过简单的电化学脱合金反应在高铬合金表面形成疏松多孔的加工预处理层，可以有效提高后续加工过程中加工效率、降低加工力以及减少刀具磨损。
附图说明
图1(a)为原始表面，图1(b)为电化学脱合金预处理表面；
图2为传统机械加工原理图
图3为电化学脱合金预处理加工原理图；
图4为铣削力随加工时间的变化。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例
一种高铬合金超亲水表面的制备方法，具体包括以下步骤：
第一步，高铬合金表面预处理
取高铬合金板件，进行电火花线切割为20mm×20mm，实际加工面积为20mm×20mm，随后采用三电极电化学系统进行电化学处理，其中工作电极为上述预处理后光洁表面的高铬合金，参比电极为Ag/AgCl电极，辅助电极为铂网电极；采用电解液为浓度1.5M的NaNO3溶液，使用NaOH溶液调整溶液pH值为10。
所述的电化学处理为恒电位极化方法，在6V恒电位下处理100s。电化学处理后拿出样件用去离子水冲洗干净，吹干。所得样品表面的扫描电镜照片如图1所示。
第二部，采用铣削的加工方式对预处理区进行加工，刀具为双刃硬质合金涂层立铣刀，刀具刃径0.8mm，刀具转速20000r/min，加工切深为10μm，实现超精密加工。
最后应当说明的是以上所述仅为本发明的优选实例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改性等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于高铬合金电化学脱合金的加工预处理方法，其特征在于以下步骤：
第一步，高铬合金电化学脱合金预处理
将高铬合金工件浸泡入电解液中进行电化学脱合金处理，处理过程采用三电极电化学体系；其中工作电极高铬合金工件，参比电极为Ag/AgCl电极，辅助电极为铂网电极；采用电解液NaNO3溶液，使用NaOH溶液调整溶液pH值为8～11；所述的电化学脱合金处理为恒电位极化方法，在2～8V恒电位下处理20～600s；
基于Cr、Fe元素在碱性溶液中特殊反应机制，在碱性条件中电化学极化将促进合金表面Fe元素的溶解去除并抑制Cr元素的溶解去除，进而实现脱合金化，表面形成疏松多孔结构；
第二步，机械加工去除预处理层
采用机械加工方式去除电化学脱合金处理产生的阳极脱合金层，达到最终加工要求；且切削深度与腐蚀层厚度一致。
2.根据权利要求1所述的一种基于高铬合金电化学脱合金的加工预处理方法，其特征在于，所述步骤1中，NaNO3溶液的浓度为0.5～2M。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于高铬合金电化学脱合金的加工预处理方法，其特征在于，所述的机械加工方式为车削、铣削或磨削。
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