电解加工是利用金属在特定电解液中发生电化学阳极溶解的原理将工件加工成形的一种特种加工手段,相比于普通的机械加工有很多优势,如加工效率高、成型精度高、适用材料范围广、加工工具无磨损、工件上不产生应力等。
电解加工的钛合金工件不但应用在整体叶盘等精密部件的制造过程中,也在承力隔框、机翼翼盒、起落架梁和航空发动机机匣等主要承力零件上有广泛应用。
钛合金在电解液中进行电解加工的过程中,自身形成的钝化膜会阻碍电解加工的顺利进行,而随着钛裸露在电解液中,金属也会不断产生新的钝化膜阻碍阳极溶解。
所以,电解加工施加的电压U加工需要能够稳定地击穿钝化膜,即在金属阳极表面形成电化学加工的过电位。
对钛合金来说,电解加工的过程就是由局部的钝化膜破裂形成点蚀,随后点蚀坑叠加直到露出基体,基体金属不断溶解并在表面交替性形成点蚀和钝化的过程。
钛合金点蚀不但关系着电解加工过程的顺利进行,也影响制造出零件的表面质量,是电解加工钛及钛合金过程中的关键。
混气电解加工是将有一定压力的气体与电解液按一定比例混合,使电解液中含有大量气体,成为气、液两相混合物,然后输入加工区进行电解加工。
混气加工的应用可以显著提高电解液在电极间隙内分布的均匀性,使得电解液的流动条件得到极大改善,改善电解加工中钛合金的点蚀。
但电解加工也存在阴极制造、加工参数匹配筛选、气液混合装置的设计等问题,需要综合考虑此方法的作用。
结论
在电解加工钛合金的过程中,主要难点在于克服钛合金表面易钝化的特性以达到电解加工所需要的高速阳极溶解,而通过加入对钝化层具有激活作用的离子可以比较有效地克服这个困难,降低钝化层的激活电压。
然而激活离子的加入也会引起钛合金非加工面的点蚀,同时降低加工面和非加工面的表面质量。
研究人员已经通过阳极遮挡法、混合电解液法、混气加工法等方法试图减少非加工面的点蚀对表面质量带来的影响,取得了不错的效果。
今后的研究重点主要有以下几个方向:先进加工工艺研究,包括研究含有不同离子的电解液、研究非水溶液的电解液、探索更适合的工作电流施加大小和方式等;工装研究,包括阴极夹持装置、非加工面的装置及遮挡方式、阴极加工方法及装置等;在不同加工溶液及条件下,钛及钛合金钝化膜在电场作用下的稳定状态和稳定去除机制的研究。 |