电化学加工(电化学加工技术一本通)

现代科学技术发展日新月异，近些年电化学加工涌现许多新技术和新工艺，为向读者展示现代电化学加工发展状况及先进技术，特编写本书。
本书以电化学去除(电解加工，电解磨削加工)、沉积(电镀、电铸)、表面加工(电化学抛光、表面处理)、复合加工(与电火花、激光、超声、机械等复合)和微细加工为主线，系统讲解各种电化学加工方法的原理、彼此异同和适用场合。
本书可作为高等院校机械制造专业教材，也可供从事电化学加工的科研、生产人员及高、中级技术人员学习参考。

曹凤国，原北京电加工研究所所长，原北京科学研究院院长，现任中国发明协会副理事长，北京发明协会理事长，北京市科学技术协会副主席，中国机械工程学会特种加工分会副主任委员，北京创造学会副理事长，国际电加工学会（ISEM）技术委员会委员，中国模具工业协会拉丝模专业委员会。
曹凤国三十年来主要从事精密特种加工（电火花、激光、超声波加工等）、光机电一体化等现代制造技术的研究工作。先后取得国家、省部级重大科研成果二十多项,其中获得国家发明二等奖1项、国际发明奖3项，省部级科技进步一等奖2项、二等奖六项、三等奖6项。同时在国内外学术会议及刊物发表论文60余篇，在国内外享有很高的声誉。1984年被国家科委评为首批*有突出贡献的中青年专家并享受政府特殊津贴。1993年当选为中国机械工程学会电加工学会副理事长。1995年在瑞士洛桑举行的第11届国际电加工学术会议上被选为国际电加工学会技术委员会委员。先后三次被评为北京市劳动模范。1998年，任北京市科学技术研究院院长，北京精密特种加工中心首席专家，一直承担国家自然科学基金项目和北京市多项重大科技项目。

绪 论
0.1 电化学加工的主要研究内容 1
0.1.1 电解加工和电解磨削加工 1
0.1.2 电镀加工和电铸加工 2
0.1.3 电化学表面处理和电化学抛光 2
0.1.4 电化学复合加工及微细电化学加工 2
0.2 电化学加工的现状和发展趋势 2
0.2.1 电解加工的现状和发展趋势 3
0.2.2 电镀加工的现状和发展趋势 5
0.2.3 电铸加工的现状和发展趋势 7

第1篇　电化学加工基本理论
第1章 电极与电解质溶液
1.1 导体 12
1.2 电极反应 12
1.3 电解质和电解质溶液 13
1.4 电解质溶液导电机理 13
1.5 法拉第定律 14
1.6 电导与电导率 16
1.7 离子迁移及电迁移 17
1.8 离子迁移数的测定方法 19
第2章 可逆电极过程
2.1 可逆电池与可逆电极 22
2.1.1 可逆电池 22
2.1.2 可逆电极 23
2.2 电池电动势与电极电势 24
2.2.1 原电池的电动势 24
2.2.2 内电位与外电位 25
2.2.3 电极电位的产生 26
2.2.4 液体接界电势 26
2.2.5 标准电极电势 27
第3章 不可逆电极过程
3.1 双电层结构 30
3.2 分解电压与极化 32
3.2.1 分解电压与残余电流 32
3.2.2 电极的极化 33
3.2.3 极化曲线 35
3.3 电极/溶液界面的电解产物 35
3.4 电极反应机理及影响反应速率的因素 36
3.4.1 电极反应特点 36
3.4.2 电极反应基本历程 37
3.4.3 电极反应的控制步骤 37
3.4.4 液相中的传质方式 38
3.4.5 影响电极反应速率的因素 38
第4章 金属的腐蚀与防护
4.1 金属腐蚀机理 40
4.2 金属腐蚀电池 41
4.2.1 微电池与大电池腐蚀 41
4.2.2 浓差电池腐蚀 42
4.2.3 析氢、耗氧腐蚀及次生腐蚀 42
4.3 金属腐蚀形态 43
4.4 金属腐蚀控制 43
4.4.1 金属的非电化学防护 43
4.4.2 金属的电化学保护 44

第2篇　电化学去除加工
第5章 电解加工
5.1 电解加工基本原理和特点 48
5.1.1 电解加工基本原理 48
5.1.2 电解加工的特点 49
5.2 电解加工的电极反应过程 50
5.2.1 电解液为氯化钠水溶液的电极反应 50
5.2.2 电解液为氯酸钠水溶液的电极反应 51
5.3 电解加工的基本工艺规律 52
5.3.1 电解加工的生产率及影响因素 52
5.3.2 电解加工的加工精度和表面质量 54
5.3.3 提高电解加工精度的主要途径 55
5.4 混气电解加工 55
5.4.1 混气电解加工原理及特点 55
5.4.2 气液混合比的计算 56
5.4.3 混气电解加工实例 57
5.5 电解加工设备 57
5.5.1 电解加工机床的基本构成与类型 57
5.5.2 机床主体 59
5.5.3 直流稳压电源 59
5.5.4 电解液系统 60
5.5.5 电解加工设备的维护与保养 61
5.6 电解加工用工具阴极 62
5.6.1 阴极的流场设计 62
5.6.2 阴极的尺寸设计 70
5.6.3 常用阴极材料、绝缘与导电等问题 74
5.7 电解液 76
5.7.1 对电解液的基本要求 76
5.7.2 电解液的类别与性能 77
5.7.3 电解液的选择原则 81
5.8 电解加工的应用实例 82
5.8.1 穿孔套切加工 82
5.8.2 加工型面和型腔 83
5.8.3 内花键、炮管膛线等内型面加工 83
5.8.4 去毛刺、倒圆角 84
5.8.5 电解刻蚀 86
5.8.6 电解车削 87
5.8.7 电解铣削 88
5.8.8 电解切割 88
5.8.9 管件内腔电解扩孔 89
5.8.10 电解取折断工具 89
5.8.11 在线电解修整砂轮技术 91
5.9 电解加工的技术发展 91
5.9.1 脉冲电流电解加工 91
5.9.2 小间隙电解加工 93
5.9.3 小孔电液束加工 94
5.9.4 电解擦削 95
5.9.5 数控展成电解加工 96
5.9.6 精密电解加工 97
第6章 电解磨削加工
6.1 电解磨削的基本原理和加工蚀除的计算 98
6.1.1 电解磨削的基本原理及特点 98
6.1.2 电解磨削加工蚀除的计算 99
6.2 影响电解磨削生产率和加工质量的因素 100
6.2.1 提高电解磨削加工效率的主要方法 100
6.2.2 影响电解磨削加工精度的主要因素 101
6.2.3 影响加工表面粗糙度的主要因素 103
6.3 电解磨削中电解液选择和非加工表面保护 104
6.3.1 电解液的选择原则 104
6.3.2 几种电解液配方及其中主要电解质的作用 105
6.3.3 电解液的过滤 107
6.3.4 非加工表面保护 107
6.4 导电磨轮的制作与应用 108
6.4.1 烧结式磨轮的结构特点与应用 109
6.4.2 填充式磨轮的结构特点与应用 112
6.4.3 镶嵌式磨轮的结构特点与应用 112
6.4.4 组合式磨轮的结构特点与应用 113
6.5 电解磨削设备及加工工艺 113
6.5.1 电解磨削设备组成及设备改造应遵循的原则 113
6.5.2 电解磨削的加工方式及加工工艺 115

第3篇　电化学沉积加工
第7章 电镀加工
7.1 电镀加工简介 122
7.1.1 电镀加工的基本概念 122
7.1.2 电镀层的分类 123
7.2 电镀基本原理及影响镀层组织的因素 124
7.2.1 电镀加工的原理 124
7.2.2 金属的电沉积过程 124
7.2.3 金属离子从水溶液中阴极还原的可能性 127
7.2.4 电镀层在阴极表面的分布 128
7.2.5 影响镀层组织的因素 131
7.3 电镀加工设备 137
7.3.1 电镀电源 138
7.3.2 电镀槽 140
7.3.3 挂具 140
7.4 金属制件电镀前表面处理 141
7.4.1 金属制件电镀前表面处理的重要性 141
7.4.2 粗糙表面的机械处理 142
7.4.3 除油 143
7.4.4 浸蚀 143
7.4.5 金属制件电镀前表面处理的新工艺 144
7.4.6 电镀前表面处理的工艺流程 145
7.5 金属制件的电镀加工 146
7.5.1 单金属电镀 146
7.5.2 贵重金属电镀 157
7.5.3 合金电镀 159
7.5.4 非晶态合金电镀 162
7.5.5 复合电镀 163
7.5.6 脉冲电镀 167
7.5.7 熔盐电镀 168
7.5.8 电刷镀 169
7.5.9 摩擦电喷镀 175
7.5.10 电镀加工应用实例 176
7.5.11 电刷镀加工应用实例 178
7.6 非金属制件的电镀加工 180
7.6.1 非金属制件电镀前的表面处理 180
7.6.2 ABS塑料制品电镀 182
7.6.3 石膏与木材的电镀 183
7.6.4 木材的电镀 184
7.6.5 玻璃与陶瓷的电镀 184
7.6.6 非金属制件电镀加工应用实例 186
7.7 电镀连接技术 187
7.7.1 铀合金的电镀连接 188
7.7.2 铍的电镀连接 188
7.8 其他镀膜技术 189
7.8.1 化学镀 189
7.8.2 化学气相沉积 190
7.8.3 真空镀膜 190
7.8.4 热喷镀 192
第8章 电铸加工
8.1 电铸加工基本原理和特点 193
8.1.1 电铸加工基本原理 193
8.1.2 电铸加工的特点 194
8.2 电铸设备及电铸工艺流程 194
8.2.1 电铸设备 194
8.2.2 电铸工艺流程 198
8.3 电铸原模设计与制作 199
8.3.1 电铸原模的材料选择 199
8.3.2 电铸原模的设计要求 200
8.3.3 电铸原模的制造 201
8.3.4 电铸原模的表面处理 202
8.4 电铸工艺 204
8.4.1 电铸液的选择 204
8.4.2 改善电铸质量，提高电铸速度的措施 205
8.4.3 电铸镍 209
8.4.4 电铸铜 210
8.4.5 电铸铁 211
8.4.6 电铸合金与稀贵金属 211
8.4.7 电铸后处理及电铸制品质量检验 211
8.5 电铸应用实例 213
8.5.1 光碟模具电铸 213
8.5.2 波导管电铸 214
8.5.3 金首饰电铸 215
8.5.4 微型电铸 215

第4篇　电化学表面加工
第9章 电化学表面加工
9.1 电化学表面加工基本概念 218
9.2 铝与铝合金表面处理 218
9.2.1 阳极氧化表面处理工艺流程 218
9.2.2 阳极氧化处理 219
9.2.3 铝制品的着色工艺 220
9.2.4 着色处理的工艺要点 221
9.3 铜及其合金的电化学着色 222
9.4 不锈钢的电化学着色 223
9.5 特殊的阳极氧化、着色工艺 224
9.5.1 宝石膜生成法 224
9.5.2 周期换向电流氧化 224
9.5.3 铝及铝合金阳极着云彩色工艺 225
9.6 其他金属着色技术简介 227
第10章 电化学抛光
10.1 电化学抛光的基本原理 228
10.2 电化学抛光基本规律 230
10.2.1 电解液成分 230
10.2.2 电流密度 231
10.2.3 电解液的温度 231
10.2.4 电化学抛光的持续时间 232
10.2.5 电化学抛光的工作条件 233
10.3 电化学抛光后金属面的性能 233
10.3.1 力学性能 233
10.3.2 光学性能 234
10.3.3 耐蚀性 234
10.3.4 磁性 235
10.4 电化学抛光的工艺流程 235
10.4.1 电化学抛光的基本工艺流程 235
10.4.2 电化学抛光前零件的预处理 237
10.4.3 电化学抛光 238
10.4.4 电化学抛光后零件的加工 238
10.4.5 电化学抛光工艺流程典型实例 238
10.4.6 电化学抛光注意事项 239
10.5 电化学抛光设备 240
10.5.1 电源系统 240
10.5.2 电解液槽 241
10.5.3 阴极设计 244
10.5.4 夹具 245
10.5.5 辅助工具及其他设备 245
10.6 电化学抛光在工业中的应用 246
10.6.1 零件的光整加工 246
10.6.2 精密零件的精加工 246
10.6.3 切削工具的电化学抛光 247
10.6.4 计量工具的电化学抛光 247
10.6.5 显现金属表面的缺陷 248
10.6.6 毛坯和半成品的电化学抛光 248
10.6.7 金相磨片的制备 248
10.7 电化学抛光中新技术、新工艺 249
10.7.1 深孔高效整平电解加工 249
10.7.2 脉冲电化学光整加工 253
10.8 电化学抛光加工的应用实例 255
10.8.1 12Cr18Ni9Ti的电化学抛光 255
10.8.2 30Cr13、40Cr13不锈钢制品的电化学抛光 255
10.8.3 316L不锈钢血管支架材料的电化学抛光 255
10.8.4 其他几种材料的电化学抛光 256
10.8.5 几种应用电化学抛光的样品 257

第5篇　电化学复合加工及微细电化学加工
第11章 电化学机械复合加工
11.1 电化学机械复合加工原理及特点 260
11.2 常见电化学机械复合加工方式 261
11.2.1 电解复合珩磨 261
11.2.2 电解复合超精加工 262
11.2.3 电解复合研磨 263
11.2.4 电解复合抛光 263
11.2.5 电解砂带磨削 264
第12章 其他电化学复合加工
12.1 电解电火花复合加工 267
12.1.1 电源及电解液对加工精度的影响 268
12.1.2 工艺参数对加工精度的影响 268
12.2 电解超声复合加工 269
12.2.1 电解超声复合加工的基本原理和特点 269
12.2.2 电解超声复合抛光 270
12.3 振动电镀复合加工 271
12.3.1 振动电镀的基本特征 271
12.3.2 振动电镀的优点 272
12.4 超声化学镀 272
12.5 激光电化学加工 274
12.5.1 激光电镀 274
12.5.2 激光化学镀 275
12.5.3 激光电化学刻蚀 276
12.6 激光辅助喷射液束电解加工 276
12.6.1 激光辅助电解射流复合加工机理 277
12.6.2 激光辅助电解射流加工工艺对系统装置的技术要求 277
12.7 磁力电化学加工 278
第13章 微细电化学加工
13.1 微细电化学加工的特点 280
13.2 微细电化学加工的应用 280
13.2.1 无掩膜微细电化学加工 281
13.2.2 掩膜微细电化学加工 283
13.2.3 约束刻蚀剂层技术 287
参考文献 289