電解加工在生物醫療（liáo）、航空航天等一些領域具有比傳統機械（xiè）加工更為顯著的（de）優勢，而鈦合金由於其自身的特性也使其（qí）更適合於電解加工。

本文綜述了外加電（diàn）壓條件下鈦合金點蝕發展的過程、機理和（hé）抑製點蝕的方法，闡釋了相關抑製點蝕方式的優（yōu）劣，展望了未來電解加工中抑製鈦合金點蝕方法的發展趨勢和研究方向。

鈦是已知的在地殼（ké）中含量最高的元素（sù）之（zhī）一（yī），占比（bǐ）約為（wéi）0.6%。

鈦的密度較（jiào）低（dī），但具（jù）有和普通鋼差不多的強度，鈦及鈦合金是航（háng）空航天領域青睞的（de）選材。

近些年，由於鈦合金出（chū）色的耐腐蝕能力，其應（yīng）用領域得到了很（hěn）大的延伸。

Rolls-Royce公（gōng）司生產（chǎn）的鈦（tài）合（hé）金整體葉盤及其局部特征

電解加工是利用（yòng）金屬在特定電解液中發（fā）生電化學陽極溶解的原（yuán）理將工件加工成形的一種特種加工手段，相比於（yú）普通的機械加工有很多（duō）優勢，如加工效率高、成型精度高、適用材料範圍廣、加（jiā）工工具無磨損（sǔn）、工件上（shàng）不（bú）產生應力等。

電（diàn）解加（jiā）工的鈦合金工件不但（dàn）應用在整體葉盤等精密部件的製造過程中，也在承力隔框、機翼翼盒、起落架梁（liáng）和（hé）航空發動機（jī）機匣（xiá）等主要承力零件上有廣（guǎng）泛應用。

鈦合金在電解液中進行電（diàn）解加工的（de）過程中，自身形成的鈍化膜會阻礙電解加工（gōng）的順利進行，而隨著鈦裸露在電解液中，金屬（shǔ）也會不斷產生新的鈍化膜阻礙陽極溶解。

所以，電解加工施加的電壓U加工（gōng）需要能夠穩（wěn）定地（dì）擊穿鈍化膜，即在（zài）金（jīn）屬陽極表（biǎo）麵形成電化（huà）學加工的過電位。

對鈦合金來說（shuō），電（diàn）解加工（gōng）的過程就是由局部的鈍化膜破裂形成點蝕，隨後點蝕坑疊加直到露出基體，基體金（jīn）屬（shǔ）不（bú）斷溶解並在（zài）表（biǎo）麵交替性形成點蝕和鈍化的過程。

鈦合金點蝕不但關係著電解加工過程的順利進行，也影響製造出零件的表麵質量，是電解（jiě）加工鈦及鈦合金過程中的關鍵。

電解加工簡介及鈦合金

電解加工（gōng）中的陽極行為

電解加工（ECM）是一種基於陽極（jí）溶解的旨在加工出特定（dìng）形狀、尺寸和表麵狀（zhuàng）態的加工方法。

電解加工基本原理（lǐ）

電解加工（gōng）的主要組成有加工電源、電解質溶（róng）液及相應的液體管路和連接電源正負極的金屬工件、工具陰極以及配備的（de）導線。

整個係統可（kě）以形成一個完整的閉合回路，使得金屬陽極表麵可以產生足以分解基體或鈍化膜的電（diàn）壓。

電解（jiě）加工（gōng）開始後，工具陰極以一定的速度相對於工件做進給運動，保持陽（yáng）極和陰（yīn）極的間隙在極小的距離，同時（shí）在工件和電極之間（jiān）通電解質溶液，使（shǐ）得陽極金屬材料在電源電場的作用下快速溶解。

陽極工件（jiàn）表（biǎo）麵最終可以形成與工具陰極相似的輪廓，從（cóng）而達到加（jiā）工的目的，而電解產物則隨著電解液的流動排出。

大多數情況下，電解加工所用的溶液都是中性的無機鹽（yán）水溶液。電解加（jiā）工的許多特性由工件、操作方式和相關技術決定（dìng）。

在（zài）電解加工過程中，鈦合金（jīn）自身帶有強烈（liè）的自鈍化性，可以抑製電（diàn）解加工時的高溶解速率。

鈦本身是一種非常活潑的金屬（shǔ），在空氣中，鈦會和空氣中（zhōng）的氧發生反應，在原位生成一層氧化膜，阻抗（kàng）金屬（shǔ）的（de）進一步腐蝕。

金屬鈦在水溶（róng）液（yè）中的陽極化過程中，也會形成（chéng）相應的氧化膜，且氧化膜的厚度會隨（suí）著陽極電位Ea的不同在較大範圍內變動。

鈦合金/電解質界麵（miàn）模型（xíng）示意

在電解加工過程中，鈦合金、工具陰極和電（diàn）解質組（zǔ）成了一個電化學（xué）係統，形成了鈦合金/電解質界麵和工具陰（yīn）極/電解質界（jiè）麵。

在（zài）外加電壓的條件下（xià），電解質中的陰離子向（xiàng）鈦（tài）合金材料（liào）的方向移動，而溶解的鈦則變為Ti2+溶入電解質溶液中，和水解（jiě）作用產生的OH-反應生成（chéng）氧化物鈍（dùn）化層。

在陽極和電解質表（biǎo）麵反應生（shēng）成的（de）TiO2+呈酸性，會與（yǔ）水中的OH-反應生成穩定的TiO2。

在陽極溶解（jiě）的過程中，外加電場在Ti2+和OH-的幫（bāng）助下可以大大加速氧化膜的形成速率。

為了達到電解加工所需要的（de）陽極高速（sù）溶解的（de）速率，外加電壓需要克服鈦合金鈍化層的阻礙。

為（wéi）了有效去除鈍化層，通常電（diàn）解液中都（dōu）含有一些特定離子，大多是Cl-和Br-，這些鹵素離子在整個反應過（guò）程中起到類似催化劑的作用。

鈦合金在鹵素離子溶液中的反應模型

電解加工（gōng）鈦合金的點蝕原理

金屬點蝕的原理（lǐ）及發展階段

鈍化膜破裂

鈍化膜（mó）破裂是點蝕最開始的步驟，它本身極少發生，即使發生（shēng）又在極短的（de）時間發生在極小的範（fàn）圍內，很難被觀測到。

通（tōng）常將這層鈍化膜簡化為一層保護金（jīn）屬基體不受外界環境侵蝕的膜層，然而實際情況下，金屬鈍化膜由於不同的成分、環境、電壓等因素（sù）會有不同的厚度、結構、成分和相應的保（bǎo）護能力。

鈍化膜的破裂機理目前主要有3種理論：滲（shèn）透理論，主要是指富有侵蝕性的陰離子穿過鈍化（huà）膜到達金屬/金屬氧化物（wù）的界麵，隨後溶解過（guò）程開始；吸附理論（lùn），基於Cl-和（hé）O2-的競爭吸附理論發展而來；破損理論（lùn），假設鈍化膜是一個持續的鈍化膜破（pò）損和修複的過程、鈍化膜的局部破損經（jīng）常發生，為點蝕的（de）萌生提供了必要條件。

亞（yà）穩態（tài）點蝕（shí）

亞穩態點蝕是在再鈍化前（qián），點蝕萌生（shēng）和在極短（duǎn）時間內生長的點蝕，一般在微米級別，時間可能在幾秒甚至（zhì）更短（duǎn）。

亞穩態點蝕能否繼續長大，受溫（wēn）度、外加電場等諸多因素的共同影響（xiǎng）。

點蝕的長大

點蝕的長大受（shòu）到的影響因素主要有材料成分、點蝕電解質濃度和點蝕電位。

點蝕的（de）傳質特性會顯著地（dì）影響點蝕長大動力學，而（ér）點蝕（shí）的穩定性由電解質成分、點蝕電壓等因素共同決定，要維持在一個不能讓再鈍化出現的大小。

電解加工（gōng）鈦合金的點蝕原理

在鈦合金的電解加工過程中，電解液中的鹵素離子對鈍化膜的破裂起著重要作用，鹵素離子對於鈍化膜破裂的嚴重（chóng）程度一般有以下排序F-

以Br-為例，鈍化（huà）膜的破損一般發生在氧離子濃度（dù）更高的位置，這僅僅和Br-的化學性質有關。

圖片

在1 mol/L KBr和0.05 mol/L H2SO4溶液（yè）中，隨著電壓增加（jiā）鈦合金表麵（miàn）發生（shēng）變化示意

在1.2 V的電位下，其電位比Br/Br2這對（duì）的氧化還原電位更低的情況下，鈍化膜總（zǒng）體保持穩定，隻有少量缺陷存在；電壓升到比1.2 V高的時候，在某些微觀的點位，Br-就會被氧化成（chéng）溴氣；當電壓在2~3 V時（shí），可能由於氧化膜變厚導致電（diàn）導率下降，氧化過程才會停止；電壓（yā）大於3 V時（shí），Br-才會緊密地與表麵（miàn）化（huà）學結合，鈍化膜開始溶解（jiě），點蝕開始（shǐ）生長。

電解加工中

抑製鈦合金點蝕的方法

在鈦合金（jīn）電解加工過程中（zhōng），想要抑製其點（diǎn）蝕的發生，得到一個較為平整的加（jiā）工表（biǎo）麵，往往需要（yào）綜（zōng）合（hé）運（yùn）用2種或多種方法，根據（jù）所加工的鈦合金的不（bú）同，同時調節電解液溫度、加工電（diàn）流（liú）密度、電解液（yè）流（liú）速、加工間隙等相關電解加工的（de）參數。

機械（xiè）隔離

物（wù）理隔離或機械隔離的方式即為在非加工麵上加上（shàng）工裝，使（shǐ）得電流無法通過非加工表麵進行傳導，從而（ér）隔開雜散電（diàn）流的作用。

此方法可以比較有效地防止雜散點蝕的產生，但會給夾具等工裝的設（shè）計製造帶來困難。

同時需要製造不同的工裝，因此不適合大批（pī）量的處理工件。

陽極（jí）保護

在零件保護部位輔助以鐵、銅、鋁等金屬材料作（zuò）為犧牲保護層，可有效降低（dī）甚至消除（chú）非加工或已加工部（bù）位點蝕現象（xiàng）。

缺點是需要額外（wài）增加對於待加工工件的預處理，對於鍍層的要求也相對（duì）較高，高速電（diàn）解（jiě）液中（zhōng）不允許出現脫落等嚴重情況。

非水溶液電解加（jiā）工

用非水溶（róng）液的電解液加工鈦合金能夠獲（huò）得比較光亮的加（jiā）工表麵，並解決點蝕及（jí）雜散電流腐蝕（shí）問題，但使（shǐ）用一定時間後（hòu）會出現（xiàn）“老化”現象，且電解液的維（wéi）護比水溶液的維（wéi）護更為困難。

另外，非水溶液的（de）成（chéng）本較高（gāo），不適用於大規模的工業生產。

混氣電解加工

混氣電解加工是將有一定壓（yā）力的氣體與電解液（yè）按（àn）一定比（bǐ）例混（hún）合，使電解液中含有大量氣體，成為氣、液兩相混合物，然後輸入加工區進行電解加工。

混氣加（jiā）工（gōng）的應用可以顯著提高（gāo）電（diàn）解液在電極（jí）間隙內分布的均勻性，使得（dé）電解液的流動條件得（dé）到極大改善（shàn），改善電解加工（gōng）中鈦（tài）合金的點（diǎn）蝕。

但電解加工也存在陰極（jí）製造、加工參數匹配篩選、氣液混（hún）合（hé）裝置的設計等問題，需要綜合考慮（lǜ）此方法（fǎ）的作用。

結論

在電解加工鈦合金的過程中，主要難點在於克服鈦合（hé）金表麵易鈍化的特性以達到電解加工所需要的高速陽極溶解，而通過加入對鈍化層具有（yǒu）激活作用的離子可以比較有效地克服這個困難，降低鈍化層的激活電壓。

然而激（jī）活離子的加入也會引（yǐn）起鈦合金非加工麵的點（diǎn）蝕，同時降低加工麵和非（fēi）加工麵的（de）表麵質（zhì）量。

研究人員已經（jīng）通過陽極遮擋法、混合電解液法、混氣加（jiā）工法等方法試（shì）圖減少非（fēi）加工麵（miàn）的點蝕（shí）對表麵質量帶來的影響，取得（dé）了不錯的效果。

今後（hòu）的研究重點（diǎn）主要有以下幾個方（fāng）向：先（xiān）進加工工藝（yì）研（yán）究，包括研究含有（yǒu）不同離子的電解液、研究非水溶液的電解液、探（tàn）索更適合的工作電流（liú）施加大小和方式等；工裝研究，包括陰極夾持裝置、非加工麵的裝置及遮擋方式、陰極加工方法及（jí）裝置（zhì）等；在不同加工（gōng）溶液及條件下，鈦及鈦合（hé）金鈍化膜在電（diàn）場作用下的穩定狀態（tài）和穩定去除機製的研究。