電解加工在生物醫療、航空航天等一些（xiē）領域具有比傳統機械加工更為（wéi）顯著的優勢，而鈦合金由於其自身的特（tè）性也使其（qí）更適合（hé）於電解加工。

本（běn）文綜（zōng）述了外加（jiā）電壓條件下鈦合金點蝕發展的過程、機理和抑製點蝕的方法，闡釋了相關抑製點（diǎn）蝕方式（shì）的優劣，展望了未來電解加工中抑製鈦合金點蝕（shí）方法的發展趨勢和研究方向。

鈦是已知的在地殼（ké）中含量最高的元素之一（yī），占比約為0.6%。

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

近些年，由於鈦合金出色（sè）的耐腐蝕能力，其應用領域得到了很大的延伸。

Rolls-Royce公司生產（chǎn）的鈦合金（jīn）整體葉盤及其（qí）局部特（tè）征

電（diàn）解加工是利用金屬在特定電解液中發生電化學陽極溶解的原理將工件加工成形（xíng）的（de）一種特種加工手段，相比於普通的機械加工有很多優勢（shì），如加工效（xiào）率（lǜ）高、成型精度高、適用材料範圍廣、加（jiā）工工具無磨損、工件上不產生應力等。

電（diàn）解加工的鈦合金工件不但（dàn）應用在整體（tǐ）葉盤等精密部件的製造過程中，也在承力隔框、機翼翼盒、起落架梁和航空發動機機（jī）匣等主要承力零件上有廣泛應（yīng）用。

鈦合金在電解液中進行（háng）電解加工的過（guò）程中，自身（shēn）形成的鈍化膜（mó）會阻礙電解加工的順利進行，而隨著鈦裸露在電解液中，金屬也會不（bú）斷產生新（xīn）的鈍化膜阻礙陽（yáng）極（jí）溶解。

所以，電解加工施加的（de）電壓U加工需要能夠穩定地擊穿鈍化膜，即在金屬（shǔ）陽極（jí）表麵形成電化學加工的過電位。

對鈦合金來說（shuō），電解加工的（de）過程就是由局部的鈍化膜破裂（liè）形成（chéng）點蝕，隨後（hòu）點蝕坑疊加直到露出基體，基體金屬不斷溶解並在表麵交替性形成（chéng）點蝕（shí）和鈍化的過程。

鈦（tài）合金點蝕不但（dàn）關係（xì）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

電解加工中的陽極行為

電（diàn）解加工（ECM）是一種基於陽（yáng）極溶解的旨在加工出特定形狀、尺寸和表麵狀態的加工（gōng）方法。

電解加工基本原理（lǐ）

電解加工的（de）主（zhǔ）要組（zǔ）成有加（jiā）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（xiàn）。

整個係統可以（yǐ）形成（chéng）一個完（wán）整的閉合回路，使得金屬陽（yáng）極表麵可以產（chǎn）生足以分（fèn）解基體（tǐ）或鈍化膜的電壓。

電解加工開始後，工具（jù）陰極以一定（dìng）的速度相對（duì）於工件做進給運動，保持陽極和陰極的間隙在極小的距離，同時在（zài）工件和電極之間通電解質溶液，使得陽極金屬材料在電源電場的作用下快速溶解。

陽極工件表麵最終可以形成與工具陰極相似的輪（lún）廓，從（cóng）而達到加工的（de）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（wú）機鹽水（shuǐ）溶（róng）液。電解加工（gōng）的許多特性由工件、操作方式和（hé）相（xiàng）關技術決定。

在電解加工（gōng）過程中，鈦合金自身帶有強烈的（de）自鈍化性，可以抑製電解（jiě）加工時的高溶解速率。

鈦本身是一種非（fēi）常活潑的金屬，在空氣中（zhōng），鈦會和空氣中的氧發生反（fǎn）應，在原位生成一層氧化膜，阻抗金屬的進（jìn）一步腐蝕。

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

鈦合金/電解質界麵模型示意

在電解加工過程中，鈦合金、工具陰極（jí）和電解（jiě）質組成了一（yī）個電化學係統（tǒng），形成了鈦合金/電解質（zhì）界麵（miàn）和工具陰極/電（diàn）解質界麵。

在外加電壓的條件下，電解質中的陰離子向（xiàng）鈦合（hé）金材料的（de）方向移動，而溶（róng）解的鈦則變為Ti2+溶入電解質溶液中，和水解作用產生的OH-反應生成氧化（huà）物鈍化層。

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

在陽極（jí）溶解的過程（chéng）中，外加電場在Ti2+和OH-的幫助（zhù）下可（kě）以大大加速氧化膜的形成速（sù）率。

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

為了有效去（qù）除鈍化層，通常電（diàn）解液中都含有一些特定離子，大多是Cl-和（hé）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（yòng）。

鈦合金在鹵素離子溶液中的反（fǎn）應模型

電解加工鈦（tài）合金的點蝕原理

金屬點蝕的原理及發展階段

鈍化膜破裂

鈍化（huà）膜（mó）破裂（liè）是點蝕最開始的步驟，它本身極少發生，即使發生又在極短的時間發生在（zài）極小的範圍內，很（hěn）難被觀測到。

通常將這層鈍化膜簡化為一層保護金屬基體不受外界環境侵蝕的膜（mó）層，然而實際情（qíng）況下，金屬鈍化膜由於不（bú）同的成分、環境、電壓等因素會有不同（tóng）的厚（hòu）度、結構、成分和相應（yīng）的保護能力。

鈍化膜的破（pò）裂機理目前主要有3種理論：滲透理論，主要是指（zhǐ）富有侵蝕性的陰離子穿過鈍化（huà）膜到達金（jīn）屬/金屬（shǔ）氧化物的界麵，隨後溶解過（guò）程開始；吸附理論，基於Cl-和O2-的競（jìng）爭吸附理論發展而來；破損理論，假設鈍化膜是一個持續（xù）的鈍化膜破損和修複（fù）的過程、鈍化膜的局部破損（sǔn）經常發生，為點蝕的萌生提供了必要條件。

亞穩態點蝕

亞穩態點蝕是在再鈍化前，點蝕萌生和在極短時間內生長的點蝕，一般在微（wēi）米（mǐ）級別，時間可能在幾秒甚至更短。

亞穩態點蝕能否繼續長大，受溫度、外加電場等諸多因素的共同（tóng）影響。

點蝕的長大

點蝕的長大受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。

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

電解加工鈦合金的（de）點蝕原理

在鈦合（hé）金的電解加工過程中，電解液中的鹵素離子對鈍化膜（mó）的破裂起著重要作用，鹵素離子對於鈍化膜破（pò）裂的（de）嚴重程度一般有以下排（pái）序F-

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

圖片

在1 mol/L KBr和0.05 mol/L H2SO4溶液中，隨著電壓增加鈦合金表麵發生變化示意

在（zài）1.2 V的電位下，其電（diàn）位比（bǐ）Br/Br2這對的氧化還原電位更低的情況（kuàng）下，鈍（dùn）化膜總體保持穩定，隻（zhī）有少量（liàng）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-就會被氧化成溴氣；當電壓在2~3 V時（shí），可能由於氧（yǎng）化膜變厚導（dǎo）致電導率下（xià）降，氧化過程才會（huì）停止；電壓大於3 V時，Br-才會緊密地與表麵化學結合，鈍化膜開始溶解，點蝕開始生長（zhǎng）。

電解加工中

抑製鈦合金點蝕的方法

在鈦合金（jīn）電解加（jiā）工過程中，想要抑製其點蝕的發生，得到一個較為平整的加工表麵，往往需要綜合運用2種或多（duō）種方法，根（gēn）據所加工的鈦合金的不同，同時調節（jiē）電解液溫度、加工電流（liú）密度、電解（jiě）液流速、加工間隙等相關電解加工的參數。

機械隔離

物理隔離或機械隔離的方式（shì）即（jí）為（wéi）在非加工麵上加（jiā）上工裝，使得電流無法通過（guò）非（fēi）加工（gōng）表麵進行傳導，從而隔開雜散電流的作用。

此方法可以比較有效地防止雜（zá）散（sàn）點蝕的產生（shēng），但（dàn）會給夾具等工裝的設計製造帶來困難。

同時（shí）需要製（zhì）造不同的工裝，因此不適（shì）合大批量的處理工件。

陽極保護

在零件（jiàn）保護部位輔助以鐵（tiě）、銅、鋁等金（jīn）屬材（cái）料作為（wéi）犧牲保護層，可有效降低甚至消除非加工或已加工部位點（diǎn）蝕現象。

缺點是需要額外增加對於待（dài）加（jiā）工工件的預處（chù）理，對於鍍層的（de）要求也相對較高，高速電解液中不允許出（chū）現（xiàn）脫落等嚴重情況。

非水溶（róng）液電解（jiě）加工

用非（fēi）水溶液的（de）電（diàn）解液加（jiā）工鈦合金（jīn）能夠獲得比較光亮的加工表麵，並解決點蝕（shí）及雜散電流腐蝕（shí）問題，但使用一定時間後會出現“老化”現象，且電解液的維護比水溶液的維護（hù）更為困難。

另外，非水溶液的成本較高（gāo），不適用於大（dà）規模的工業生產。

混氣電解加工

混（hún）氣電解加工（gōng）是將有一定壓力的氣體與電解液按一定比例混合，使電解液（yè）中含有（yǒu）大量氣體，成為氣、液兩相混合物，然後輸入（rù）加（jiā）工區進行電解加工。

混氣加工的應用可以顯著提高電解液在電極間（jiān）隙內分布的均勻性，使得電（diàn）解液的流動條件得到極大改（gǎi）善，改（gǎi）善（shàn）電解加工中鈦合金的點蝕。

但電解加工也存在陰極製造、加工參數（shù）匹配（pèi）篩（shāi）選、氣液混合（hé）裝置的（de）設（shè）計等問題，需要綜合考慮此方法的作（zuò）用。

結論

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

然而（ér）激活離子的加入也會引起鈦合（hé）金非加工麵（miàn）的點蝕，同時降低加工麵（miàn）和非加工麵的表麵質量（liàng）。

研究人員已經通過陽極遮擋法、混合（hé）電解液法、混氣加工（gōng）法（fǎ）等方法試圖減少非加工麵的點蝕對表麵質量（liàng）帶來的影響，取得了不（bú）錯（cuò）的（de）效果（guǒ）。

今後的研究（jiū）重點主要有以下幾（jǐ）個方向（xiàng）：先進加工工藝研（yán）究，包括研究含有（yǒu）不同離（lí）子的電解液、研究非水溶液的電解液、探索更適合的工作電流施加大小和方式等；工裝研究，包括陰極夾持裝（zhuāng）置、非加工（gōng）麵的裝置及（jí）遮擋方（fāng）式、陰極加工方法及裝（zhuāng）置等；在不同加工溶液及條件下，鈦及鈦合金鈍（dùn）化膜在電場作（zuò）用下的（de）穩定狀（zhuàng）態和穩定（dìng）去除機製的研究。