第1章 电解加工基本原理
电解加工的基本原理是电化学阳极溶解,而这一电化学过程又建立在电解加工间隙中特定的电场、流场分布的基础上,故电场理论、流场理论以及电化学阳极溶解理论构成了研究电解加工原理及工艺的三大基础理论。早期电解加工原理的分析只限于引用经典静电场理论和在低电流密度、静止电解液条件下的经典电化学(电镀)理论,结果或带来误差,或对于一些实际问题不能解释,甚至还得出某些错误的结论。随着人们对电解加工过程中小加工间隙、大加工电流密度、高电解液流速这三项工艺条件、工艺特点的认识,逐渐加深了对电解加工过程中电场、流场和电化学溶解速度场三者的新特点及其相互依存、相互影响的密切关系的了解,从而使电解加工的理论研究及工程实践得到继续发展。本章将基于上述三大基础理论,结合电解加工工艺条件,论述电解加工的基本原理。
1.1 电解加工过程的电化学特性
1.1.1 电解和电解加工
一、电解
电解是电化学基础理论中的一个基本概念。所谓电解,是指在一定外加电压下,将直流电流通过电解池,在两极分别发生氧化反应和还原反应的电化学过程。电解池由两个金属导体分别插入电解质溶液构成。以电解铁为例,其电解池构成及电解过程的示意见图1—1。图中电解质溶液简称为电解液,如中性盐NaCl水溶液;分别连接直流电源正负两极的金属铁片和金属铜片插入电解液作为电极(基于电化学理论的严格概念,“电极”是指“金属/溶液”体系,即包括金属及其相邻的电解液界面两部分组成;但从工程角度,习惯上常把“金属/溶液”体系 中的金属部分称为电极),连接直流电源正极的金属铁片称为阳极,而连接直流电源负极的金 属铜片称为阴极。接通直流电源并逐渐增加两极间直流电压、,则有电流通过电解池并逐渐增大。其导电过程的机理是:在外电场作用下,金属导体中的自由电子定向运动,电解液中的阴、阳离子分别向阳、阴极移动,在“金属/溶液”界面上进行有电子参与的电化学反应,即电极反应,如此而形成完整的导电回路。
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