维告试hp/ www Cyvip com 第57卷第3期 2006年3月 Journal of Chemical Industry and Engineering (China) March 2006 研究简报 超纯水电解加工机理及工艺基础 鲍怀谦,徐家文 (南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016) 关键词:超纯水;电解加工;阳离子交换膜 中图分类号:TG662 文献标识码:A 文章编号:0438-1157(2006)03-0626-04 Mechanism and technological foundation of ECM in ultra-pure water BAO Huaigian, XU Jiawen (School of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University o Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, Jiangsu, Chin Abstract: In order to develop green manufacturing and microfabrication, an innovative electrochemical machining method was introduced, that is the electrochemical machining(ECM) technology in ultra-pure water. The relative relationship of water dissociation and current density under the function of strong acid cation exchange membrane was studied, and the mechanism of electrochemical machining in ultra-pure water was also explored On the basis of theoretical analysis, the significance of two turning points of the voltage-current density characteristic curve was presented. As the result of water dissociation and machining experiments, the factors affecting current density were determined Key words: ultra-pure water; electrochemical machining (ECM); cation exchange membrane 引言 规电解液的电解加工构想,显示了其在微细、精 密加工领域良好的应用前景.常温、常压下,超纯 超纯水电解加工是在常规电解加工原理的基础水中OH浓度只有10-7mol·L,在电场强度 上,利用超纯水作电解液,并采用强酸性阳离子交为4×10V·m-1的条件下,电流密度只能达到 换膜来提高超纯水中OH离子的浓度,使电流密105A·cm-2数量级,达不到电解去除材料的条 度达到足够去除材料的一种新型电解加工工艺方件,但通过强酸性阳离子交换膜促进纯水的解离而 法,自20世纪50年代电解加工问世以来,因其具提高纯水中离子浓度后,在同样电场强度下,可以 有加工效率高、表面质量好、无切削力等优点而得提高电流密度达到10A·cm-2数量级.而电流密 到发展和应用.但在传统电解加工中,通常采用具度进入1~10A·cm-2范围内,相应电解加工Cu 有腐蚀性的电解质水溶液作电解液,对加工环境、Mo、Fe的速率可以达到1~10μm·min1数量 加工零件产生污染、腐蚀等作用,这大大限制了电级,这已进入实用微细电解加工速度范围,展现了 解加工的可持续发展和其在微细加工中的应用.其在微细加工中应用的可行性.并且比使用一般电 为了解决这些问题,日本学者提出以超纯水代替常解液的微细电解加工环境清洁,对加工零件和设备 2005-04-12收到初稿,2005-12-13收到修改稿 联系人及第一作者:鲍怀谦(1977-),男,博士研究生, Corresponding author: BAo Huaiqian, PhD candidate. 基金项目:航空科学基金项目(02H52049) 3. com supported by the Aeronautics Science Foundation (02H52049)第 57卷 第 3期 2006年 3月 化 工 Journal of Chemical Industry 学 报 and Engineering (China) Vo1．57 No．3 M arch 2006 超 纯水 电解 加 工机 理及 工艺 基 础 鲍 怀谦 ，徐 家 文 (南 京航空航天大学机电学院 ，江苏 南京 210016) 关键词 ：超纯水 ；电锯加 工；阳离子交换膜 中图分类号 ：TG 662 文 献标识码 ：A 文章编号 ：0438—1157(2006)03一O626一O4 M echanism and technologicalfoundation ofECM in ultra—purewater BAO Huaiqian。XU Jiawen (SchoolofMechanicaland ElectricalEngineering，NanjingUniversityof AeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，Jiangsu，China) Abstract： Inorderto develop green manufacturing and microfabrication，an innovative electrochemical machiningmethodwasintroduced，thatistheelectrochemicalmachining (ECM ) technologyinultra—pure water． Therelativerelationshipofwaterdissociationandcurrentdensityunderthefunctionofstrongacid cation exchange membrane was studied，and the m echanism Of electrochemicalm achining in ultra—pure waterwasalsoexplored．Onthebasisoftheoreticalanalysis，thesignificanceoftWO turning pointsofthe voltage—current density characteristic curve was presented． As the result of water dissociation and machining experim ents，the factorsaffecting currentdensityweredeterm ined． Key words： ultra—purewater； electrochemicalmachining (ECM )； cation exchangem em brane 丘 超纯水 电解 加工 是 在常规 电解 加 工原理 的基 础 上 ，利用超 纯水 作 电解 液 ，并 采 用强 酸性 阳离子 交 换膜 来提 高超 纯 水 中 OH 离 子 的浓 度 ，使 电流 密 度 达到 足够 去 除材 料 的 一种 新 型 电解 加 工工 艺 方 法． 自20世纪 50年代 电解加工问世以来 ，因其具 有加工效率高 、表面质量好 、无切削力等优点而得 到发展和应用．但在传统电解加工中，通常采用具 有腐 蚀性 的 电解 质 水溶 液 作 电解 液 ，对加 工 环 境 、 加 工零件 产生 污染 、腐 蚀 等作 用 ，这 大大 限制 了 电 解 加工 的可持 续 发 展 和 其在 微 细 加工 中 的应 用[． 为了解决这些问题 ，日本学者提出以超纯水代替常 2005-04～lg收到初稿 ，2005—12—13收到修改稿． 联系人殛第一作者 ：鲍怀谦 (1977～)，男 。博士研究生 基金项 目：航 空科学 基金项 目 (02H52049)． 规 电解液的电解加工构想l_2]，显示 了其在微细、精 密加工领域 良好 的应用前景． 常温、常压下 ，超纯 水 中 OH～浓 度 只 有 10 mol·L ，在 电场 强 度 为 4×10 V ·m 的条件下 ，电流密度 只能达到 10 A ·cm 数 量 级 ，达 不 到 电解 去 除 材 料 的 条 件．但通过强酸性阳离子交换膜促进纯水的解离而 提高纯水中离子浓度后 ，在同样 电场强度下，可以 提 高 电流密 度 达到 10。A ·cm 数 量 级 ．而 电流 密 度进入 1～10A·cm 范 围内，相应电解加工 Cu、 Mo、Fe的速 率 可 以达 到 1～ 10 m ·min 数 量 级，这已进入实用微细电解加工速度范围，展现了 其在 微细加 工 中 应用 的可行 性 ．并 且 比使用 一般 电 解液的微细电解加工环境清洁，对加工零件和设备 Received date： 2005 04— 12． Corresponding author： BAO E—mall： bhqian@ 163．cowl Foundation item ： supported Foundation (02H52049)． H uaiqian， PhD candidate by the Aeronautics Science 维普资讯 http://www.cqvip.com