阅读说明：本技术 氯化钠乙二醇电解液微细电解加工钛铝的方法 (Method for finely electrolyzing and processing titanium and aluminum by sodium chloride and ethylene glycol electrolyte ) 是由 房晓龙 朱嘉澄 胡孝昀 徐正扬 曲宁松 于 2019-08-20 设计创作，主要内容包括：一种氯化钠乙二醇电解液微细电解加工钛铝金属间化合物的加工方法,属于电解加工领域。该方法,利用氯化钠乙二醇电解液进行钛铝金属间化合物的微细电解加工;上述氯化钠乙二醇电解液中溶质为氯化钠,溶剂为乙二醇；上述氯化钠乙二醇电解液在20℃下的浓度为0.1~1mol/L；加工电压为10~20V。本发明的加工方法利用氯化钠乙二醇电解液进行钛铝金属间化合物的微细电解加工,改善了利用传统水基电解液进行电解加工时加工效率低,表面质量差,加工过程不稳定的问题,有着重要意义。(the invention relates to a processing method for finely electrolytically processing a titanium-aluminum intermetallic compound by using a sodium chloride glycol electrolyte, which belongs to the field of electrolytic processing and has important significance for improving the problems of low processing efficiency, poor surface quality and unstable processing process in electrolytic processing by using a traditional water-based electrolyte.)

氯化钠乙二醇电解液微细电解加工钛铝的方法

所属技术领域

一种氯化钠乙二醇电解液微细电解加工钛铝金属间化合物的加工方法，属于电解加工技术领域。

背景技术

钛铝金属间化合物是由钛原子和铝原子有序排列而成的一种金属间化合物。钛铝金属间化合物具有优越的机械性能，并且密度低，抗蠕变能力强，高温下的抗氧化和腐蚀能力很强。钛铝金属间化合物的特性在航空航天和汽车领域有很好的应用前景，适用于制造具有一定强度并且承受高温的部件，如航空发动机低压涡轮叶片，汽车涡轮增压器转子，汽车发动机连杆及气门等。此外，钛铝也可以用于制造微型花键，微型齿轮等微小零件。

使用传统机械加工方法加工钛铝金属间化合物时，由于钛铝金属间化合物的高温强度高，动态剪切强度和热扩散系数小，使得切削时易发生加工硬化现象，切削温度很高，切削力大，刀具磨损快，工件表面质量较差。

目前钛铝金属间化合物的加工方法主要有热加工和成型加工。热加工是利用变形、再结晶和相变等原理使熔铸或粉末冶金获得的坯料实现破碎凝固组织、弥合凝固缺陷、控制织构、优化性能乃至制备部件毛坯的过程。中国科学院金属研究所采用热挤压工艺制造出了γ-TiAl合金汽车发动机排气阀坯料和排气阀零件。钛铝金属间化合物的成型加工方法主要有精密铸造和热等静压粉末冶金技术。中国科学院金属研究所采用精密铸造技术制得了γ-TiAl合金汽车发动机活塞精密铸件。热等静压技术作为近净成形方法的粉末冶金技术的优势在于: 成分均匀, 晶粒细小均匀, 无织构, 性能分散性小。中国科学院金属研究采用近净形粉末冶金工艺制造出了γ-TiAl合金汽车发动机连杆部件。

上述的热加工和成型加工方法很难进行钛铝金属间化合物的微细加工。目前，针对钛铝金属间化合物微细加工的研究很少。微细电解加工利用电化学阳极溶解原理去除材料，材料以离子形式去除，是具有原理性优势的微细加工技术。微细电解加工中阴极工具与阳极工件没有接触，不产生切削热，没有加工硬化和热影响区，而且阴极工具基本无损耗。因此，微细电解加工技术常用于加工钛合金、高温合金等难切削材料以及薄壁、易变形微小零件。

电解液是微细电解加工系统中最重要的组成部分，它对阳极材料的电化学反应、溶解速率和加工精度起着决定性作用。同时，电解液还可以带走加工区域产生的气泡、金属阳离子、不溶性产物和焦耳热等。由于钛铝金属间化合物的微细电解加工是一个崭新的课题，目前国内外学者的研究中还没有明确提出适用与钛铝金属间化合物微细电解加工的电解液。钛铝金属间化合物在水基溶液中，由于氧气/水分子的作用，容易产生钝化膜。在加工过程中，首先钝化膜的缺陷处会产生点蚀，随着钝化膜的不断破坏和形成，钛铝金属间化合物的分解电压会变高，使得加工困难，加工质量变差。同时，利用水基电解液加工钛铝时，加工过程中会产生大量不溶性产物附着在工件表面，影响后续加工的顺利进行。因此，常用的水基电解液，如氯化钠水溶液不适合钛铝金属间化合物的微细电解加工。

发明内容

本发明目的在于，提出一种氯化钠乙二醇电解液微细电解加工钛铝金属间化合物的加工方法，解决钛铝金属间化合物在传统水基电解液中加工表面质量差，加工精度低的难题。

一种氯化钠乙二醇电解液微细电解加工钛铝金属间化合物的加工方法，其特征在于：利用氯化钠乙二醇电解液进行钛铝金属间化合物的微细电解加工;上述氯化钠乙二醇电解液中溶质为氯化钠，溶剂为乙二醇；上述氯化钠乙二醇电解液在20℃下的浓度为0.1~1mol/L；加工电压为10~20V。

所述的氯化钠乙二醇电解液微细电解加工钛铝金属间化合物的加工方法，其特征在于：所述氯化钠乙二醇电解液用于钛铝金属间化合物的微细电解加工时，最优参数为：电解液浓度1mol/L，加工电压10V。

所述的氯化钠乙二醇电解液微细电解加工钛铝金属间化合物的加工方法，其特征在于：电解液浓度1mol/L，加工电压10V，频率200KHz，占空比30%，加工速度0.3μm/s。

钛铝金属间化合物在水基电解液中容易产生钝化膜，使得加工困难，加工质量变差。因此一般的水基电解液，如氯化钠水溶液不适合钛铝金属间化合物的微细电解加工。而本发明所述的氯化钠乙二醇电解液，由于水分子含量极低，避免了加工过程中氧气的产生，钛铝金属间化合物表面的钝化膜被击穿后很难再重新生成，避免了其低电流密度作用下极易出现的点蚀和杂散腐蚀现象。此外，加工产物为可溶性离子，不同于水溶剂加工中生成的不溶性金属氧化物/氢氧化物，避免了加工产物堵塞微尺度加工间隙，解决了钛铝金属间化合物在传统水基电解液中加工效率低，表面质量差，加工过程不稳定的难题。本发明所述的氯化钠乙二醇电解液制备简便，成本低，加工精度高，表面质量好。

本发明中的氯化钠乙二醇电解液在20℃下的浓度为0.1~1mol/，如果浓度太低，则电解液电导率低，从而导致加工效率低，而电解浓度太高则会导致电解分散能力变差，不利于加工区域电解液的更新，影响加工精度。电解加工的电压范围为10~20V，如果电压过低，则加工区域电流密度过低，影响加工效率，而电压太高则影响加工过程的稳定性，导致加工精度降低。

附图说明

图1是钛铝金属间化合物微细电解加工的示意图;

图2是实施例1的扫描电镜图;

图3是实施例2的扫描电镜图;

图4是实施例3的扫描电镜图;

图5是实施例4的扫描电镜图;

其标号名称为：1、电解液；2、螺旋电极；3、脉冲电源；4、钛铝金属间化合物工件；5、乙二醇；6、氯化钠；7、去离子水。

具体实施方式

首先将电解液1倒入电解液槽中，浸没螺旋电极2和钛铝金属间化合物工件4。

将脉冲电源3的正极接钛铝金属间化合物工件4，负极接螺旋电极2，接通脉冲电源3，利用电化学阳极溶解原理，通过螺旋电极2的数控运动对钛铝金属间化合物工件4进行加工，可以加工出微缝结构。脉冲电源3的输出电压范围为10~20V，占空比0~100%，频率1KHz~500KHz。加工速度范围可选0.1μm/s~2μm/s。

下面结合实施例对本发明技术方案及其有益效果作进一步说明。通过对比使用氯化钠水溶液和氯化钠乙二醇溶液进行钛铝金属间化合物微细电解加工的效果，说明本发明的氯化钠乙二醇电解液能解决钛铝金属间化合物在传统水基电解液中加工效率低，表面质量差，加工过程不稳定的难题。

实施例1

常温下将15g氯化钠加入去离子水中，配制成1L溶液，所述氯化钠6为分析纯，去离子水7为工业用标准试剂。将脉冲电源正极接钛铝金属间化合物工件，负极接螺旋电极，采用20V电压，20%占空比，200KHz频率，加工速度0.2μm/s。加工出的微缝如图2所示，微缝加工质量较差，且周围存在明显的杂散腐蚀。

实施例2

常温下将1mol氯化钠加入乙二醇中，配制成1L溶液，所述氯化钠6为分析纯，去离子水5为分析纯。将脉冲电源正极接钛铝金属间化合物工件，负极接螺旋电极，采用10V电压，30%占空比，200KHz频率，加工速度0.3μm/s。加工出的微缝如图3所示,微缝形貌良好，且周围基本无杂散腐蚀，加工定域性好。

实施例3

常温下将1mol氯化钠加入乙二醇中，配制成1L溶液，所述氯化钠6为分析纯，去离子水5为分析纯。将脉冲电源正极接钛铝金属间化合物工件，负极接螺旋电极，采用20V电压，30%占空比，200KHz频率，加工速度0.4μm/s。加工出的微缝如图4所示，微缝形貌良好，但随着电压增高，微缝尺寸增大，且在加工区域周围出现点蚀现象。

实施例4

常温下将0.1mol氯化钠加入乙二醇中，配制成1L溶液，所述氯化钠6为分析纯，去离子水5为分析纯。将脉冲电源正极接钛铝金属间化合物工件，负极接螺旋电极，采用18V电压，20%占空比，100KHz频率，加工速度0.3μm/s。加工出的微缝如图5所示，微缝形貌良好，由于浓度较低，所以需选用较大的加工电压，在微缝周围出现了部分杂散腐蚀现象。