電解加工在生物醫療、航（háng）空航天等一些領域具有比傳統機械加工更為（wéi）顯著的優勢，而鈦合金（jīn）由於其自身的特性也使其更適合於電解加工。

本文綜述了外加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，闡釋了相關抑製點蝕方式的優劣，展望了未來電解加工中抑製鈦合金（jīn）點蝕方法的發（fā）展趨勢和研究方向。

鈦（tài）是已知（zhī）的在地殼中含量最高的（de）元素（sù）之一，占比約為0.6%。

鈦（tài）的（de）密度較低，但具有和普通鋼差不多的強度，鈦及鈦合金是航空航天領域青（qīng）睞的選材。

近些年，由於鈦合金出色的耐腐蝕能力，其應用領域得到了很大的延伸。

Rolls-Royce公司生（shēng）產的鈦合金整體葉（yè）盤及其局部特征

電解加工是利用金屬在特定電解液中（zhōng）發生電化學陽極溶解的原（yuán）理將工件加工成形（xíng）的（de）一（yī）種特種加工手段，相比於普通的機械加工有很多優勢，如加工（gōng）效率高、成型精度高、適用材料範圍廣、加工工具無磨（mó）損、工件上（shàng）不產生應力等。

電解加工的鈦合金工（gōng）件不但應（yīng）用在整（zhěng）體（tǐ）葉盤等精（jīng）密部件的製造過程中，也在承力隔框、機翼翼盒、起落架梁和（hé）航空發動機（jī）機匣等主要承力零件上有廣泛應用。

鈦合金在電解液中進（jìn）行電（diàn）解加工的過程中，自身形成的鈍（dùn）化膜會阻礙電解加工的順利（lì）進行，而隨著鈦裸（luǒ）露在電解液（yè）中，金屬也會（huì）不斷產生新的鈍（dùn）化膜阻（zǔ）礙陽極溶解（jiě）。

所以，電解加工施（shī）加的電壓（yā）U加工需要（yào）能夠穩定地擊穿鈍化膜，即在金（jīn）屬陽極表麵形成電化（huà）學加工的過電位。

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

鈦合金點（diǎn）蝕不但關係著電解加工過程的順利進行，也（yě）影響製造出零件的表麵質量，是（shì）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

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

電解加工基本（běn）原理

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

整個係（xì）統可以形（xíng）成一（yī）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（jī）體或鈍化膜的（de）電壓。

電解加工開始後（hòu），工具陰極以一定的（de）速度相對於工件做進給運（yùn）動，保持陽極和陰極的間隙在極小的（de）距離，同時在工件（jiàn）和（hé）電極之間通電解質（zhì）溶液，使得（dé）陽極金屬材料在電源電場的（de）作（zuò）用下快速（sù）溶解。

陽極工件表麵最終可（kě）以形成與工具陰極相似的輪廓，從而達到加工的目的，而電解產物則隨著（zhe）電解液的流動排出。

大多數情況下，電解加工所用（yòng）的溶液都是中性的（de）無機鹽水溶（róng）液。電（diàn）解加工的許多特性由工件、操作方（fāng）式和相關技（jì）術決定。

在電解加工過程中，鈦合金自身帶有強烈的自鈍化性（xìng），可以抑製電解加工（gōng）時的高溶解速（sù）率（lǜ）。

鈦本身是一種非常活潑的金（jīn）屬，在空氣中，鈦會和空氣中的氧發生反應，在原位生成一層氧化膜，阻抗金屬的進一步腐蝕。

金屬鈦（tài）在水（shuǐ）溶液中的陽極化過程中，也會形成相（xiàng）應的氧化膜，且氧化膜的厚度會隨（suí）著陽極電位Ea的不同（tóng）在較大（dà）範圍內變動。

鈦合金/電解質界麵模（mó）型示意

在電解加工過程中，鈦合（hé）金、工（gōng）具陰極和（hé）電解質組成（chéng）了一個電化學係統，形成了鈦合金/電解質界麵和工（gōng）具陰極/電解質界麵。

在外加電壓的條件下（xià），電解質中的陰（yīn）離子向鈦（tài）合金（jīn）材料的方向移動，而溶解的鈦則變為Ti2+溶入電解質溶液中，和水解（jiě）作用產（chǎn）生的OH-反應生成氧化物鈍化層。

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

在陽極溶解的過（guò）程中，外加電場在Ti2+和OH-的幫助下可以大（dà）大加速氧化膜（mó）的形成速（sù）率。

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

為了有效去除鈍（dùn）化層，通常電（diàn）解液中都含有一些特定離子，大多是Cl-和Br-，這些鹵素離子在（zài）整個反應（yīng）過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

電解加工鈦合金的點蝕原理（lǐ）

金屬點蝕的原理及發展階段

鈍化膜破裂

鈍化膜破裂是點（diǎn）蝕最開始的步驟，它本身極少發生，即使（shǐ）發生又在極短的時間發生在極小的範圍內，很難（nán）被觀測到。

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

鈍化膜的破裂機理（lǐ）目前主要有3種理論：滲透（tòu）理論，主要是指富有侵蝕性的陰離（lí）子（zǐ）穿（chuān）過鈍化膜到達金屬/金屬氧化物的界麵，隨後溶解過程開始；吸附理論，基（jī）於Cl-和O2-的競爭吸附理論發展而來（lái）；破損理論（lùn），假設鈍化膜是一個持續的鈍化膜破損和（hé）修複的過程、鈍化膜的局部破損經常發生（shēng），為點蝕（shí）的萌生提供了必要條件（jiàn）。

亞穩態點蝕

亞穩態點蝕是在再鈍化前，點蝕萌生和在極短（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更短。

亞（yà）穩態點（diǎn）蝕能否繼續長大，受溫度、外加電場（chǎng）等諸多因素的共同影（yǐng）響。

點蝕的長大

點蝕的長大受到的（de）影響因（yīn）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（zhe）地（dì）影（yǐng）響點蝕長大動力學，而點蝕的（de）穩定性由電解質成分、點蝕電壓等因（yīn）素共同決定，要維持在一個不能讓再鈍（dùn）化出現的大小。

電解加工鈦合（hé）金的點蝕原理

在（zài）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程度一般有以下排序（xù）F-

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

圖（tú）片

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

在1.2 V的電（diàn）位下，其電位比Br/Br2這對的氧化還（hái）原電（diàn）位更低的情況（kuàng）下，鈍化膜總體（tǐ）保持穩定，隻有少量缺陷存（cún）在；電壓升到比1.2 V高的時（shí）候，在某（mǒu）些（xiē）微觀的點位，Br-就會被氧化成溴氣；當電壓在2~3 V時，可能由於氧化膜變（biàn）厚導致電導（dǎo）率（lǜ）下降，氧化過程才會停止；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（róng）解（jiě），點蝕開（kāi）始生（shēng）長。

電解加（jiā）工中

抑製鈦合金點蝕的方法

在鈦（tài）合金（jīn）電解加（jiā）工過程中，想要抑製其點蝕（shí）的發（fā）生，得到一個較為平整的加工（gōng）表麵，往往需要綜合運用2種或多種方法，根據所加工的鈦合金的不同，同時調節電解（jiě）液溫度、加工電流密度、電解液流（liú）速、加工（gōng）間隙等相關電解加工的參數。

機械（xiè）隔離

物理隔離（lí）或機械隔離（lí）的方（fāng）式即為在非加（jiā）工麵上加上工裝，使得（dé）電流無法通過非加工表麵進行傳導，從而隔開雜散電流的作用。

此方法（fǎ）可以比較有效地防止雜散點蝕的（de）產生，但會給夾具等工裝的設計製造帶來困（kùn）難。

同時需要（yào）製造不同的工裝，因（yīn）此不適合大批量的處理工（gōng）件。

陽極保護

在零件（jiàn）保護部位（wèi）輔助以鐵、銅、鋁等金屬材料（liào）作為犧牲保（bǎo）護層，可有效降低甚至消除非加工或已加工部（bù）位點蝕現（xiàn）象。

缺點是需要額外（wài）增加對於待加工工件（jiàn）的預處理，對於鍍層的要求也相對較高，高（gāo）速電解液中不允許出現脫落等嚴重情況。

非水溶液（yè）電（diàn）解加（jiā）工

用非水溶液的（de）電解液加工鈦合（hé）金（jīn）能（néng）夠獲得比較光亮的加（jiā）工表麵，並解（jiě）決點蝕及雜散電（diàn）流腐蝕問題，但使用一定時間後會（huì）出現“老化”現象，且電解液的維護比水溶液的維護更為困難。

另外，非水溶（róng）液的成本較高，不適用於大規模的工業生產。

混氣電解加工

混氣電解（jiě）加（jiā）工（gōng）是將（jiāng）有一（yī）定壓力（lì）的（de）氣體與電解液（yè）按一定比例混合，使電解液中含（hán）有大量氣體，成為氣、液（yè）兩相（xiàng）混合物，然後輸入加工區進行電（diàn）解加工。

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

但電解加工（gōng）也存在陰極製造、加工參數匹配篩選、氣液混合裝置的設計等問題，需要綜合考慮此方（fāng）法的作用。

結（jié）論

在（zài）電解加工（gōng）鈦合金的過程中，主要難點（diǎn）在於克服鈦合金表麵易鈍化的特性以達到電（diàn）解加工所需要（yào）的高速陽極溶解，而通（tōng）過（guò）加入對（duì）鈍化（huà）層具有激活作用的離子可以（yǐ）比較有效地克服這個困難，降低（dī）鈍化層的激（jī）活電壓。

然而激活（huó）離子的加入也會引起鈦合金非加工麵的點蝕，同時降（jiàng）低加工麵和非加工麵的表麵質量。

研（yán）究人員已經通過陽極遮擋法、混合電解液法、混氣加工法（fǎ）等方法試圖減少非加工麵的點蝕對表麵質量帶來的影響（xiǎng），取得了不錯的效果。

今後（hòu）的研究重點主（zhǔ）要有以下幾個方向：先進加工工藝研究，包括研究含有不同離子的電解液、研究（jiū）非水溶（róng）液的電解液、探索更適合的（de）工作電流施加大小（xiǎo）和方式等；工裝研究（jiū），包括陰極夾持裝置、非加工麵的裝置及（jí）遮擋方式、陰極加工方法及裝置等；在不（bú）同加工溶液及條件下，鈦及鈦合金鈍化膜在電場（chǎng）作用下的穩定狀態和穩定（dìng）去除機製的研究。