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

本文綜（zōng）述了外加電壓條件下鈦合金點蝕發展（zhǎn）的過程、機理和抑製點蝕的方法，闡釋了相關（guān）抑（yì）製點蝕方式的優劣，展望了未來電解加工中抑製（zhì）鈦合金點蝕（shí）方法的發（fā）展趨勢和研究方向。

鈦是已知的在地殼中含量最高的元素之一，占比約為（wéi）0.6%。

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

近些年，由於鈦合金出色的耐腐蝕能力，其應用領（lǐng）域（yù）得到了很大的延伸（shēn）。

Rolls-Royce公司生產的鈦合金整體葉盤及（jí）其局部特征（zhēng）

電解加工是利用金屬在特定電（diàn）解液（yè）中發生電化學（xué）陽極溶解的原理將工件加（jiā）工成形的一（yī）種特種加工手段，相比於（yú）普通的機械加（jiā）工（gōng）有很多優勢，如加工效率高（gāo）、成型精度高、適用材料範圍廣、加工工具無磨損、工件上不產生應力等。

電解（jiě）加工的鈦合（hé）金工件不但應用在（zài）整體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（fàn）應用。

鈦合金在電解液中進行電解加工的過程中，自身形成的鈍化膜會阻礙電解加工的順利進行，而隨著鈦裸露在電解液中，金屬也會不斷產生新的鈍化（huà）膜阻礙陽極溶解。

所以，電解加工施加的電壓U加（jiā）工需要能（néng）夠穩定地擊穿鈍化膜，即在金屬陽極表麵形成電化學加工（gōng）的過電位。

對鈦合金來（lái）說，電解加工（gōng）的過程就（jiù）是由局部的鈍化（huà）膜破裂形成點（diǎn）蝕，隨後點（diǎn）蝕坑疊加（jiā）直到露出基體，基體金屬不斷溶解並在表麵交替性形成點蝕和鈍化的過程。

鈦合金點蝕不但關係著電（diàn）解加工過程的順（shùn）利（lì）進行，也影響製造出零件的表麵質量，是電解加（jiā）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）是一種基於陽極溶解的旨（zhǐ）在加工出特定（dìng）形狀（zhuàng）、尺寸和表麵狀態（tài）的加工方法。

電解加工基本原理

電解加工的主要組成有加工電源（yuán）、電解（jiě）質溶液及相應的液體管（guǎn）路（lù）和連接電源（yuán）正負極的金屬工（gōng）件（jiàn）、工具陰極以及配備的導線。

整個係統（tǒng）可（kě）以形（xíng）成一個完整的閉合回路，使得金屬陽極表麵可以產生足以分解基體或鈍化膜的電壓。

電解加工開始後，工具陰極以一（yī）定的速度相對於工件做進給運動，保持（chí）陽極和陰極的間隙（xì）在極小的距離，同時在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（zuì）終可以形成（chéng）與工具陰極相似的輪廓，從而達到加工的目（mù）的，而（ér）電（diàn）解產物則隨（suí）著電解液的流動排出。

大多數情況下，電（diàn）解（jiě）加工所（suǒ）用的（de）溶液（yè）都是中性的無機鹽水溶液。電解加工的許多特性由工件、操（cāo）作方式和相關技術決定。

在電解加工過（guò）程中，鈦（tài）合金自身帶有強烈的自（zì）鈍化性，可以抑製電解加工時的高溶（róng）解速率。

鈦本身是一種非常活潑的金屬（shǔ），在空氣中，鈦（tài）會和空（kōng）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。

金屬鈦在水溶液中的（de）陽極化過程中，也會形成相應的氧化膜，且氧化膜的厚度會隨著陽極（jí）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（zhōng），鈦（tài）合金、工具陰（yīn）極和電解質組成了一個電化學（xué）係統，形成了鈦合金/電解質界麵和工具陰極/電解（jiě）質界麵。

在外加電壓的條件下，電解質中的（de）陰離子向鈦合金材料的方向移動（dòng），而（ér）溶解的鈦則變為Ti2+溶入電解質溶液中，和（hé）水解作（zuò）用產生的OH-反應生成（chéng）氧化物鈍化層。

在陽極和電解質表麵反應生（shēng）成的TiO2+呈（chéng）酸性，會與水（shuǐ）中的OH-反應生成穩定的（de）TiO2。

在陽極溶解的過程中，外加電（diàn）場在Ti2+和OH-的幫助下可以大大加速（sù）氧化膜的形成速率（lǜ）。

為了（le）達到電解加工所（suǒ）需要的陽極高速溶解（jiě）的速（sù）率，外加電壓需要克（kè）服鈦合金鈍化層（céng）的阻礙。

為了有效去除鈍化層，通常電解液中都含有一些特定離子，大多是Cl-和Br-，這些鹵素離子（zǐ）在整個反應過程中起到類似催化劑的作用。

鈦（tài）合金在鹵素離子溶液中的（de）反應模型

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（dùn）化膜破裂

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

通常將這（zhè）層鈍化膜簡化為一層保護金（jīn）屬基體不（bú）受外界環境侵蝕的膜層，然而實際情況下，金屬鈍化膜由於不同的成分、環境、電壓等因素會有不同的厚度、結構、成分和相（xiàng）應的保護能力。

鈍（dùn）化膜的破裂機理目前主要有3種理論：滲透理論，主（zhǔ）要是指富有侵蝕性的（de）陰離子穿過鈍化膜到達金屬/金屬氧化物的界麵，隨後溶（róng）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；破損理論，假設鈍化膜是一個持續的鈍化膜破損和修複的過程（chéng）、鈍化膜的局部破（pò）損經常發生，為點蝕（shí）的萌生提供（gòng）了必要條件（jiàn）。

亞穩態點蝕

亞穩態（tài）點蝕是（shì）在（zài）再鈍化前，點蝕萌生和在極短時間內生長的點（diǎn）蝕，一般在微米級別，時間可能（néng）在幾秒甚（shèn）至更短。

亞穩態點蝕能否繼續長大，受溫度、外加電場等諸多（duō）因素的共同（tóng）影響。

點蝕（shí）的長大

點蝕的長大受到的影響因素主要有材料成（chéng）分（fèn）、點蝕電解質濃度和點蝕電位。

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

電（diàn）解加工鈦合金的點蝕原理

在鈦合金的電解加工過程（chéng）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（zǐ）對於鈍（dùn）化膜破裂的嚴重程度一般有以下排序（xù）F-

以Br-為例，鈍化膜（mó）的破損一（yī）般發生（shēng）在氧（yǎng）離子濃度更高的位置，這僅僅和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（jīn）表麵發生變（biàn）化示意

在1.2 V的電位下，其電位比Br/Br2這對的氧化還原電（diàn）位更低的情況下，鈍化膜總體保持穩（wěn）定（dìng），隻有少量缺陷存在；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，可能由於氧化（huà）膜變厚（hòu）導致電導率下降，氧化（huà）過程才會停止（zhǐ）；電壓大於3 V時，Br-才會緊密地與表麵化學結合，鈍（dùn）化膜開始溶（róng）解，點蝕開始生長。

電解加工（gōng）中

抑製鈦合金點（diǎn）蝕的方法

在鈦合金（jīn）電解加工（gōng）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（yào）綜合運（yùn）用2種或多（duō）種方（fāng）法，根據所加工的鈦合金的不同，同時調節電解液溫度（dù）、加（jiā）工電流密度、電解液流速、加工間隙等相關電解加（jiā）工的參數。

機械隔離

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

此（cǐ）方法可（kě）以比較有效地防止雜散點蝕的產生，但會給夾具等工裝的設計製造帶來困難（nán）。

同時需要（yào）製造不同的工裝，因此不適（shì）合大（dà）批量的處理工件。

陽極保護

在零件保護部位輔（fǔ）助以鐵、銅、鋁等金屬材料（liào）作為犧牲保護層，可有效降低甚至消除非加工或已加工（gōng）部（bù）位（wèi）點蝕現象（xiàng）。

缺點是需要額外增加對於待加工工件的預（yù）處理，對於鍍層的要求也相對較高，高速電解（jiě）液中不（bú）允許出現脫（tuō）落等嚴重情況。

非水溶液電解加（jiā）工

用（yòng）非水溶液的電解液加（jiā）工鈦合金能夠（gòu）獲（huò）得比較光亮的加（jiā）工表麵，並解決點蝕及雜散電（diàn）流腐蝕問題，但（dàn）使用（yòng）一定時間後會出現“老化”現（xiàn）象，且電解液的維護（hù）比（bǐ）水溶液（yè）的維護（hù）更為（wéi）困難。

另外，非（fēi）水溶（róng）液的成本較高，不適用於大規模的（de）工業生產。

混（hún）氣電解加工

混（hún）氣電解加工是將有一定（dìng）壓力的氣體與電（diàn）解液按一定比例混合，使電解液中含有大量氣體，成為（wéi）氣、液兩（liǎng）相混合物，然後輸入加工區進行電解加工。

混氣加工的應用可以顯著（zhe）提高電解液在（zài）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，改善電解加（jiā）工中（zhōng）鈦合金的點蝕。

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

結論（lùn）

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

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

研究人員已經（jīng）通過陽（yáng）極（jí）遮擋法、混合（hé）電解液法、混（hún）氣加工法等方法試圖減少非加工麵的點蝕對表麵質量帶（dài）來的影響（xiǎng），取得（dé）了不錯的效果。

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