電解加工在生物醫療、航空（kōng）航天（tiān）等一（yī）些領域（yù）具有比傳統機械加（jiā）工（gōng）更為顯著的優勢，而鈦合金由於其自身的特性也使其更適合於電解加工。

本文綜述了外加電壓條件下鈦合金點蝕（shí）發展的過程、機理和抑製（zhì）點蝕（shí）的方法，闡釋了相關抑製點蝕方式的優劣，展望了未（wèi）來電解加（jiā）工中抑製鈦合金點蝕（shí）方（fāng）法的（de）發展趨勢和研究方向。

鈦是已知的在地殼中含量最高的（de）元素之一（yī），占比約為0.6%。

鈦（tài）的密度（dù）較低，但具（jù）有和普通鋼差不多的強度，鈦及鈦合金是航空航天領域青睞的選（xuǎn）材。

近些年，由於鈦合金出色的耐腐蝕（shí）能力（lì），其應用領域得到了很大的延伸。

Rolls-Royce公司生產的鈦合（hé）金（jīn）整體葉盤及其（qí）局部特（tè）征

電解加工是利用（yòng）金屬在特定電解液中發生電化學陽極溶解（jiě）的原理將工（gōng）件加工成形的一種特種（zhǒng）加工手段，相比於普（pǔ）通的機械加工（gōng）有（yǒu）很多優勢，如加工效率高、成型精度高、適用材料範圍廣、加（jiā）工工具無磨損、工件上不產生應力（lì）等。

電（diàn）解加工的（de）鈦合金工件不但應（yīng）用在整體葉盤等精密部件的製造（zào）過程中，也在承力隔框、機翼翼盒、起落架梁和航（háng）空發動（dòng）機機匣（xiá）等主要承力零件上有廣（guǎng）泛應用。

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（diàn）解加工的順利（lì）進行，而隨（suí）著鈦裸（luǒ）露在電解液中，金屬也會不（bú）斷產生新的鈍化膜阻礙陽極溶解（jiě）。

所以，電解加工施加的電壓U加工需要能夠穩定地擊穿鈍化膜，即在金屬陽（yáng）極表麵形成電化學加工的過（guò）電位（wèi）。

對鈦合金來說，電解加（jiā）工的過程就是由局部的鈍化膜破裂形成點蝕，隨後點蝕坑疊加直到（dào）露出（chū）基體，基體金屬不斷溶解並在表麵交替性形成點蝕和鈍（dùn）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，也影響製造（zào）出零件的表麵（miàn）質量，是電解加工鈦及鈦合金過程中的關鍵。

電解（jiě）加工簡介及鈦（tài）合金

電解加工中的陽極行為

電解加工（ECM）是一種基（jī）於（yú）陽極溶解的旨在加工出特定形狀、尺寸和表麵狀態的加工方（fāng）法。

電解加工基本原理

電解加工的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正負極（jí）的金（jīn）屬（shǔ）工件、工具陰（yīn）極以及配備的導線。

整個係（xì）統可以形成一個完整的閉合回路，使（shǐ）得金（jīn）屬陽極表麵可以產生（shēng）足以分解基體或（huò）鈍化膜的電（diàn）壓。

電解加工開（kāi）始後，工（gōng）具（jù）陰極以一（yī）定的速度相對於工件做進給運動（dòng），保持陽極和陰極的間隙在極小的距離，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（yáng）極工件表麵最終可以形成與工具陰極相似的輪廓，從而達到加工的目（mù）的，而電解產物則隨著電解液的流動排出。

大多數情況下，電解加工（gōng）所用的溶液都是中性的無機鹽水溶液。電解加工的（de）許多（duō）特性由工件（jiàn）、操作方式和相關技術決定。

在電解加工過程中，鈦合金自（zì）身帶有強烈的自（zì）鈍化（huà）性，可以抑製電解加工時的高溶解速率。

鈦本身是一種（zhǒng）非常活潑（pō）的金屬，在空氣中，鈦會和空氣中的氧發生（shēng）反應，在原（yuán）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陽極化過程中，也會形成（chéng）相應的氧化膜，且氧化膜（mó）的厚（hòu）度會隨著陽極電位Ea的不同在較大範圍內變動。

鈦合金/電解（jiě）質界麵模型示意

在電解加工過（guò）程中，鈦合金、工具陰極和（hé）電解質組成了（le）一個（gè）電化（huà）學係統，形（xíng）成了鈦（tài）合金/電解質界麵和工具陰極/電解質界麵。

在外加電壓（yā）的條件下，電解質中（zhōng）的陰離子（zǐ）向鈦合金材（cái）料的方向（xiàng）移動，而溶解的鈦則變為Ti2+溶入電解質溶液中，和水（shuǐ）解作用產生的OH-反應生成氧化物鈍（dùn）化層（céng）。

在陽極和電解質表麵反應（yīng）生成的TiO2+呈酸性，會（huì）與水中的OH-反應生成穩（wěn）定的TiO2。

在陽極溶解的過程中，外加（jiā）電場在Ti2+和OH-的幫助下可以大大加速氧（yǎng）化膜的（de）形成速率。

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

為了有效去除鈍化（huà）層，通常電解液中都含有一（yī）些特定離子，大多是Cl-和Br-，這些鹵素離子在整（zhěng）個反應過程中起（qǐ）到類似（sì）催化劑的作用。

鈦合（hé）金在鹵素離子溶液中的反應模型

電解加工鈦合金（jīn）的點蝕原理（lǐ）

金屬（shǔ）點蝕的原理及發（fā）展階段

鈍化膜破裂

鈍化膜（mó）破裂（liè）是（shì）點蝕最開（kāi）始的步驟（zhòu），它本身極（jí）少發生，即（jí）使發（fā）生又在極短的時間發生在極小的（de）範圍內，很難被觀測到。

通常將（jiāng）這層鈍化膜簡化為一層保護金（jīn）屬基體（tǐ）不受外界環（huán）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（bú）同的（de）厚度（dù）、結構、成分和相應的（de）保護能力。

鈍化膜的破（pò）裂機理目前主要有3種理論：滲透理論（lùn），主要是指富有侵蝕（shí）性的陰離子穿過鈍化膜到達金屬/金屬氧化物的界麵，隨後溶解過程開始（shǐ）；吸附理論，基於Cl-和O2-的競爭（zhēng）吸附理論發展而來；破損理論（lùn），假設鈍化膜是一個持續的鈍化膜破損和修複的過程、鈍化膜的局部破損經常發生，為點蝕的萌生提供了必要條件。

亞穩態點蝕

亞穩態點蝕是在再鈍化（huà）前，點蝕萌（méng）生和（hé）在（zài）極（jí）短時間內生長的點蝕，一般在微米級別，時間可能在幾秒甚至更短。

亞穩態點蝕能否繼續長大，受溫度、外加電場等諸多因素的共同影響。

點（diǎn）蝕的長大

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

點蝕的傳質特性會顯（xiǎn）著（zhe）地影響點蝕長大動力學，而點蝕的穩定性由電解質成分、點蝕電壓等因素共同決定，要維持在一個不（bú）能讓再鈍化出現的大小。

電解加（jiā）工鈦合金的點蝕原理（lǐ）

在鈦合（hé）金的電解加工過（guò）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，鹵素離子對於鈍化膜破裂的嚴（yán）重程度一般有（yǒu）以下排序F-

以（yǐ）Br-為例（lì），鈍化膜的破損一般發生在氧離子濃度更高的位置，這僅僅（jǐn）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表麵發生變化示意

在1.2 V的電位下，其電位比Br/Br2這對的氧化（huà）還原電（diàn）位更低的情（qíng）況下，鈍化膜總體保持（chí）穩定，隻有少量缺陷存在；電壓（yā）升到比（bǐ）1.2 V高的時候，在某些微觀的點位，Br-就會被氧化成溴（xiù）氣；當電壓在2~3 V時，可能由於氧化膜變厚導致電導率下降，氧化過程才會（huì）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（mó）開始溶解，點蝕開始生長。

電解加工（gōng）中

抑製（zhì）鈦合金點蝕的方（fāng）法

在鈦合金電解加工過程中，想要抑製其點蝕的發生，得到一個較（jiào）為平整的加工表麵，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，同時調節電解液溫度（dù）、加工電流密（mì）度、電解液流速、加工間隙等相關電解加工的參（cān）數。

機械（xiè）隔離

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

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

同時需要（yào）製造不同的工裝，因此不適合大批量（liàng）的處理工件。

陽極保護

在零（líng）件保（bǎo）護部位輔助以鐵、銅、鋁等金屬材料作為犧（xī）牲保護（hù）層，可有效降低甚至消除非加工或已加工（gōng）部位點蝕（shí）現象。

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

非水溶（róng）液電解加工

用非水溶液的電（diàn）解液加（jiā）工鈦合（hé）金能夠獲得比（bǐ）較光亮的加工表麵，並解決點蝕（shí）及雜散電流腐蝕問題，但使用一定時間後會出現“老（lǎo）化”現象，且（qiě）電（diàn）解液的維護比水溶液（yè）的維護（hù）更為困難。

另外，非水溶液的成本較高，不適用於大規模的工（gōng）業生產。

混氣電解加工

混氣電解加工（gōng）是將有一定壓力的氣體與電解液按一（yī）定比例混合，使（shǐ）電解（jiě）液中含有（yǒu）大量氣體，成為氣、液（yè）兩相混合物，然後輸入加工（gōng）區進行電解加工（gōng）。

混氣加工的應用可以顯著提高電解液在電極間隙內分布的均（jun1）勻（yún）性，使得電解液的（de）流動條件得到極大改善，改善電解加工中鈦合金的點蝕。

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

結論

在電解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的特性以達到電解（jiě）加工所需（xū）要（yào）的高速陽極（jí）溶解，而通過加入對鈍化層具有激活作用的離子可以比較（jiào）有效地克服這個困難，降低鈍化層的激活電壓。

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

研究人員已經通過陽極遮擋法（fǎ）、混合電（diàn）解液法、混氣加工法等方法試圖（tú）減少非加工麵的點蝕對表麵質量帶來的影響，取（qǔ）得（dé）了不錯的效果。

今後的研究重點主要有以下幾個方向：先進加工工（gōng）藝研究，包括研究含有不同離子的電解液（yè）、研究（jiū）非水溶（róng）液的電解液、探索更適合的工作電流施加大小和方式等；工裝研究，包括陰極夾持裝置、非加工麵的裝置及（jí）遮擋（dǎng）方式、陰極加工（gōng）方法及裝置等；在不同加工溶液及條件下，鈦及鈦合金鈍化（huà）膜在（zài）電（diàn）場作用下的穩定狀態和穩（wěn）定去除機（jī）製的研究。