[发明专利]一种基于NaOH电解液电解磨削高铬合金的加工预处理方法

说明书

本发明提供一种基于NaOH电解液电解磨削高铬合金的加工预处理方法，属于电化学辅助加工领域。采用恒电位极化方法对高铬合金表面进行电化学处理，以高铬合金工件为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂网电极为辅助电极，采用浓度为1M的NaOH作为电解液，5V电位下处理15～45s，在高铬合金表面形成10～17μm厚的氧化层。再机械加工去除阳极氧化层，达到最终加工要求。本发明经过简单的电化学反应在高铬合金表面能够快速形成疏松多孔的加工预处理氧化层，且氧化层厚度可控，有效提高后续加工过程中加工效率、降低加工力以及减少刀具磨损。

技术领域

本发明属于电化学辅助加工领域，涉及一种基于使用NaOH电解液电解磨削高铬合金的加工预处理方法。

背景技术

金属铬是自然界中最硬的金属，具有很高的耐腐蚀性，在空气中，即便是在赤热的状态下，也很难被氧化。由于其稳定的物理化学性质，常用于金属表面镀铬防腐以及制不锈钢等。高铬合金材料在航天、造船、军工、核反应堆等重大装备制造领域发挥着极其重要的作用。高铬合金铬含量高达40％，在硬度、耐腐蚀性等物理化学性质方面优于传统不锈钢，但由于其硬度极高、耐磨性好、导热性差等特点，传统的机械加工方式很容易产生刀具过度磨损、烧伤、加工表面残余应力大等问题。

电化学辅助加工是利用电化学方法对工件表面进行电化学改性，使工件表面发生电化学反应，形成一层易于进行机械加工的变质层。再利用车削、磨削、铣削等机械加工方式去除变质层。这种加工方法具有机械加工力小、表面残余应力小、刀具磨损小、加工表面质量高等优点，适用于难加工金属材料的精密加工。专利CN105705283B介绍了超硬合金的电解加工方法和电解液。其选用的电解液为NaCl和NaNO₃,但由于NaCl中的Cl^-具有很强的腐蚀性，电解加工时腐蚀情况恶劣，腐蚀均匀制，难性和腐蚀层厚度难以控以达到精密加工的效果；而NaNO₃属于钝化电解液，形成适用于电解磨削的微米级厚度变质层所需要的时间长，加工效率很低。

因此，为了解决上述问题，提出了基于使用NaOH电解液进行电化学预处理的方法，在提高加工效率的同时，也可以防止过度腐蚀，提高高铬合金的加工性能。由于高铬合金中的主要元素Fe、Cr组分的电位差异小，恒电位极化时对Fe、Cr的电化学腐蚀不具有良好的选择性，基于Cr、Fe元素在NaOH溶液中特殊反应机制，在强碱性条件下恒电位极化将有助于合金表面Cr、Fe元素的溶解去除并通过其产物FeO₄^2-在阳极的吸附、分解作用形成一层Fe(OH)₃膜抑制电解反应的继续进行，仅需15s就能形成约10μm厚度的氧化层，且由于氧化层对于阳极反应的抑制作用，能够防止过度腐蚀。预处理后利用机械力去除表面疏松的氧化层即可达到精密加工的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于使用NaOH电解液电解磨削高铬合金的加工预处理方法，该方法加工过程容易操作且加工效率高。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于NaOH电解液电解磨削高铬合金的加工预处理方法，包括以下步骤：

第一步，高铬合金电化学阳极恒电位极化预处理

预处理过程采用三电极电化学体系：以高铬合金工件为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂网电极为辅助电极；采用浓度为1M的NaOH作为电解液。采用恒电位极化方法进行电化学处理，在5V电位下处理15～45s，在高铬合金表面形成10～17μm厚的氧化层。

基于Cr、Fe元素在NaOH溶液中的特殊反应机制。在强碱性和高电位条件下恒电位极化将首先促使Fe、Cr元素的同时溶解；继而由于产物FeO₄^2-在阳极的吸附、分解作用使得工件表面被一层水合氧化铁覆盖，阻止了内层金属的继续反应，极化后表面呈疏松多孔结构。

第二步，机械加工去除阳极氧化层