不銹鋼304微細(xì)電解加工用電解液的優(yōu)選研究

劉國(guó)棟，李 勇，孔全存,2，佟 浩

（1.清華大學(xué)機(jī)械工程系/精密超精密制造裝備及控制北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100084；2.北京信息科技大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院，北京100192）

不銹鋼304微細(xì)電解加工用電解液的優(yōu)選研究

劉國(guó)棟1，李 勇1，孔全存1,2，佟 浩1

（1.清華大學(xué)機(jī)械工程系/精密超精密制造裝備及控制北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100084；2.北京信息科技大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院，北京100192）

提出了一種向中性鹽溶液中添加絡(luò)合劑的復(fù)合電解液優(yōu)選方法，利用絡(luò)合劑與金屬離子生成可溶性的絡(luò)合物，實(shí)現(xiàn)不溶性產(chǎn)物的溶解和排出。針對(duì)不銹鋼304進(jìn)行微細(xì)孔加工實(shí)驗(yàn)，以工具電極和工件表面產(chǎn)物沉積情況、孔入口直徑、材料蝕除速率、單位電流下的材料蝕除速率等參數(shù)作為電解液優(yōu)選的評(píng)價(jià)判據(jù)，得到1.0 mol/L的NaNO3添加0.01 mol/L檸檬酸鈉為最優(yōu)復(fù)合電解液，并在厚0.5 mm的工件上加工得到直徑160～190 μm的微細(xì)孔。結(jié)果表明：在兼顧加工定域性和環(huán)保性的同時(shí)，采用上述復(fù)合電解液的材料蝕除速率比純NaNO3電解液提高了35%，工具電極和工件表面無(wú)產(chǎn)物沉積，加工效率和加工穩(wěn)定性均有所提高。

微細(xì)電解加工；電解液；不銹鋼304；絡(luò)合劑；檸檬酸鈉

不銹鋼304由于其很強(qiáng)的耐腐蝕性和優(yōu)良的加工性能被廣泛用于汽車及航天等工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，其精密零件上微細(xì)孔、槽等微結(jié)構(gòu)的加工需求也愈來(lái)愈多。微細(xì)電解加工具有理論精度高（可達(dá)納米級(jí)）、不受工件材料強(qiáng)度等機(jī)械性能限制、工件表面質(zhì)量好和無(wú)熱影響區(qū)等特點(diǎn)，在微細(xì)孔等微三維結(jié)構(gòu)的加工方面具有潛在優(yōu)勢(shì)［1-2］。因此，不銹鋼304上的高深寬比微細(xì)孔的電解加工具有典型的科學(xué)研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。

在高深寬比微細(xì)孔電解加工中，微小加工間隙內(nèi)生成的不溶性電解產(chǎn)物會(huì)堵塞電解液的更新通道，同時(shí)引起電導(dǎo)率的波動(dòng)，使加工效率降低、工件表面質(zhì)量變差；同時(shí)，電解產(chǎn)物沉積在電極和工件表面，將影響電解加工的穩(wěn)定性和形狀精度。因此，電解加工中電解液的化學(xué)成分對(duì)電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程具有重要的影響。常用的電解液有酸性電解液和中性電解液等類型。Ahn等利用稀硫酸電解液在厚100 μm的不銹鋼304上加工得到微細(xì)孔［3］。劉勇等利用混合的HCl和H2SO4電解液在不銹鋼304上加工出微結(jié)構(gòu)［4］。在中性鈍化電解液應(yīng)用方面，研究人員分別采用NaClO3和NaNO3電解液在厚度為100 μm和300 μm的不銹鋼304上加工得到微細(xì)孔，進(jìn)給速度約1～2 μm/s［5-6］。

酸性電解液具有工件表面質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，但其加工定域性難以控制，且會(huì)帶來(lái)機(jī)床腐蝕和廢液處理等問(wèn)題。相形之下，中性鹽鈍性電解液具有非線性特征，故加工精度高、定域性好，但加工深度受到不溶性產(chǎn)物的制約。為了實(shí)現(xiàn)中性鹽電解液中不溶性電解產(chǎn)物溶解和排出的目的，研究人員在利用化學(xué)反應(yīng)溶解不溶性產(chǎn)物方面進(jìn)行了探索。陳輝等向NaClO3溶液中加入一定量的乙二胺四乙酸二鈉（EDTANa2）［7］作為電解液，在厚度為400 μm的不銹鋼304上加工得到微細(xì)孔，進(jìn)給速度為0.25 μm/s。EDTANa2的加入減少了電解產(chǎn)物在工具電極上的沉積，提高了加工穩(wěn)定性。Ryu等采用檸檬酸［8］作為電解液，在100 μm厚的不銹鋼304上加工微細(xì)孔，利用檸檬酸的絡(luò)合作用避免了不溶性電解產(chǎn)物的生成，但電解液呈酸性狀態(tài)降低了加工精度。

以上利用化學(xué)反應(yīng)溶解不溶產(chǎn)物的方法為中性鹽電解液中電解產(chǎn)物的排出提供了一種可行思路。但在實(shí)現(xiàn)保證加工定域性和環(huán)?？紤]的同時(shí)，提高加工效率和穩(wěn)定性方面，以及探索電解液的選用和優(yōu)化方面，目前尚缺實(shí)驗(yàn)研究及理論分析。本文擬提出一種向中性鹽電解液中添加絡(luò)合劑的電解液優(yōu)選方法。在分析絡(luò)合劑的作用機(jī)理及理化性質(zhì)的基礎(chǔ)上，針對(duì)不銹鋼304進(jìn)行微細(xì)孔電解加工實(shí)驗(yàn)研究，旨在保持鈍性電解液優(yōu)良的定域性和環(huán)保性的前提下，利用絡(luò)合劑和金屬離子生成可溶性的絡(luò)合物，達(dá)到溶解并排出不溶性產(chǎn)物的目的。同時(shí)提出以工具電極及工件表面狀態(tài)、孔入口直徑等參數(shù)作為電解液優(yōu)選評(píng)價(jià)判據(jù)的電解液優(yōu)選方法，從而得到加工效果最優(yōu)的電解液。

1 絡(luò)合劑在電化學(xué)反應(yīng)中的作用

1.1 絡(luò)合劑的作用機(jī)理

本文利用絡(luò)合劑中的配位體與OH-和O2爭(zhēng)奪金屬離子生成可溶性的絡(luò)合物，達(dá)到不溶性產(chǎn)物溶解和排出的目的。在未加入絡(luò)合劑時(shí)，陽(yáng)極金屬被氧化產(chǎn)生的金屬離子Mn+與電解液中的OH-生成氫氧化物沉淀，見(jiàn)式（1）。在電解液中加入絡(luò)合劑后，電解液中游離的配位體L將與OH-和O2爭(zhēng)奪金屬離子發(fā)生配合反應(yīng)生成絡(luò)合物，見(jiàn)式（2），從而溶解氫氧化物沉淀，使其順暢排出。其中，L可能是帶負(fù)電或不帶電荷的配位體，忽略其電荷數(shù)。

可溶性絡(luò)合物的生成和氫氧化物沉淀溶解的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)見(jiàn)式（3）：

上述反應(yīng)生成可溶性絡(luò)合物的競(jìng)爭(zhēng)常數(shù)為：

式中：Ksp（M（OH）n）是沉淀M（OH）n在水中的溶解積；Kf（MLa）是絡(luò)合物MLa的穩(wěn)定常數(shù)對(duì)數(shù)。相同條件下，絡(luò)合劑的絡(luò)合能力越強(qiáng)，生成的絡(luò)合物越穩(wěn)定，Kf值就越大，Kj值也越大，即絡(luò)合劑爭(zhēng)奪金屬離子的能力越強(qiáng)，更利于不溶性電解產(chǎn)物的溶解和排出。

1.2 常用絡(luò)合劑的性質(zhì)

電解液中添加絡(luò)合劑的種類及性質(zhì)與其溶解不溶性電解產(chǎn)物的作用密切相關(guān)。根據(jù)微細(xì)電解加工的實(shí)際特點(diǎn)，電解液中的絡(luò)合添加劑需具備對(duì)金屬離子的絡(luò)合能力強(qiáng)、生成的絡(luò)合物易溶于水、黏度小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和無(wú)毒性等特點(diǎn)。因此，從物理及化學(xué)性質(zhì)考慮，結(jié)構(gòu)中具有多羥基酸類、醇胺類、氨羧類基團(tuán)的配位體的絡(luò)合劑可作為電解液添加劑。多羥基酸類配位體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1a，其結(jié)構(gòu)中包含-OH 和-COO-，在電解液接近中性的條件下，含有多羥基酸配位體絡(luò)合劑中-COO-上的O參與配位，配位能力強(qiáng)。醇胺類配位體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1b，其結(jié)構(gòu)中氨基的H原子可部分電離并與OH-生成混合配位體，絡(luò)合物很穩(wěn)定。氨羧類配位體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1c，其結(jié)構(gòu)中的N原子和-COO-上的O原子都可參與配位，故配位能力很強(qiáng)，可從金屬氧化物中奪取金屬離子，形成非常穩(wěn)定的螯合物。

圖1 三種配位體的化學(xué)結(jié)構(gòu)式

2 微細(xì)電解加工用電解液的優(yōu)選方法

在本文的電解液優(yōu)選方法中，首先結(jié)合加工實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出電解液優(yōu)選的評(píng)價(jià)判據(jù)，其次選擇作為本體電解液的中性鹽溶液種類，并優(yōu)化其濃度。最后在初步篩選的絡(luò)合能力強(qiáng)、理化性質(zhì)穩(wěn)定的絡(luò)合劑中優(yōu)化絡(luò)合劑的種類，得到最優(yōu)的復(fù)合電解液。

2.1 電解液優(yōu)選的評(píng)價(jià)判據(jù)

電解液優(yōu)選研究的目的是在保持中性鹽電解液優(yōu)良性定域性和環(huán)保性的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)不溶性電解產(chǎn)物的溶解和排出，進(jìn)而提高加工效率、加工穩(wěn)定性、工件形狀精度和表面質(zhì)量等加工特性。然而，上述加工特性的評(píng)價(jià)本身抽象，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)無(wú)法直接反映，因此如何選取反映以上加工性能的參數(shù)為評(píng)價(jià)判據(jù)是電解液優(yōu)選的重要方面。

本文中向中性鹽電解液中添加絡(luò)合劑的電解液優(yōu)選方法，以加工實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到的工具電極及工件表面狀態(tài)、孔入口直徑、材料蝕除速率和單位電流下材料蝕除速率等參數(shù)作為電解液加工性能的評(píng)價(jià)判據(jù)，用以反映工件表面質(zhì)量、加工定域性、加工效率、加工穩(wěn)定性和材料與電解液匹配程度等加工特性，進(jìn)而優(yōu)選得到最優(yōu)的電解液。圖2為電解液優(yōu)選過(guò)程的示意圖。

圖2 電解液優(yōu)選過(guò)程示意圖

孔的入口直徑可反映側(cè)面加工間隙大小和雜散腐蝕情況，用以表征加工定域性。材料蝕除速率提高比（IRMRR）的物理意義是指復(fù)合電解液中加入絡(luò)合物后較采用本體電解液的蝕除效率提高的比例，其表達(dá)式見(jiàn)式（5），與工件的MRR一起可反映加工效率的大小。最大進(jìn)給速度可反映電解加工的穩(wěn)定性，加工反應(yīng)過(guò)程越穩(wěn)定，在一定參數(shù)下能夠達(dá)到的加工進(jìn)給速度越大。

電解產(chǎn)物在工具電極和孔內(nèi)壁上的沉積將大大影響材料蝕除過(guò)程的穩(wěn)定性和加工精度，因此工具電極和工件表面的產(chǎn)物沉積情況可反映加工穩(wěn)定性的好壞和工件表面質(zhì)量的優(yōu)劣。微細(xì)孔入口的圓度和輪廓形狀可反映工件的形狀精度。為了研究微細(xì)電解加工中單位電流作用下工件材料蝕除過(guò)程，定義電流I作用下陽(yáng)極材料蝕除速率MRC見(jiàn)式（6），其物理意義是電解加工中工件材料溶解過(guò)程消耗的能量的大小。MRC反映了被加工材料的蝕除過(guò)程與電解液成分的匹配特征，同等條件下MRC值越大，電解液與陽(yáng)極材料蝕除匹配特性越好，陽(yáng)極材料蝕除過(guò)程穩(wěn)定，電流效率越大，加工效率就越高。

2.2 本體電解液選擇及濃度優(yōu)化

高深寬比微細(xì)孔加工時(shí)由于流場(chǎng)相對(duì)封閉使產(chǎn)物排出非常困難，本研究在不銹鋼304上進(jìn)行微細(xì)孔加工，以說(shuō)明不溶性產(chǎn)物對(duì)加工過(guò)程的影響，并利用電解液優(yōu)選方法選擇和優(yōu)化電解液的成分。加工實(shí)驗(yàn)裝置采用自行研制的微細(xì)電解加工機(jī)床，高頻脈沖電源向兩極輸出脈沖電流［9］，電解液流動(dòng)由高壓中空沖液實(shí)現(xiàn)，保證絡(luò)合劑隨電解液進(jìn)入加工區(qū)域，工具電極采用自制的微細(xì)中空電極，其外徑為130 μm，內(nèi)徑為65 μm，長(zhǎng)度為4 mm，側(cè)壁無(wú)絕緣處理。

本文的本體電解液采用中性鹽溶液，常用的中性鹽電解液為NaNO3、NaClO3和NaCl。其中，NaNO3和NaClO3是鈍性電解液，NaCl電解液是活性電解液。利用上述實(shí)驗(yàn)條件在0.5 mm厚的不銹鋼304上分別采用相同濃度（1.0 mol/L）的NaNO3、NaClO3和NaCl進(jìn)行微細(xì)孔加工實(shí)驗(yàn)，其加工電壓為8 V，脈寬脈間均為5 μs?？紤]工件的厚度和微細(xì)孔的深寬比，選取微細(xì)孔的目標(biāo)直徑為160～190 μm。加工得到孔入口直徑、材料蝕除速率與進(jìn)給速度的關(guān)系曲線見(jiàn)圖3。

圖3 孔入口直徑、材料蝕除速率與進(jìn)給速度的關(guān)系

采用NaNO3電解液加工的材料蝕除速率與NaClO3基本相當(dāng)，其孔徑范圍為157～218 μm，滿足目標(biāo)要求。NaClO3電解液對(duì)應(yīng)的孔徑范圍為208～249 μm，孔徑超出目標(biāo)范圍。而NaCl電解液雖然其材料蝕除速率很大，但最小孔徑超過(guò)320 μm。根據(jù)本體電解液評(píng)價(jià)判據(jù)，考慮孔入口直徑和材料蝕除速率，選擇NaNO3作為本體電解液。

不同濃度的NaNO3電解液加工得到的微細(xì)孔入口直徑與進(jìn)給速度之間的變化趨勢(shì)見(jiàn)圖4。其中，1.5 mol/L的NaNO3電解液雖然其最大進(jìn)給速度可達(dá)15 μm/s，但其孔徑大于190 μm，而0.25 mol/L和0.5 mol/L的NaNO3電解液達(dá)到的最大進(jìn)給速度很小（＜7 μm/s）。采用1.0 mol/L的NaNO3電解液的最大進(jìn)給速度為12 μm/s，孔徑范圍為169～215 μm，孔徑滿足目標(biāo)要求。根據(jù)濃度評(píng)價(jià)判據(jù)考慮孔入口直徑和最大進(jìn)給速度，本體電解液NaNO3的優(yōu)化濃度為1.0 mol/L。

圖4 不同濃度的NaNO3電解液對(duì)應(yīng)入口直徑與進(jìn)給速度關(guān)系曲線

2.3 絡(luò)合劑種類優(yōu)化

采用含有1.2節(jié)中所述配位體的典型的絡(luò)合劑在不銹鋼304上分別進(jìn)行加工實(shí)驗(yàn)。其中，含多羥基酸類配位體的絡(luò)合劑以檸檬酸鈉、酒石酸鈉、葡萄糖酸鈉為代表，含有醇胺類配位體的絡(luò)合劑選擇三乙醇胺，含有氨羧類配位體的絡(luò)合劑選擇乙二胺四乙酸二鈉（EDTANa2），在溫度為25℃、pH=7的條件下以上述5種絡(luò)合劑溶解Fe（OH）3，為例上述絡(luò)合劑的競(jìng)爭(zhēng)系數(shù)對(duì)數(shù)lgKj值見(jiàn)表1。選取上述絡(luò)合劑含量為0.01 mol/L加入本體電解液中，利用與上述相同的加工參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。以無(wú)添加劑的純NaNO3和添加H2SO4（pH=5）的電解液作為對(duì)照。

表1 5種絡(luò)合劑競(jìng)爭(zhēng)系數(shù)lgKj數(shù)值

采用添加絡(luò)合劑的各復(fù)合電解液對(duì)應(yīng)的孔入口直徑和蝕除效率提高比見(jiàn)圖5。加入EDTANa2和三乙醇胺復(fù)合電解液中材料蝕除速率分別提高了22%和10%，孔徑為200～215 μm，孔徑較大且效率提高值較小。檸檬酸鈉、酒石酸鈉和葡萄糖酸鈉復(fù)合電解液中材料蝕除速率分別提高35%、34% 和43%，孔徑為178～195 μm，其加工效率顯著提高，且孔的入口直徑滿足目標(biāo)要求。因此，考慮加工定域性和加工效率，檸檬酸鈉、葡萄糖酸鈉和酒石酸鈉的加工特性較優(yōu)。

圖5 各電解液加工效率較NaNO3的提高的比例

采用純NaNO3進(jìn)行加工實(shí)驗(yàn)得到的孔入口形貌及電極表面狀態(tài)見(jiàn)圖6。其中，圖6a～6c分別是對(duì)應(yīng)的孔入口、出口及其工具電極表面狀態(tài)，工件及電極表面有較多電解產(chǎn)物沉積。

圖6 純NaNO3電解液加工工件及電極表面狀態(tài)

圖7是采用添加絡(luò)合劑的各復(fù)合電解液的加工結(jié)果。其中，圖7a、圖7b是+H2SO4電解液的加工結(jié)果，加酸后工件及電極表面無(wú)產(chǎn)物沉積但是孔的圓度和邊沿輪廓很差。圖7c～圖7f分別是+檸檬酸鈉、+葡萄糖酸鈉的電解液對(duì)應(yīng)的工件及其電極表面狀態(tài)，表面上均無(wú)產(chǎn)物沉積，且孔入口圓度很高，邊沿輪廓清晰。圖7g～圖7j分別是+酒石酸鈉和+三乙醇胺對(duì)應(yīng)的孔入口及電極狀態(tài)，其上有大量電解產(chǎn)物沉積。圖7k和圖7l與+EDTANa2的加工結(jié)果相對(duì)應(yīng)，工件和電極表面無(wú)產(chǎn)物沉積，孔入口圓度較高。考慮孔入口的形狀精度和加工穩(wěn)定性因素，檸檬酸鈉、葡萄糖酸鈉和乙二胺四乙酸二鈉復(fù)合電解液的加工特性較好。

圖7 采用各復(fù)合電解液加工工件及電極表面狀態(tài)

圖8是采用各復(fù)合電解液加工實(shí)驗(yàn)得到的MRC值的比較。其中，采用檸檬酸鈉復(fù)合電解液的MRC值最大，其值為479.5×10-4mm3/A·s，較無(wú)添加劑NaNO3電解液提高了2倍左右。葡萄糖酸鈉復(fù)合電解液的MRC值次之。結(jié)果表明，添加檸檬酸鈉的電解液反應(yīng)過(guò)程電流效率較高，材料蝕除效率高，檸檬酸鈉與不銹鋼304材料的匹配性能好。因此，考慮材料與電解液匹配因素，檸檬酸鈉復(fù)合電解液性能為最優(yōu)。

圖8 MRC數(shù)值比較直方圖

結(jié)合添加絡(luò)合劑的復(fù)合電解液在微細(xì)孔電解加工實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用以孔的入口直徑、材料蝕除效率提高比、MRC值、工具電極及工件表面狀態(tài)（包括孔的輪廓及圓度、產(chǎn)物沉積情況等）的絡(luò)合劑評(píng)價(jià)判據(jù)，兼顧微細(xì)電解加工的定域性、加工效率及穩(wěn)定性和與電解液匹配等加工特性,選用檸檬酸鈉作為電解液絡(luò)合添加劑。

綜合以上分析，為了實(shí)現(xiàn)高深寬比微細(xì)孔的電解加工，利用中性鹽溶液中添加絡(luò)合劑的電解液優(yōu)選方法，最終得到用于不銹鋼304加工的電解液為1.0 mol/L NaNO3+0.01 mol/L檸檬酸鈉復(fù)合電解液。

3 加工實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與機(jī)理討論

在電解液接近中性的情況下，3種含有多羥基酸配位體的絡(luò)合劑檸檬酸鈉、酒石酸鈉和葡萄糖酸鈉具有很強(qiáng)的絡(luò)合能力，能有效地溶解電解產(chǎn)物（lgKj＞-26.0）。因此，添加3種絡(luò)合劑的材料蝕除效率提高比例都較大（＞34%）。其中，葡萄糖酸鈉中的親水基-OH最多，生成的絡(luò)合物在水中溶解度大，使其陽(yáng)極溶解速度得到顯著提高［10］，加工效率最高。檸檬酸鈉和葡萄糖酸鈉與金屬離子生成的絡(luò)合物對(duì)金屬的吸附能力弱，因此，在工具電極和工件表面上均無(wú)電解產(chǎn)物沉積。而酒石酸鈉具有2個(gè)-OH的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，酒石酸根可作為橋連基與金屬離子螯合，使其吸附作用強(qiáng)于檸檬酸鈉［10］。因此，在利用酒石酸鈉作為絡(luò)合劑時(shí)在其電極和工件上有部分電解產(chǎn)物沉積，孔入口形狀精度受到影響。

三乙醇胺雖然絡(luò)合能力很強(qiáng)，但其配位體具有很強(qiáng)的表面活性，生成的絡(luò)合物在金屬上有明顯的吸附作用。故利用其作為絡(luò)合劑的電解液所得到的工件和工具電極表面上沉積大量的電解產(chǎn)物，最終影響微細(xì)電解加工的加工效率和孔入口的形狀精度。乙二胺四乙酸二鈉（EDTANa2）的配位體由于其配合能力強(qiáng)（lgKj=-11.4），生成的螯合物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，吸附性弱，但EDTA2-與金屬離子配位時(shí)形成的螯合物體積大、擴(kuò)散慢，造成濃差極化，使陽(yáng)極表面鈍化膜增厚，加工穩(wěn)定性差。因此，其能夠達(dá)到的最大加工進(jìn)給速度低，材料蝕除速率提高較低（10%）。

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)微細(xì)電解加工中絡(luò)合物的作用機(jī)理及其理化性質(zhì)的分析，結(jié)合不銹鋼304材料上微細(xì)孔電解加工實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)其電解液化學(xué)成分進(jìn)行了選擇和優(yōu)化，最后對(duì)絡(luò)合劑的作用機(jī)理及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行了討論和分析，得到如下主要結(jié)論：

（1）采用向中性鹽電解液中添加絡(luò)合劑的復(fù)合電解液的方法，利用絡(luò)合劑中的配位體爭(zhēng)奪金屬離子，從而溶解不溶性電解產(chǎn)物，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物溶解和順暢排出，可解決高深寬比微細(xì)孔加工中深度受到不溶性電解產(chǎn)物制約的問(wèn)題。

（2）提出在中性鹽電解液中添加絡(luò)合劑的電解液優(yōu)選方法，以加工實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到的工具電極及工件表面狀態(tài)、孔入口直徑、MRR值、最大加工速度、單位電流蝕除速率和MRC值作為電解液性能的評(píng)價(jià)判據(jù)，可得到實(shí)現(xiàn)最優(yōu)加工性能的復(fù)合電解液。

（3）利用上述電解液優(yōu)選方法得到的1.0 mol/L NaNO3+0.01 mol/L檸檬酸鈉作為加工不銹鋼304的最優(yōu)復(fù)合電解液，加工得到直徑160～190 μm的微細(xì)孔，其材料蝕除速率比NaNO3電解液提高35%，MRC值提高了2倍，工具電極及工件表面均無(wú)產(chǎn)物沉積，在兼顧加工定域性和環(huán)保性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了高深寬比微細(xì)孔加工效率、加工精度和加工穩(wěn)定性的提高。

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Study on Selection of Electrolyte for Micro Electrochemical Machining on Stainless Steel 304

Liu Guodong1，Li Yong1，Kong Quancun1,2，Tong Hao1
（1.Department of Mechanical Engineering，Tsinghua University/Beijing Key Lab of Precision/Ultra-precision Manufacturing Equipments and Control，Beijing 100084，China；2.School of Instrument Science and Opto-electronics Engineering，Beijing Information Science&Technology University，Beijing 100192，China）

The selection and optimization of compound electrolyte is researched，the compound electrolyte containing neutral salt and complexing agents is selected，in which the ligands are utilized to generate soluble products with metal ions.To optimize the electrolyte constituent，products deposition condition on electrode and workpiece surface，inlet diameter，material removal rate （MRR）and ratio of removal rate to current are taken as evaluation criterions.Micro ECM experiments on stainless steel 304（SS304）are carried out.The compound electrolyte which contains 1.0 mol/L NaNO3and 0.01 mol/L sodium citrate is selected as optimal compound electrolyte.The micro holes with diameter of 160～190 μm are achieved on SS304 with 0.5 mm thickness.Experimental results show that MRR of micro holes with above compound electrolyte is increased by 35%.No electrolytic products is observed to deposit on surface of tool electrode and workpiece.As a result，both machining efficiency and stability are improved by using the compound electrolyte.

micro electrochemical machining；electrolyte；SS304；complexing agents；sodium citrate

TG662

A

1009－279X（2015）06－0020-06

2015-08-31

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（51275255）；江蘇省數(shù)字化電化學(xué)加工重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室（常州工學(xué)院）開(kāi)放基金資助項(xiàng)目（KFJJ2004005）

劉國(guó)棟，男，1990年生，博士研究生。