電解加工產(chǎn)物無害化處理方法與發(fā)展

（中國(guó)航空制造技術(shù)研究院，北京 100024）

電 解 加 工（Electrochemical Machining，ECM）是一種利用金屬電化學(xué)陽(yáng)極溶解的原理實(shí)現(xiàn)去除的特種加工方法，其“拷貝”成形的特性可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀的一次成形加工，加工效率高、無工具電極損耗、無加工應(yīng)力、表面完整性好，在國(guó)內(nèi)外航空、航天、兵器工業(yè)產(chǎn)品研發(fā)及生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。電解加工用的電解液一般采用導(dǎo)電性及安全性較好的NaCl、NaNO3等中性鹽溶液，電解液在電解加工中承擔(dān)著電化學(xué)反應(yīng)、產(chǎn)物容納及沖刷的重要角色，電解液的電導(dǎo)率、pH值、純凈度等與電解加工的質(zhì)量及穩(wěn)定性密切相關(guān)。但在電解加工過程中，由于陽(yáng)極金屬的不斷溶解及金屬離子遇水及空氣后的氧化反應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生大量的固相化合物而聚成污泥，處理不當(dāng)，會(huì)造成環(huán)境污染。如何消除電解加工產(chǎn)物帶來的不利影響，越來越引起人們的重視，國(guó)內(nèi)外近年來已針對(duì)其產(chǎn)物的無害化處理采取了一系列技術(shù)措施。本文將從電解加工產(chǎn)物成分和影響分析、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、處理技術(shù)等幾個(gè)方面進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)處理方法的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探討。

電解加工產(chǎn)物成分和影響分析

以加工鋼為例，電解加工過程中，典型的電化學(xué)反應(yīng)如表1所示。

從表1中電化學(xué)反應(yīng)式可看出，電解加工后電解液池中會(huì)出現(xiàn)鐵的氧化物、氫氧化物沉淀等。陽(yáng)極溶解反應(yīng)中每蝕除掉1mol金屬鐵，將產(chǎn)生1mol的Fe(OH)2墨綠色絮狀物。將摩爾數(shù)換算成體積數(shù)可知，每蝕除掉1體積的鐵將產(chǎn)生約3.7倍體積的Fe(OH)2，其中Fe(OH)2還將進(jìn)一步氧化成Fe(OH)3黃褐色沉淀物[1]。產(chǎn)物的聚集帶來的影響主要有以下幾個(gè)方面：

第一，對(duì)加工工藝過程的影響。生成的大量加工產(chǎn)物混在電解液中，影響電化學(xué)反應(yīng)的速度，容易造成加工區(qū)極間短路和結(jié)疤，在小間隙精密電解加工時(shí)越明顯。如不能實(shí)現(xiàn)電解液的在線高精過濾、凈化和更新，就不能保證加工過程中的電解液純凈度要求，造成電化學(xué)極化，使加工難以持續(xù)。

第二，對(duì)環(huán)境的影響。電解加工去除產(chǎn)出比高，產(chǎn)物含水化合物團(tuán)體積較大，處理過程中難于周轉(zhuǎn)存放，占用空間大，并且在堆積的大量污泥中，如果不加處理任意堆放，將對(duì)生態(tài)環(huán)境造成影響。如采用化學(xué)法混合處理，生成的污泥總量會(huì)更多。根據(jù)生產(chǎn)加工經(jīng)驗(yàn)估計(jì)，按國(guó)內(nèi)目前采用的電解產(chǎn)物處理方法，即板框壓濾后濕泥裝袋，處理后每臺(tái)萬安培級(jí)設(shè)備正常電解加工每天將產(chǎn)生約400kg的濕泥。雖然經(jīng)過板框壓濾法將電解產(chǎn)物進(jìn)行壓濾，仍需對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行再脫水處理，最大限度壓縮其占用空間。加工過程中生成的墨綠色絮狀物Fe（OH）2、黃褐色沉淀物Fe（OH）3及Fe2O3等化合物對(duì)周圍環(huán)境具有較強(qiáng)的染色污染，有色工業(yè)廢水除了給人以不愉快感，降低受納水體的透光性，還會(huì)影響水生生物的生長(zhǎng)[2]。要求電解加工產(chǎn)物排放前要對(duì)其進(jìn)行脫色處理，避免其對(duì)環(huán)境的二次污染。

第三，對(duì)人體健康的影響。軍工產(chǎn)品大量采用高溫合金、不銹鋼等金屬材料，在電解加工的電化學(xué)反應(yīng)后，會(huì)產(chǎn)生一定量游離的六價(jià)鉻（如Cr2O7

2-）等有害離子,會(huì)對(duì)人體健康造成影響。如六價(jià)鉻（Cr6+）化合物及其鹽類，為吸入性毒物，極易在水中溶解，容易被人體吸收，長(zhǎng)期吸入會(huì)導(dǎo)致重金屬中毒，對(duì)環(huán)境有持久危險(xiǎn)性[3]。故必須保證操作者對(duì)含高價(jià)重金屬離子產(chǎn)物的接觸和吸入保護(hù)，同時(shí)應(yīng)對(duì)六價(jià)鉻離子進(jìn)行還原，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。此外，電解加工過程中會(huì)產(chǎn)生少量有害人體健康的氣體，如Cl2、Br2氣體，應(yīng)保證及時(shí)有效的排出廠房。

可見，大批量生產(chǎn)中電解加工產(chǎn)物帶來的副作用，勢(shì)必會(huì)影響其在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的推廣和應(yīng)用。必須重視并解決電解加工過程中的環(huán)境保護(hù)問題，特別是對(duì)電解加工的產(chǎn)物進(jìn)行處理和回收，將其中的有害離子（如Cr6+等）進(jìn)行無害化處理，達(dá)到“綠色制造”的目的。

國(guó)內(nèi)外解決方案及現(xiàn)狀

在電解加工技術(shù)快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的同時(shí)，各個(gè)國(guó)家均開始重視如何消弱或消除電解加工對(duì)環(huán)境的影響的研究工作。20世紀(jì)90年代，美國(guó)與德國(guó)已經(jīng)有了成熟的解決方案。美國(guó)采取集中發(fā)展，將影響控制在一個(gè)地域中，同時(shí)嚴(yán)格對(duì)電解產(chǎn)物進(jìn)行無害化處理。在電解加工產(chǎn)物處理方面，美國(guó)采用了振動(dòng)薄膜過濾系統(tǒng)（VSEP處理系統(tǒng)），經(jīng)精密過濾后的產(chǎn)物直接進(jìn)入壓榨機(jī)，并經(jīng)深度脫水后壓成模塊[4]。目前，該處理方法已在美國(guó)多行業(yè)內(nèi)應(yīng)用，其中包括精密電解加工、石油化工及，廢水處理等。美國(guó)VSEP過濾系統(tǒng)和產(chǎn)物壓榨處理工藝流程如圖1所示[4]。

表1 電解加工電化學(xué)反應(yīng)

圖1 VSEP過濾系統(tǒng)和產(chǎn)物壓榨處理工藝流程圖Fig.1 Flow chart of VSEP filtration system and products press process

歐盟在其制定的第五框架計(jì)劃 (FP5，1998～2002)中，專門設(shè)置了“環(huán)境、能源和可持續(xù)發(fā)展”研發(fā)專題（SPECTRUM），使歐洲的能源利用與經(jīng)濟(jì)、環(huán)境相協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展。精密電解加工產(chǎn)物處理就被列入此專題中，即“超精密電解加工產(chǎn)物處理回收再利用技術(shù)研究”專題，成為一項(xiàng)重要的研究?jī)?nèi)容。此項(xiàng)專題研究主要參與單位有荷蘭飛利浦公司，德國(guó)的博世集團(tuán)，比利時(shí)的魯汶大學(xué)和布魯塞爾自由大學(xué)VUB等。專題提出電解產(chǎn)物處理技術(shù)研究成果將實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室研究乃至更廣泛的工業(yè)應(yīng)用，清潔的電解液使電解加工精度由當(dāng)時(shí)的0.25mm提高至少兩個(gè)數(shù)量級(jí)，解決每年近8000t化學(xué)產(chǎn)物對(duì)人體、環(huán)境帶來的危害，特別是有毒離子Cr6+和其他的重金屬離子。這一項(xiàng)目在歐盟“地平線2020”計(jì)劃中還在繼續(xù)。另外，歐盟議會(huì)和歐盟理事會(huì)于2003年通過了ROHS指令，明確規(guī)定了6種有害物質(zhì)的最大限量值，其中六價(jià)鉻含量＜1000×10-6，即＜0.1%。迄今為止，基本實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。以MTU、EMAG公司為代表，德國(guó)實(shí)現(xiàn)了電解液的在線精密過濾及產(chǎn)物的無害化處理，走在了世界前列，配有獨(dú)立的控制系統(tǒng)進(jìn)行電解液供液及精密微過濾系統(tǒng)的控制與管理。采取高精度膜濾技術(shù)對(duì)循環(huán)的電解液進(jìn)行在線精微過濾，且具有自動(dòng)反沖洗功能，過濾精度≤0.5μm，使得加工區(qū)可以穩(wěn)定地獲得清潔電解液。

相比國(guó)外，國(guó)內(nèi)的電解加工工藝應(yīng)用單位較分散，沒有實(shí)現(xiàn)電解加工產(chǎn)物的集中控制、集中處理。各個(gè)單位的處理方法也不盡相同，處理設(shè)備和方法都較落后。國(guó)內(nèi)常用的電解加工系統(tǒng)組成如圖2所示。其中的輸液系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、產(chǎn)物濾除系統(tǒng)各自獨(dú)立，沒有實(shí)現(xiàn)相關(guān)的系統(tǒng)控制。占地面積大，電解液部分多采用地面下的水泥電解液循環(huán)池，主泵輸液路徑較長(zhǎng)，因滴漏造成現(xiàn)場(chǎng)的污染尤為突出；電解產(chǎn)物經(jīng)板框壓濾機(jī)處理后，裝袋集中堆放，到一定數(shù)量后轉(zhuǎn)交專業(yè)的環(huán)保處理廠處理。這種方法不能解決電解加工過程中的在線處理，對(duì)產(chǎn)物的后續(xù)處理也沒能實(shí)現(xiàn)最終跟蹤，對(duì)電解產(chǎn)物產(chǎn)生二次污染的控制力很弱。

圖2 電解加工系統(tǒng)組成圖Fig.2 Component diagram of electrochemical machining system

電解液過濾技術(shù)

電解加工過程中，加工區(qū)電解液流速最高可達(dá)30m/s，加工大面積型面，流量可達(dá)300L/min。大流量的循環(huán)使用對(duì)過濾系統(tǒng)要求很高，要求對(duì)加工區(qū)的回液進(jìn)行實(shí)時(shí)高精度產(chǎn)物過濾。高純凈度大流量電解液過濾目前常用先進(jìn)方法有兩種方式：一種是具有反沖洗功能的振動(dòng)薄膜過濾方法；另一種是離心過濾方法。振動(dòng)薄膜過濾是采用超濾、納濾或反滲透膜組件，運(yùn)作時(shí)薄膜連續(xù)振動(dòng)，在膜面制造剪切波，以此解決膜阻塞問題，實(shí)現(xiàn)了物料連續(xù)一次性的高效過濾，無需進(jìn)行多次循環(huán)過濾。產(chǎn)物濃縮度很高，一次性回收率達(dá)到95%，固液分離后溶液的純凈度高。振動(dòng)薄膜過濾方法大大提高了電解液過濾和加工產(chǎn)物處理的經(jīng)濟(jì)性[5]。VSEP振動(dòng)膜濾系統(tǒng)工作原理如圖3所示。

離心過濾方法相比振動(dòng)薄膜過濾，原理上更加簡(jiǎn)單。其原理見圖4。離心過濾機(jī)主要由離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓和取水器等組成。固液混合物輸入到離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，利用離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓的高速旋轉(zhuǎn)，比重較大的固相沉淀物在離心力的作用下在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁沉淀、壓縮、脫水，從而實(shí)現(xiàn)固液分離，固相通過重力排出；同時(shí)，通過取水頭不斷獲得純凈溶液，溶液的純凈度與取水器沿離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓的徑向位置相關(guān)。該過濾方法實(shí)現(xiàn)了溶液過濾和產(chǎn)物壓榨的一體化處理，具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地小等優(yōu)點(diǎn)。在歐洲，離心過濾方法在切削工作液的凈化上得到了普遍應(yīng)用，在電解液過濾方面剛剛開始。

圖3 VSEP振動(dòng)膜濾系統(tǒng)工作原理Fig.3 Principle of VSEP treatment system

圖4 離心過濾機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Block diagram of centrifugal filter

基于離心過濾分離技術(shù)的電解液系統(tǒng)即是以離心機(jī)作為精密過濾、產(chǎn)物濾除的核心元件，將液箱、離心機(jī)、熱交換器、檢測(cè)組件及控制系統(tǒng)等進(jìn)行集成，如圖5所示。

整套輸液系統(tǒng)以電解液箱作為基礎(chǔ)，分為臟液箱與凈液箱。電解液主輸液泵將純凈的電解液輸送至電解加工區(qū)，加工后的液體回到臟液箱；臟液箱中的電解液由離心機(jī)供液泵抽至離心機(jī)內(nèi)進(jìn)行過濾分離，過濾后的凈液再回到凈液箱，形成循環(huán)；同時(shí)，電解液熱交換泵將電解液不斷輸送至熱交換器，與外部的冷水進(jìn)行熱交換達(dá)到降溫的目的，在電解液溫度低于工藝要求時(shí)，可啟動(dòng)加熱棒進(jìn)行升溫；系統(tǒng)同時(shí)具備pH值、電導(dǎo)率以及純凈度在線檢測(cè)功能；整套系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行由控制系統(tǒng)完成。系統(tǒng)具備輸液、控溫、pH值、電導(dǎo)率監(jiān)控功能，代替了傳統(tǒng)的主泵、電解液池、板框壓濾機(jī)等復(fù)雜系統(tǒng)[6]。

基于離心過濾及產(chǎn)物濾除技術(shù)的電解液系統(tǒng)，通過集成后占地面積僅為傳統(tǒng)分離式電解液系統(tǒng)的1/5。離心過濾輸液系統(tǒng)是一種成熟技術(shù)的應(yīng)用轉(zhuǎn)型，運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)簡(jiǎn)易，是實(shí)現(xiàn)電解加工設(shè)備高度集成的重要途徑之一。

電解泥處理技術(shù)

電解加工應(yīng)用于批量生產(chǎn)時(shí)，每天都會(huì)產(chǎn)生大量的金屬化合物，經(jīng)過固液分離后，一般呈固態(tài)的污泥狀態(tài)。對(duì)電解泥的存放、處理也是重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)之一。對(duì)工業(yè)廢物進(jìn)行填海曾經(jīng)是電化學(xué)加工污泥等固體廢物處置的一條傳統(tǒng)途徑。美國(guó)在1965年以前，一直將固體廢物進(jìn)行填海處理，其中也包括電化學(xué)加工污泥，直到1992年，才通過了《海洋保護(hù)研究和保護(hù)區(qū)法》；英國(guó)在1998年以前，固體廢物填海處理占到30%，1998年12月后明確禁止固體廢物填海[7]。電化學(xué)加工污泥等固體廢物目前的主要處置辦法是陸地安全填埋。我國(guó)早期對(duì)危險(xiǎn)固體廢物的管理較為混亂，地區(qū)差異大，很多工業(yè)廢物只是簡(jiǎn)單堆放或填埋，污染嚴(yán)重。近年來，加強(qiáng)了管理和處置力度，在多個(gè)城市已擁有符合標(biāo)準(zhǔn)的廢物集中處理場(chǎng)[8]。

目前對(duì)電解產(chǎn)物等工業(yè)廢物的處理方法一般有脫水處理、干化處理、焚燒處理等方法。高壓壓榨脫水可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電解加工產(chǎn)物（含水化合物團(tuán)）的深度脫水處理，其原理就是利用物理擠壓方法排出介質(zhì)中的水，不斷干化，最大限度壓縮體積。高壓壓榨技術(shù)主要有螺旋壓榨、離心壓榨、滾軋壓榨等方法，通過擠壓、甩干等方式干化處理后的電解泥產(chǎn)品用途很多，有些甚至可以用做土壤改良劑、替代能源等。脫水處理有效地縮減了泥的體積，起到了一定減容作用，但脫水后產(chǎn)物的含水率仍然較高，最終填埋處理仍有環(huán)境的安全性問題，因此僅僅脫水處理也沒有解決電解泥的最終處置問題。目前，干化處理是污泥處理技術(shù)中最為先進(jìn)和科學(xué)的一種處理方法。干化處理的方法很多，如向濕污泥中添加藥品（聚丙烯酸鈉等）改變污泥結(jié)構(gòu)及性能，可以迅速析出水分，同時(shí)使污泥顆粒松散，提高通氣性，更易于干化。還有采用施加熱量使水分蒸發(fā)的熱干化方法，處理更為徹底[9]。

國(guó)外學(xué)者對(duì)重金屬污染的治理技術(shù)進(jìn)行了大量研究工作，處理中重金屬產(chǎn)物需建立區(qū)域性專業(yè)工廠，進(jìn)行集中綜合利用與處置。針對(duì)不同的重金屬存在形式，目前已開發(fā)應(yīng)用的方法有化學(xué)還原、化學(xué)穩(wěn)定化處理、離子交換、物理固化及燒結(jié)等。

圖5 輸液系統(tǒng)組成Fig.5 Electrolyte supply system

化學(xué)還原即是在電解液池中添加還原劑（如硫酸亞鐵FeSO4、亞硫酸氫鈉NaHSO3），以鉻離子為例，將6價(jià)鉻還原成3價(jià)鉻，形成穩(wěn)定的Cr（OH）3沉淀，經(jīng)壓濾機(jī)形成固態(tài)電解泥，再進(jìn)行后續(xù)處理?；瘜W(xué)還原應(yīng)用最為普遍，我國(guó)有40%以上的電化學(xué)加工產(chǎn)物采用化學(xué)還原處理廢水，而日本占到了85%左右?；瘜W(xué)還原法投資少、技術(shù)成熟、適應(yīng)性強(qiáng)，但會(huì)產(chǎn)生大量的污泥。污泥的堆積存放造成地下水污染，重金屬超過飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)每年從電化學(xué)加工污泥中流失重金屬達(dá)幾千噸以上，這方面與國(guó)外差距很大。國(guó)外對(duì)重金屬含量大的電化學(xué)加工污泥進(jìn)行金屬提煉，如鉻泥、鎳泥等用于不銹鋼冶煉。對(duì)混合污泥多采用固化處理，如經(jīng)水泥固化并經(jīng)浸漬檢驗(yàn)合格后填埋。日本、美國(guó)、西歐等國(guó)家對(duì)重金屬污泥處理的專業(yè)化程度都很高，每個(gè)地區(qū)都配備專門的污泥處理工廠以減少運(yùn)輸環(huán)節(jié)。國(guó)內(nèi)近年來也非常重視重金屬污泥的綜合利用研究，尤其是對(duì)混合污泥進(jìn)行研究其處理和應(yīng)用技術(shù)，并取得了一定成效[7]。

化學(xué)穩(wěn)定化技術(shù)是指在固體廢物中加入化學(xué)藥劑，將廢物中有害成分引入某種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)中的處理方法。日本采用化學(xué)藥劑穩(wěn)定化技術(shù)，有效降低了廢物固化增容比。清華大學(xué)用聚乙烯亞胺與二硫化碳反應(yīng)得到重金屬鰲合劑二硫代氨基甲酸或其鹽，該鰲合劑對(duì)Cr3+、Ag+、Pb2+、Zn2+、和 Cd2+均有較好的捕集作用，而且捕集效果不受pH值的影響。通過藥劑穩(wěn)定化處理技術(shù)大幅降低增容比，減少了后續(xù)的運(yùn)輸、貯存和處置費(fèi)用，而且通過改進(jìn)鰲合劑結(jié)構(gòu)和性能，不斷強(qiáng)化電化學(xué)加工污泥中重金屬間的鰲合作用。開發(fā)重金屬污泥的藥劑穩(wěn)定化新技術(shù)將有廣闊的應(yīng)用前景[7]。

離子交換法是利用“高價(jià)金屬離子與樹脂交換基團(tuán)的固定離子有較強(qiáng)的結(jié)合力，可以優(yōu)先被交換”的原理，在只要求去除這些離子的情況下，可采用較大的流速而不影響交換效果，但它們交換到樹脂上去以后，再生洗脫則比較困難，容易引起樹脂“中毒”，降低樹脂的工作交換容量[10]。

以焚燒法為核心的污泥處理技術(shù)是最徹底的污泥專業(yè)化處理方法，它可以對(duì)含有重金屬或化學(xué)污染物的污泥實(shí)現(xiàn)完全的惰性化處理，最大限度減少污染。污泥的大規(guī)模處理采用焚燒處理較為適合，因此在西方發(fā)達(dá)國(guó)家和日本得到廣泛應(yīng)用。在歐盟國(guó)家和日本污泥焚燒率分別達(dá)到60%和20%。焚燒后產(chǎn)生的灰塵可以用做土壤改良劑、建材甚至燃料等。污泥焚燒處理要求溫度高，處理系統(tǒng)工藝技術(shù)非常復(fù)雜，一次性投資和日常運(yùn)行費(fèi)用偏高[7]。

物理固化技術(shù)是固體廢物無害化處理的另一項(xiàng)重要技術(shù)，主要包括水泥固化、石灰固化、熱塑性固化、熔融固化、自膠結(jié)固燒結(jié)等。常用的固化劑有水泥、瀝青、玻璃、水玻璃等。固化劑和污泥混合，將污泥內(nèi)的重金屬等有害物質(zhì)固化封閉。水泥固化在美國(guó)被采用，對(duì)一些重金屬的封閉固定是非常有效的，其效果得到了美國(guó)國(guó)家環(huán)保局的認(rèn)可。國(guó)內(nèi)外進(jìn)一步研究以水泥和粉煤灰的混合物固化鉻、鎳、錫等重金屬物，以廢治廢，節(jié)約了成本，值得大力推廣。國(guó)內(nèi)采用HAS土壤固化劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)固化基材對(duì)重金屬污泥實(shí)現(xiàn)常溫固化處理[11]。固化塊浸出液中重金屬離子的濃度在國(guó)家允許的范圍內(nèi)，固化塊的機(jī)械性能、抗凍融性能、耐干濕性能均滿足護(hù)坡磚的要求。制磚法就是將污泥與勃土按一定比例混進(jìn)混凝土或制成紅磚和青磚，使污泥中的重金屬在磚中穩(wěn)定固化[7]。隨著固化體浸出率要求的不斷嚴(yán)格，制磚法將是將來一段時(shí)間終端處理的發(fā)展趨勢(shì)。

以上常見的電解泥處理方法中，可以針對(duì)不同材料的電解加工產(chǎn)物采用?；瘜W(xué)還原及化學(xué)穩(wěn)定化技術(shù)可以用于貴金屬提取回收，而物理固化及燒結(jié)可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物的害化終極處理。

圖6 不同的雙極性電源供電方法Fig.6 Different power supply methods of bipolar power

有害離子在線控制技術(shù)：雙極性脈沖電解加工方法

國(guó)外研究表明，在脈沖精密電解加工中反向脈沖的加入可達(dá)到更小加工間隙、加工過程穩(wěn)定性更高和表面質(zhì)量更好。另外，反向脈沖的加入還可使純鈦、硬質(zhì)合金等在普通電解液中不能加工或達(dá)不到理想加工效果的金屬材料獲得順利加工，達(dá)到理想加工效果。最令人關(guān)注的是反向脈沖能使加工產(chǎn)生的六價(jià)鉻離子含量有所減小。

近年來，中國(guó)航空制造技術(shù)研究院等單位開展了雙極性脈沖電解加工方面的研究。雙極性脈沖電解加工即是在工件陽(yáng)極和工具電極間交替施加雙向電脈沖，圖6為不同的雙極性電源供電方法。在一組或多組正極性加工脈沖施加過程中，工件為陽(yáng)極，工件上的金屬在電解液中逐漸溶解，同時(shí)出現(xiàn)陰陽(yáng)極極化現(xiàn)象，工件表面出現(xiàn)鈍化趨勢(shì)。而在反向極性電壓脈沖施加過程中，工件為陰極，由于氫氣的析出，工件附近的電解液pH值升高，工件表面鈍化層溶解。其中反極性脈沖的幅值、脈寬、位置均需控制，優(yōu)化后的參數(shù)不應(yīng)對(duì)陰極材料去除作用，應(yīng)達(dá)到或低于完全去除鈍化層的水平。

試驗(yàn)表明，反向脈沖的加入對(duì)于提高小間隙下的加工穩(wěn)定性以及加工表面質(zhì)量有著重要的作用。通過對(duì)鉻鎳鋼單極性和雙極性脈沖電解加工后電解液中6價(jià)鉻離子濃度變化試驗(yàn)分析，表明在雙極性脈沖電解加工條件下，電解液中6價(jià)鉻離子濃度有所減小。通過高精度6價(jià)鉻測(cè)量?jī)x和電子天平等測(cè)量?jī)x器進(jìn)行實(shí)測(cè)也證明，去除等質(zhì)量的試件材料，施加反極性脈沖后溶液中Cr6+離子增加量明顯減少，并且隨著加工去除量的增加，反極性脈沖使加工產(chǎn)生的Cr6+離子減少的趨勢(shì)會(huì)越來越明顯。這種加工過程中的有害離子在線控制技術(shù)對(duì)于今后的批量生產(chǎn)具有重要意義。

結(jié)束語

電解加工技術(shù)以其在加工效率及品質(zhì)上的優(yōu)勢(shì)，在國(guó)內(nèi)外迅速發(fā)展，已成為軍民品批量制造的重要特種加工技術(shù)之一。隨著技術(shù)的進(jìn)步，應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，微米級(jí)加工精度電解過濾技術(shù)以及大量加工產(chǎn)物的無害化處理是該項(xiàng)技術(shù)的重要組成部分。通過工藝技術(shù)的不斷改進(jìn)，避免或降低有害產(chǎn)物的生成；通過合理的產(chǎn)物處理技術(shù)，做到對(duì)環(huán)境的零污染，實(shí)現(xiàn)綠色制造是每個(gè)電解加工從業(yè)者的努力方向，也是必須承擔(dān)的責(zé)任與義務(wù)。應(yīng)進(jìn)一步針對(duì)電解加工的電解液及產(chǎn)物特性，細(xì)化技術(shù)，有針對(duì)性地進(jìn)行研究，最終實(shí)現(xiàn)電解加工工藝與產(chǎn)物無害化處理一體化技術(shù)的目標(biāo)。

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