用于电化学加工的电解液及使用该电解液的电化学加工方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于电化学加工的电解液及使用该电解液的电化学加工方法。
【背景技术】
[0002] 电化学加工是用电化学力代替机械力来从工件上去除材料，其被广泛用来在一 些难以加工的导电工件/部件上钻孔。比如，作为电化学加工的一种形式，型管电解加工 (shaped-tube electrolytic machining, STEM)钻孔是一种不接触的电化学钻孔工艺，其用 施加了电压的空电极（管型电极）去除材料，可用来产生深宽比很高的孔。STEM钻孔技术 可用来在导电工件上钻出又小又深的孔，被用来加工涡轮叶片上的冷却空气孔。
[0003] 在电化学加工中，以金属基体（工件）为阳极，工具电极为阴极，阴极获得电子，释 放0H-，阳极金属释放电子，然后逐渐变成金属离子，金属离子会与OH-结合产生沉淀物，淤 堵在加工间隙中。比如，在电化学加工钻孔的过程中，所产生的沉淀物和从金属基体上剥落 下来的碎片形成淤渣，堵在孔里，妨碍后续加工，成为严重的问题。对于深孔加工而言，这些 问题尤为严重，加工过程中的淤堵情况会直接影响深孔加工所能达到的深度。传统的解决 办法是向电解液中添加强酸来溶解其中的金属氢氧化物沉淀和剥落的碎片，然而，用强酸 性的电解液进行加工是非常危险的，其不仅带来操作方面的难度，明显提高操作的成本，而 且强酸性的电解液还会对被加工工件产生腐蚀，对被加工工件的性能产生影响。
[0004] 因此，需要提供一种可用于电化学加工，尤其是电化学钻工工艺中的更加环境友 好的电解液。
【发明内容】
[0005] 本发明的一方面涉及一种用于电化学加工的电解液，其包括溶剂、无机盐和螯合 剂，该螯合剂包括有机膦酸盐。
[0006] 本发明的另一方面涉及一种电化学加工方法，在该方法中，向前给送工具电极以 在基体上钻孔，并让电解液冲刷所述工具电极的前端区域，其中所述电解液包括溶剂、无机 盐和螯合剂，该螯合剂包括有机膦酸盐。
【附图说明】
[0007] 通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图 中：
[0008] 图1显示了用一种示例性的型管电解加工（STEM)钻孔系统在工件上加工小径深 孔的情况。
[0009] 图2显示了一种示例性的钻孔方法。
[0010] 图3显示了 STEM钻孔用的一个示例性的管型电极的前端附近部分。
[0011] 图4显示了 STEM钻孔用的一个示例性的管型电极的横截面示意图。
【具体实施方式】
[0012] 以下将对本发明的【具体实施方式】进行详细描述。除非另作定义，权利要求书和说 明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士 所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的"一个"或者"一"等 类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。"包括"或者"包含"等类似的词语意 指出现在"包括"或者"包含"前面的元件或者物件涵盖出现在"包括"或者"包含"后面列 举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。
[0013] 本文中所使用的近似性的语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下 可允许数量有一定的变动。因此，用"大约"、"左右"等语言所修正的数值不限于该准确数 值本身。此外，在"大约第一数值到第二数值"的表述中，"大约"同时修正第一数值和第二 数值两个数值。在某些情况下，近似性语言可能与测量仪器的精度有关。
[0014] 本发明中所提及的数值包括从低到高一个单元一个单元增加的所有数值，此处假 设任何较低值与较高值之间间隔至少两个单元。举例来说，如果说了一个组分的数量或一 个工艺参数的值，比如，温度、压力、时间等等，是从1到90, 20到80较佳，30到70最佳，是 想表达15到85, 22到68,43到51，30到32等数值都已经明白的列举在此说明书中。对于 小于1的数值，〇. 〇〇〇1、〇. 〇〇1、〇. 01或者〇. 1被认为是比较适当的一个单元。前述例子仅作 举例说明之用，实际上，所有在列举的最低到最高值之间的数值组合均被视为以类似方式 清楚地列在本说明书中。
[0015] 本发明实施例一方面涉及一种电化学加工用的温和的电解液，其包括溶剂、无机 盐和螯合剂，其中该螯合剂包括有机膦酸盐。该电解液呈弱酸性或中性，对环境更友好。在 一些实施例中，所述电解液的pH值约在4到7的范围，或进一步地，约在4到6的范围，或 更进一步地，约在5到6的范围。所述电解液可用于电化学加工，尤其是电化学钻孔工艺 中。所述电解液用于电化学加工时，其中的有机膦酸或有机膦酸盐起到螯合作用，螯合金属 离子，防止或减少产生金属氢氧化物沉淀。因此，在金属基体上钻孔的过程中使用所述电解 液，可以防止或减轻钻孔过程中产生淤堵状况，因而能够加工出具有很高的深宽比（aspect ratio)的小径深孔，比如，可加工出深宽比高达300 :1或更高的、口径小于2毫米的小径深 孔。
[0016] 典型地，所述溶剂为水，与所述无机盐一起形成该无机盐的水溶液。所述无机盐可 为中性无机盐，合适的无机盐的例子包括但不限于硝酸钠（NaNO 3)、氯化钠（NaCl)、硝酸钾 (KNO3)。所述有机膦酸盐可选自：
盐；
以及
[0022] 它们的组合。
[0023] 比如，所述有机膦酸盐可选自：1_羟乙叉-1，1-二膦酸（C2H 8O7P2)的钠盐或钾盐、 二乙烯三胺五甲叉膦酸（C9H 28O15N3P5)的钠盐或钾盐、氨基三甲叉膦酸（N(CH 2PO3H2)3)的钠盐 或钾盐、己二胺四甲叉膦酸（C wH28N2O12P4)的钠盐或钾盐、乙二胺四甲叉膦酸（C 6H12O12N2P4) 的钠盐或钾盐、以及它们的组合。
[0024] 在一些具体的实施例中，所述有机膦酸盐可以可选自：
[0029]
乙二胺四甲叉膦酸五钠（C6H15O 12N2P4Na5);以及
[0030] 它们的组合。它们均为弱酸性或偏中性的盐类物质。
[0031] 所述有机膦酸盐在电解液中的质量百分含量约为1-30%，或进一步地，约为 1-20%，或更进一步地，约为1-5%。
[0032] 在一个具体的实施例中，所述有机膦酸盐为
1-羟乙叉-1， 1-二膦酸二钠，所述电解液是由水和NaNO3形成的20 % (质量百分含量）NaNO3溶液与该有 机膦酸的二钠盐混合而成的，其pH值约在4. 0到6. 0范围。
[0033] 适合用所述电解液进行电化学加工的金属基体的材料包括但不限于镍、钛、铁及 它们的合金。
[0034] 本发明实施例另一方面涉及一种使用所述电解液的电化学加工方法，尤其是电化 学钻孔方法，比如STEM钻孔方法。在该方法中，通过向前给送（feed)工具电极以在基体 (工件）上钻孔，并让所述电解液冲刷所述工具电极（以下可简称电极）的前端区域。以下 将以STEM钻孔为例对所述电化学加工方法的【具体实施方式】进行详细描述。
[0035] 如图1所示，在一种示例性的STEM钻孔过程中，可用管型电极102在工件104上 加工小径深孔。所述管型电极102用夹持装置106夹持，其中该夹持装置106还可作为电 源连接器，接于电源108的阴极。电源108的阳极连接于工件104。所述管型电极102具 有两个纵长端，其中前端作用于被钻孔的工件104,另一端（尾端）连接于电解液歧管110。 该电解液歧管110通过泵114与装有所述电解液的电解液槽112相连，以通过所述泵114 从所述电解液槽112向所述电解液歧管110提供加压的电解液。所