電解加工(ECM)

電気分解で、工具の形に金属を溶かす

電解加工(ECM)は、電流と食塩水で金属を原子ひとつずつ溶かして取り除きます。電気めっきを逆にしたようなものです。形をつけた工具は部品に触れることがなく、摩耗せず、熱による損傷もバリも残りません。ジェットエンジンのメーカーは、硬いニッケル合金からブレードの形をつくるのに使っています。

写真：Alkanchik, CC BY 3.0, 提供： Wikimedia Commons

電解加工 · ECM セルと、隙間のクローズアップ丸数字は下の手順に対応しています。下の帯は、工具の先端の下にある隙間を拡大したものです。

しくみ

回路をつなぐ。 直流電源が、ワークを陽極(プラス側)、形をつけた工具を陰極(マイナス側)にします。電圧は通常 5–25 V と低いものの、電流は数千アンペアになります。
隙間を詰める。 工具は、通常、銅、真鍮、ステンレス鋼でできていて、部品から数十分の1ミリ以内まで近づけます。両者は触れません。
電解液を送り込む。 電解液(電気を通す液体)、通常は水に塩化ナトリウムまたは硝酸ナトリウムを溶かしたものを、工具の中を通し、隙間を横切って、勢いよく送り込みます。
金属を溶かす。 電流が電解液を流れ、ワーク表面の原子が金属イオン(電荷をもつ原子)となって離れていきます。工具には水素の泡ができますが、工具は摩耗しません。
送って写し取る。 工具は一定の速さで進みます。金属は隙間がいちばん狭いところで最も速く溶けるので、高い部分が消えて、部品は工具の形を反転した形になります。
洗い流して濾過する。 流れが、溶けた金属をスラッジ(金属水酸化物)として、ガスや熱とともに運び去ります。電解液は濾過・冷却して再利用します。

材料: 電気を通すあらゆる金属、とくに切削しにくい合金:ニッケル超合金、チタン、コバルト合金、焼入れ鋼。硬さは関係ありません。
代表的な部品: タービンブレードとブリスク(一体型の翼付きディスク)、銃身のライフリング、深い冷却穴、バルブやインジェクターのボディの内部の横穴のバリ取り
部品サイズ: 幅約 1 ミリの横穴から、幅数百ミリのエンジン部品まで
精度: 通常約 ±0.05 mm。パルス ECM(PECM)なら約 ±0.01 mm を保てる
表面仕上げ: なめらかで多くは光沢があり、バリも割れも熱による変質層もない。粗さ Ra(表面の凹凸の平均の高さ)は通常 0.1–2 µm で、PECM ではほぼ鏡面
向いているロット数: 高価な部品の、中ロットから大ロット:工具は摩耗しないが、開発には試行錯誤が必要
金型・設備コスト: 高い:機械は数十万ドル以上のことが多く、それに専用の工具と、大規模な電解液の処理システムが加わる
速度: 電流で決まる:1,000 A あたり、1 分間におよそ 2 cm³ の鋼が溶ける。工具は通常、毎分数分の1ミリから数ミリ進む