该文档是一篇关于钛合金电化学加工（Electrochemical Machining，简称ECM）的科研报告，属于类型a。以下是基于该文档内容生成的中文版学术报告。
主要作者与机构
本文的主要作者包括 Haoran Deng、Jin Tao、Wanfei Ren、Huihui Sun、Zhaoqiang Zou 和 Jinkai Xu，均来自长春理工大学机械与电气工程学院及“跨尺度微纳制造”教育部重点实验室（位于中国长春）。
发表期刊与时间
该研究于2023年发表在期刊 *Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects*（影响因子较高的表面科学领域权威期刊）上，文章编号为131620，并于2023年5月7日正式在线发布。
钛合金（titanium alloys）因其优异的物理和化学性能，如高刚性、低质量、抗疲劳性和耐腐蚀性，被广泛应用于航空航天、生物医学、汽车制造等领域。然而，其高强度和硬度导致传统机械加工方法难以高效处理该材料，易产生工具磨损、塑性变形及加工缺陷。相比之下，电化学加工技术（ECM）在处理难加工材料（如钛合金和镍基高温合金）中具有显著优势，因其非接触加工无工具磨损、无热影响区、无残余应力和无微裂纹等特点。
现有研究表明，优化阴极结构可以显著改善钛合金的加工性能，但钛合金在加工过程中因流场不稳定易产生短路与表面质量问题，因此稳定流场对整个过程中至关重要。为解决这一难题，本文提出了一种通过激光制备柱形阵列微结构阴极的钛合金稳定加工方法，并详细研究了其对钛合金加工性能和表面质量的影响。研究旨在提供一种简单有效的新型阴极结构加工技术，以提高钛合金加工稳定性和表面质量。
整个研究共分为以下几个主要步骤：
实验选取了TC11钛合金作为阳极工件，样品为直径20毫米、高20毫米的圆柱体。作者通过场发射扫描电子显微镜（Field Emission Scanning Electron Microscope，FESM）及能量色散X射线光谱仪（Energy Dispersive X-ray，EDS）表征了该材料的化学成分，并总结如下：Ti基平衡合金，含Mo（7.8%）、Al（6.0%）、Zr（2.3%）、Si（0.4%）。纯铜被选为阴极材料，厚度为1.5毫米。
本文采用纳秒脉冲光纤激光加工系统，通过激光烧蚀在阴极表面制备柱形阵列微结构。具体参数如下： - 激光功率：20 W
- 脉冲宽度：20 kHz
- 波长：1064 nm
- 扫描速度：500 mm/s
- 循环次数：50次
柱形阵列设计为直径150微米的圆形，中心距为250微米，阵列排列方式分别为直线型（Inline Cylindrical Array，ICA）和交错型（Staggered Cylindrical Array，SCA）。扫描路径经过优化设计，并借助扫描电镜和激光共聚焦显微镜验证微结构的形态和尺寸，最终形成了均匀性良好的阵列微结构。
加工完成后的阳极工件，通过扫描电镜和能谱仪分析表面形貌及氧化层成分，并采用激光共聚焦显微镜测量加工表面粗糙度，评估柱形阵列对流场和氧含量的影响。
使用原始阴极加工TC11钛合金时，由于加工间隙流场紊乱，电解产物堆积导致加工短路频发，阳极表面存在明显的流痕和痂点。而柱形微结构阴极能提高局部电流密度，使电解产物快速排出，成功消除了短路问题。
实验监测了加工过程中的电流和流场变化。相比原始阴极，改进后的微结构阴极的加工电流更加稳定，尤其是SCA阴极具有更小的电解液流动阻力，流场在加工间隙的均衡流速约高出0.3 L/min。
SCA阴极因交错排列设计，电解液干扰少，流场更加均匀，显著改善了刀痕与表面流痕问题。
本研究提出了一种通过激光制备柱形阵列微结构阴极的TC11钛合金电化学加工新方法，并验证了其有效性。研究结论如下： 1. 微结构阴极能显著提升钛合金在电化学加工中的稳定性并提高表面质量。
2. 交错排列的SCA阴极相较于直线排列的ICA阴极表现出更优的流场均匀性和表面加工精度。
3. 本方法为难加工材料的电化学加工提供了新型高效解决方案，推动了阴极微结构技术在复杂结构制造中的应用。