石墨有不同的种类,可按石墨粒子的大小、材料的密度和机械与电性能进行分级。其中,细级石墨的粒子和孔隙率较小,机械强度较高,价格也较贵,用于电火花加工时通常电极损耗率较低,但材料去除率相应也要低一些。市场上供应的石墨等级平均粒子大小在20μm以下,选用时主要取决于电极的工作条件(粗加工、半精加工或精加工)以及电极的几何形状。工件加工表面粗糙度与石墨粒子的大小有直接关系,通常粒子平均尺寸在1μm以下的石墨等级专门用于精加工。K. L. Aas用两种不同等级的石墨电极加工难加工材料上的深窄槽,比较了它们的材料去除率和电极损耗率。研究结果表明,石墨种类的选择主要取决于具体的电火花加工对材料去除率和电极损耗率哪方面的要求更高。
S. Singh等采用Cu、Cu-W合金、黄铜和Al电极加工一种淬硬工具钢,结果表明,Cu和Al电极的加工速度和加工精度较高,Cu和Cu-W电极的损耗率最小,黄铜的电极损耗率最大。相比而言,Cu是一种较好的电极材料,它能获得较高的加工精度和较好的加工表面粗糙度,且有高的材料去除率和低的电极损耗率。Al的性能仅次于Cu,在加工表面粗糙度要求不高时可以选用。雍耀维等[7]以Cu、W和Cu-W合金作为电极材料加工硬质合金,结果表明,Cu-W合金电极可明显提高加工速度,且在较低的加工电压下电极损耗并不大,因此Cu-W合金是加工硬质合金的理想电极材料。
ZrB2和TiSi具有良好的导电导热性和高熔点,H. M. Zaw等研究了用不同含量的Cu与ZrB2或TiSi采用粉末冶金法制作电火花加工工具电极,并与石墨、Cu和Cu-W等电极材料的电火花加工性能进行了比较。结果表明,TiSi/Cu电极损耗严重、加工速度低、加工表面粗糙,因而该材料不适合用作电火花加工电极。ZrB2/Cu可用作电极材料,但Cu基体与ZrB2之间的结合力较差,ZrB2的含量和电极制作工艺参数会影响这种电极的电火花加工性能。
电火花磨削通常采用Cu基复合材料电极。K. M. Shu等用Cu/SiCp复合电极进行电火花磨削,这种含有一定量SiCp的复合材料电极在硬度和耐磨性上比纯Cu电极有明显改善,而电性能几乎保持不变,导热性好并具有较高的耐热冲击性能,表现出电极损耗率低的特点。含有2%SiCp的Cu/SiCp复合材料电极的电火花磨削效果最优。
A. Curodeau等采用一种导电热塑性聚合物复合材料作为电极,以空气或水作为工作介质,进行工件表面的电火花加工或抛光。所用电极是由60%~65%的固态碳材料(如细的碳黑粉、石墨粉、石墨片甚至碳纳米管等的混合物)均匀分布在热塑性基体材料(如聚苯乙烯)中制成的,可反复软化并模压成所需几何形状。与石墨电极相比,这种聚合物-碳复合材料电极成本较低,可模压成复杂几何形状,制作速度比铣削加工快得多;同时其密度较低、电阻率较高,因而电极损耗率较高,不过电极在使用过程中可通过重新模压而加以修整。
K. Suzuki等研究了用导电的CVD金刚石厚膜(0.5mm)作为电极材料进行电火花加工。这种CVD金刚石在CVD过程中通过掺杂硼而具有导电性,其电阻小、导热系数高,对电火花加工时油类工作介质中析出的碳有很强的吸附能力。电火花加工试验表明,在一定的加工条件下,CVD金刚石电极可达到很高的材料去除率,而电极损耗几乎为零,尤其是它可在无法采用Cu或石墨电极的高电流密度下进行加工。但是,导电CVD金刚石存在成本高、尺寸受限制等问题,因此K. Suzuki等又采用了聚晶金刚石(PCD)作为电极材料进行电火花加工。所用PCD材料是用微米级金刚石颗粒在超高压力和温度、存在金属催化剂的条件下以Co为粘结剂烧结而成的,其导热性接近导电CVD金刚石。采用不同粒度的金刚石可得到不同等级的PCD材料,其导热性有所不同。研究表明,在一定的电火花加工条件下,其电极损耗很小或为零。随着热导率的增加,不同等级的PCD材料电极在电火花加工时的材料去除率和电极损耗都有所降低。由于PCD材料具有与导电CVD金刚石相近的电火花加工效果,但成本较低,因而有可能成为一种较理想的电极材料。
J. Simao等用粉末冶金并预烧结过的WC/6%Co电极加工工具钢进行表面合金化,电极中的元素(特别是W)与碳氢化合物工作介质中的碳一起以梯度形式转移到工件表层中。H. C. Tsai等采用含树脂的Cu粉与Cr粉经模压制成Cu-Cr复合电极,在电火花加工时电极中的Cr元素迁移到工件表面,使加工表面获得了良好的耐蚀性。随着电极中Cr含量的增加,电火花加工时的材料去除率降低,但加工表面耐蚀性增强。