铝合金硬质阳极氧化工艺优选
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篇1：铝合金硬质阳极氧化工艺优选
赵建华,赵占西,李薇,李峥
(河海大学机电工程学院,江苏常州213022)
摘 要:利用正交试验,6063铝合金硬质阳极氧化的优化工艺。试验结果表明:氧化膜的硬度影响较大。较好的氧化工艺参数为:020℃,氧化时间75min。关键词:正交试验;硬质阳极氧化;膜厚;中图分类号:TG178 10052748X039203
TofHardAnodicOxidationofAluminumAlloy6063
ZHAOJian2hua,ZHAOZhan2xi,LIWei,LIZheng
(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,HohaiUniversity,Changzhou213022,China)
Abstract:Processparametersof6063aluminumalloyanodicoxidationwereoptimizedthroughorthogonaltest.
Thecurrentdensityhadthegreatestimpactonthethicknessoftheoxidefilm,temperatureandcurrentdensityhadmoreimportantimpactonthehardnessoftheoxidefilm.
Keywords:orthogonaltest;hardanodizing;filmthickness;hardness
0 引 言
铝合金硬质阳极氧化膜因其具有膜层厚、硬度高、抗腐蚀、耐高温、高压和优良的耐磨性等特点而受到广泛的重视。它特别适合于在各种恶劣环境下使用的高速运转的发动机活塞和航空、航天,光电子产业,汽车工业,海洋舰船,医疗卫生等高科技尖端领域[1]。
本工作采用硫酸硬质阳极氧化,通过正交试验对硬质阳极氧化工艺参数影响氧化膜厚度、显微硬度的情况进行分析,得到了优化的工艺参数并进行了验证试验。
表1 6063铝合金的化学成分分析结果(%)
Mg
Si
Fe
Cu
Mn0.10
Cr
Zn
Ti
Al
0.45～0.900.20～0.600.350.100.100.100.10余量
1.2 工艺及测试方法
硬质氧化工艺流程:化学除油→自来水冲洗→碱蚀→自来水冲洗→中和→自来水冲洗→硬质阳极氧化→自来水冲洗→封孔。
采用北京时代之峰科技有限公司生产的TT260覆层测厚仪测定膜厚。利用涡流法原理测
量非磁性基体上非导电覆盖层的厚度(N型测头)。每个试样测量5个点,去掉最大值和最小值后取平均值。使用HXD21000TC型显微硬度计测定膜层的硬度。试样按照金相试样的要求磨平、抛光。测试载荷为100g,加载时间为15s,每个数据取膜层5个不同区域的测试值,去掉最大值和最小值后取
1 试验部分
1.1 材 料
试验采用的电解液是含量为180g/L的硫酸。
试验材料6063铝合金,其成分见表1。试样尺寸为50mm×60mm×2mm,有效氧化面积为60cm2。
阳极氧化装置:GBA200A/0-25V硅整流直流电源、PVC氧化槽、FSV22F制冷压缩机、钛丝挂具、压缩空气搅拌、铅板阴极。
收稿日期:207210;修订日期:2007209208
平均值。
选择氧化温度、氧化时间和电流密度3个因素,
每个因素取3个水平,采用L9(34)[2]正交表进行试验设计,研究不同工艺参数对氧化层厚度和显微硬度的影响。试验因素水平见表2。
?149?
篇2：铝合金硬质阳极氧化工艺优选
表2 正交试验因素水平表
水平
123
氧化温度,℃
-202
因素
氧化时间,min
607590
电流密度,A/dm2
2.03.0
4.0
2 试验结果及分析
2.1 氧化温度对膜厚和显微硬度的影响
氧化温度对氧化膜厚度和显微硬度的影响如图1所示。随着温度的升高,能力增强,故膜层厚度减小,降。,必要手段。。本试验在-2℃进行氧化时,膜层经常出现细小裂纹,而在0℃时没有裂纹,综合考虑氧化温度对膜层硬度与脆性的影响,氧化温度以0℃为宜
。
图图3 电流密度对膜厚和显微硬度的影响
才能顺利生长。增加电流密度有助于增大氧化膜生成的电化学反应速度,从而促进了氧化膜的`增厚。
随着电流密度的升高,氧化膜硬度变大。这是因为提高电流密度使氧化膜生成速度加快,氧化时间缩短,膜层受到硫酸化学溶解的时间相应减少,膜层硬度也随之提高。但是若电流密度过高,则氧化
图1 氧化温度对膜厚和显微硬度的影响
2.2 氧化时间对膜厚和显微硬度的影响
氧化时间对氧化膜厚度和显微硬度的影响如图
2所示。氧化膜厚度随氧化时间的延长而增厚,基本呈线性关系。但氧化时间过长,膜层粗糙、疏松且易脱落。氧化时间一般不超过90min[2]。当氧化时间在60～75min之间时,硬度呈上升趋势。超过75min后,硬度又有所下降。这是由于随着氧化时间的进一步延长,氧化膜细孔内温度不断提高,电解液对氧化膜的溶解作用加大,导致氧化膜的致密度降低,从而硬度下降。综合氧化时间对膜厚和显微硬度的影响,氧化时间以75min左右为宜。2.3 电流密度对膜厚和显微硬度的影响
电流密度对氧化膜厚度和显微硬度的影响如图3所示。由图可知:随着电流密度的升高,膜厚变大。因为氧化膜在阳极生成的同时又不断被电解液溶解,只有当氧化膜的生成速度大于溶解速度时,
氧化膜
?150?
过程中的发热量增大,又将加快氧化膜的溶解,同样也会使膜层硬度降低,而且零件被烧蚀的可能也会增大[3]。综合电流密度对膜厚和显微硬度的影响,电流密度以4.0A/cm2为宜。2.4 综合结果正交试验的结果及分析见表3,电流密度是影响膜厚最大的因素,氧化温度、电流密度和温度是影响膜层显微硬度的重要因素。对三种因素对氧化膜厚度和显微硬度影响的综合分析可知,推荐工艺参数为:氧化温度0℃,氧化时间75min,电流密度4.0A/dm2。
按照上述优化方案进行硬质氧化,在其它条件相同的情况下,测得氧化膜的厚度为53.5μm,显微硬度为552.7HV,膜层较厚且硬度高,具有很好的综合性能。
3 结 论
(1) 对6063铝合金硬质阳极氧化工艺的三个
篇3：铝合金硬质阳极氧化工艺优选
表3 正交试验结果及分析
试验
号
123456789
氧化温度,℃
111222333143.7124.1123.320.41471.41365.51235.7235.8
氧化时间,min
123123123116127.921309.51404.81358.395.3
电流密度,A/dm2
12323131298.8871.11277.01333.41462.2185.2
膜厚μm
30.445.867.534.851.537.850.830.641.9
显微硬度,HV
455.8508.1507.5413.0514.0438.5440.7382.7主要因素进行优化,得出了最佳工艺参数:氧化温度0℃、氧化时间75min、电流密度4.0A/dm2,在此工艺条件下得到的硬质氧化膜厚度为50μm左右,硬度为550HV左右,具有很好的综合性能。
(2)在温度为-2～2℃、氧化时间为60～90min、电流密度为2.0～4.0dm2的范围内,电流,温度及电流密。
:
1
,杨家祥.铝合金涡旋盘的硬质阳极氧化处理
膜T1
厚T2 T3 R硬T′1度T′2 T′3 R′
工艺研究[J].表面技术,,34(3):46-47.
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(上接第148页)
现馒头峰。Cr和SiC的衍射强度都很高,说明镀层的主要成分是Cr和SiC。
(2)镀层形貌检测 利用扫描电镜对最佳工艺所得镀层进行形貌观测,可以看到复合镀层中SiC粉体没有严重结团现象,分散情况较好,见图3。
碳化硅粒度40μm;电镀温度45℃;电流密度30A/dm2。
(3)经对比检测,证明采用最佳电镀工艺获得的镀层,可以显著提高弹簧钢表面的硬度和耐磨性,延长其使用寿命。
参考文献:
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platinginthewattsbath[J].PlatingandSurfaceFin2ishing,,84:54-57.
3 结 论
(1)采用在弹簧钢表面预镀铜工艺,解决了电
镀铬中的电流效率低下而引起弹簧钢表面复合镀层
结合强度不良的问题。
(2)通过正交试验,分析了电流密度、温度以及碳化硅粒度和浓度对镀层性能的影响,并最终得到弹簧钢表面铬基复合的最佳工艺:碳化硅35 g/L;
?151?
篇4：硬质阳极氧化
? 制作硬质氧化注意事项：
1.制品上所有棱角应倒成直径不小于0.5mm的圆弧，不允许有锐角及毛刺以避免电流集中造成局部过热、变脆、断裂。
2.零件表面应较光滑，因为硬质氧化后表面粗糙度会降低一级。
3.不要求厚膜部位用过氯乙烯胶加以保护，螺纹孔，定位销孔用塑料或胶皮堵塞。
4.不宜用于承受冲击，弯曲或变形的零件，达到一定厚度的硬化膜会使铝合金casting alloy的疲劳
? 强度有较大的降低，尤其是高强度的铝合金，故对承受疲劳载荷的零件进行硬质阳极应十分慎重。
5.制品经硬质氧化后，尺寸增加约为膜厚的一半（单边）所以对尺寸要求严格的制品 中，应根据膜厚确定其阳极氧化前的尺寸余量.
1.特性：硬质氧化是一种电化学处理方式，是纯铝或铝合金材料上形成一极硬、耐高温、耐磨、有高电阻性、耐腐蚀的硬氧化膜。膜层厚度thickness可达200um，外观呈灰、褐色成灰深灰色（视材料而定）此一极高之表面硬度，配合铝合金本身轻、机械加工容易、低成本的特性，广泛应用于各种工业及军事用途上，此值得我国工业升级之际，更是精密工业不可或缺的.一环。
2.硬度hardness：指膜层之硬度，膜层厚度（thickness）指build up 和penetrating两部份。t＝1/2build up+1/2penetrating。硬度之最低标准为b.s.5599规定hrc36以上（约hv350）接近材料部分可超过hrc60（hv700）以上。
3.耐磨性adrasion-resistance：以tabes abraser cs-17 1000g负载，铝合金硬化处理之耐磨性远优于硬铬电镀及其它之硬化钢。
4.尺寸精确：膜层厚度一般为50±5um，元件单面尺寸约增加25um，对于较精细公差及特殊厚度要求，需于图面上特别注明。
5.抗蚀性：经封孔，盐雾试验（astm117规格）超过5000小时无腐蚀现象发生。
6.合金材料适合性：适用于所有铝合金，包括1000纯铝（1050、1100）、铝铜系、3000铝锰系、5000铝镁系。6000铝镁矽系（6061、6063）7000铝锌系（7050）及铸造铝合金514.2、a514.2、518.2、adc.5 adc.6等。
7.耐电压（breakdown voltage）:达1500vdc以上。
8.高度电阻性：于20度c为4x10.15? cm?可作为良好之绝缘体。
篇5：硬质阳极氧化
9.耐热性：膜层溶点达摄氏2050度c，短时间可保护铝材在高温中免受损害。
10.低摩擦系数：磨光后的表面，摩控系数可低至0.095，因此各种军械及民用装备滑轨，均应用此技术。
11.氧化膜的结合力：硬质氧化膜的形式是有一半的膜在铝的内部一半长出来，与铝基体金属的结合力很强，很难用机械方法将它们分离，即使膜层随基体弯曲直至破裂，膜层与基体金属保持良好的结合。
12.氧化膜结构的多孔性：氧化膜具有多孔的蜂窝状结构，可使膜层对各种有机物，树脂、无机物、染料及油漆等表现出良好的吸附能力，可作为涂镀层的底层，也可将氧化膜染成各种不同的颜色（硬质氧化膜，只可染黑色）提高金属的装饰效果。
篇6：DIY铝合金硬质阳极氧化处理
DIY, 铝合金
最近听到有的朋友说“DIY铝合金零件长时间后，会出现一些氧化，表面黯淡了许多！！”“铝的东西喷漆不牢靠，一刮就掉！！”“能否让铝的零件看上去向不锈钢一样有质感？或者镀上颜色？？”其实阳极表面处理并不少见，许多厂家出的铝质狗配件多数采用此技术，常见的有GB-Tech/G&G等等。还有自行车车架、棒球棍、SureFire电筒??今天向各位有需要的弟兄公布“祖传阳极技术”（说笑的！！）与弟兄们共享！！！！铝合金阳极初解：铝合金经硬质阳极氧化处理，表面可形成厚度30～50μm和硬度约500HV左右的膜层，具有优异抗蚀和耐磨性能。铝合金硬质阳极氧化处理后的应用范围十分广泛，涉及纺织、自行车、照相机、气动元件、手术器械、光学仪器等各行业，适用于缸套、活塞、齿轮、叶轮、导轨、轴承、模具工程构件。下面就到了如何在家中进行阳极处理――――
一、条件：必定是铝或是铝的合金才能阳极。
二、设备：瓦盆（陶盆、瓦缸也可以，只要耐酸性溶液腐蚀，能放得下零件就行）
三、电源：9.6V---12V的电池或直流变压器
四、溶液：浓度为12%硫酸（H2SO4）溶液。（例如：100毫升的溶液中，硫酸占12毫升，水88毫升）
五、不锈钢板2块（100mmX100mmX300mm的.尺寸）
六、导线若干
4 步骤如下――――――
需要阳极的零件先要彻底除油（包括指纹、手汗、脏东西等等）例如用微温的洗衣粉水擦洗后用清水彻底冲洗，晾干。
2、往玻璃缸中灌入体积为88%的自来水，然后再一面用玻璃棒搅拌一面缓慢的加入体积为12%的浓硫酸，注意一定不要先放硫酸再放水，因为浓硫酸与水会产生高热，这样水会炸沸的！！！很危险！！！溶液的量已能淹没过零件为准。估计需要数小时才会冷却至室温，溶液温度在10摄氏度以下时阳极硬度很高，超过20摄氏度效果不好，切记！！！
把不锈钢板焊上导线，或穿孔用不锈钢丝穿过使其导电，并串联起来。浸没溶液中并处于瓦盆两侧（贴着盆壁）接通直流电源的负极。
4、把已经除油并干燥的零件用不锈钢丝接通直流电的正极。浸没于溶液当中。 静待60分钟，大功告成！
A、如果原先零件已经充分完美的抛光（如镀铬一样），阳极后会呈现不锈钢的质感，而且表面耐刮伤！！!
B、如果想呈现枪灰或是雾黑的质感，阳极前就要先进行喷沙处理，阳极刚结束用镊子夹出（防油污）置入黑色或灰色“矿物染料” （化工店有售）溶液中。想颜色深些就泡久一点。总之泡什么色就得什么色！！！
最后用温热机器润滑油全部擦拭表面，使其封闭钝化，此法可保持永久的色泽不变。 其实所谓阳极就是使铝件接通正极（阳极），通过酸性
篇7：硬质阳极氧化原理,硬质氧化工艺要求
硬质氧化全称硬质阳极氧化处理。 铝合金的硬质阳极氧化处理主要用于工程或军事目的，它既适用于变形铝合金，也可能用于压铸造合金零件部件。硬质阳极氧化膜一般要求厚度为25-150um，大部分硬质阳极氧化膜的厚度为50-80um，膜厚小于25um的硬质阳极氧化膜，用于齿键和螺线等使用场合的零部件，耐磨或绝缘用的阳极氧化膜厚度约为50um，在某些特殊工艺条件下，要求生产厚度为125um以上的硬质阳极氧化膜，但是必须注意阳极氧化膜越厚，其外层的显微硬度可以越低，膜层表面的粗糙度增加。硬质阳极氧化的槽液，一般是硫酸溶液以及硫酸添加有机酸，如草酸、氨基磺酸等。另外，可通过降低阳极氧化温度或降低硫酸浓度来实现硬质阳极氧化处理。对于铜含量大于5%或硅含量大于8%的变形铝合金，或者高硅的压铸造铝合金，也许还应考虑增加一些阳极氧化的特殊措施。例如：对于2XXX系铝合金，为了避免铝合金在阳极氧化过程中被烧损，可采用385g/L的硫酸加上15g/L草酸作为电解槽液，电流密度也应该提高到2。5A/dm以上。
硬质阳极氧化电解方法很多，例如：硫酸、草酸、丙二醇、磺基水杨酸及其它的无机盐和有机酸等。所用电源可分为直流、交流，交直流叠加，脉冲及叠加脉冲电源等几种，目前广泛应用的有下列几种硬质阳极氧化。
（1）硫酸硬质阳极氧化法；
（2）草酸硬质阳极氧化法。
（3）混酸型硬质阳极氧化
其中，硫酸法是目前得到较广泛应用的一种硬质氧化法。
硬质阳极氧化原理
单纯硫酸型铝合金硬质阳极氧化原理和普通阳极氧化没有本质区别，如果是混酸型硬质氧化则存在一些附反应。反应本质
1 阴极反应：
4H2+4e=2H2↑
2 阳极反应：
4OH－－4e=2H2O+2O↑
3 铝氧化：阳极上析出的氧呈原子状态,比分子状态的氧更为活泼，更易与铝起反应： 2A1+3O→A12O3
4 氧化于阳极膜溶解的动平衡： 氧化膜随着通电时间的增加，电流增大而促使氧化膜增厚。与此同时，由于（Al2O3）的化学性质有两重性，即它在酸性溶液中呈碱性氧化物，在碱性溶液中呈酸性氧化物。无疑在硫酸溶液中氧化膜液发生溶解，只有氧化膜的生成速度大于它的溶解速度，氧化膜才有可能增厚，当溶解速度与生成速度相等时，氧化膜不再增厚。当氧化速度过分大于溶解速度时，铝和铝合金制件表面易生成带粉状的氧化膜。 硬质阳极氧化法工艺要求
为了得到质量较好的硬质阳极氧化膜，并能保证零件所需要尺寸，必须按下列要求来进行加工。
2.1 锐角倒圆
被加工零件不允许有锐角、毛刺以及其它各种尖锐的有棱角的地方因为硬质氧化，一般阳极氧化时间均是很长的，而且氧化过程（A1+O2→A12O3+ Q ）本身就是一个放热反应。又由于一般零件棱角的地方往往又是电流较为集中的部位所以这些部位最易引起零件的局部过热，使零件被烧伤。因此铝和铝合金所有棱角均应进行倒角处理，并且倒角y圆半径不
应小于0.5毫米。
2.2 表面光洁度
硬质阳极氧化后，零件表面的光洁度是有所改变的，对于较粗糙的表面来说，经此处理后可以显得比原来平整一些，而对于原始光洁度较高的零件来说，往往经过此种处理后，显示的表面光洁光亮度反而有所降低，降低的幅度在1～2级左右。
2.3 零件尺寸的余量
因硬质氧化膜的厚度较高，所以如需要进一步加工的铝零件或以后需要装配的零件，应事先留有一定的加工余量，及指定装夹部位。
因硬质阳极氧化时，要改变零件尺寸，故在机械加工时，要事先预测，氧化膜的可能厚度和尺寸公差，而后在确定阳极氧化前的零件实际尺寸，以便处理后，符合规定的公差范围。 一般来说，零件增加的尺寸大致为生成氧化膜厚度的一半左右。
2.4 专用夹具
因硬质阳极氧化的零件在氧化过程中，要承受很高的电压和较高的电流，一定要使夹具和零件能保持极良好的接触，否则将因接触不良而造成击穿或烧伤零件接触部位的毛病。所以要求对不同形状的零件，以及零件氧化后的具体要求来设计和制造专用夹具。
2.5 局部保护
如在同一个零件上，既有普通阳极氧化又要有硬质阳极氧化的部位因根据零件的光洁度和精密度来安排具体工序。通常首先进行普通的阳极氧化，在进行硬质阳极氧化，把不需要进行硬质阳极氧化的表面加以绝缘，绝缘的方法有用喷枪或毛刷，将以配制好硝基胶或过氢乙烯胶涂抹于不需要处理的表面，绝缘层要涂的薄而均匀，每涂一层应在低温下干燥30～60分钟共涂2～4层即可。
3 硬质氧化工艺特点
硬质阳极氧化的电解液时在-10℃～+5℃左右的.温度下电解 。由于硬质阳极氧化所生成的氧化膜层具有较高的电阻，会直接影响到电流强度的氧化作用。为了取得较厚的氧化膜，势必要增加外电压，其目的是为了消除电阻大的影响，而使电流密度保持一定，但电流较大时会产生激烈的发热现象，加上生成氧化膜时会放出大量的热量，使零件周围电解液温度剧烈上升，温度上升将会加速氧化膜的溶解，使氧化膜无法变厚。另外，发热现象在膜层与金属的接触处最严重，如不及时解决，加工零件的局部表面会因温度上升而被烧坏。
解决办法，就是采用冷却设备和搅拌相结合。冷却设备使电解液强行降温，搅拌是为了使整槽电解液温度均匀，以利于获得较高质量的硬质氧化膜。
4. 各种因素对氧化膜硬度和生长速度的影响
铝和铝合金表面上能否生成优质的硬质氧化膜层，主要取决于电解液的成份浓度，温度，电流密度，及其原材料的成分。
4.1 电解液的浓度
采用硫酸电解液进行硬质阳极氧化时，一般在10%～30%浓度范围内，浓度低时，氧化膜硬度高，特别是纯铝比较明显，但对铜含量较高的铝合金（CY12）例外。因为含铜量较高的铝合金易生成CuAl2的化合物，这种化合物在氧化时溶解速度较快，极易烧毁铝零件。所以一般不适合用低浓度的硫酸电解液，必须在高浓度（H2SO4在 300～400g/L）中进行氧化处理或采用交直流电叠加法处理。
4.2 温度对膜层的影响
电解液温度对氧化膜的耐磨性影响极大，一般来说，如果温度下降，那么铝和铝合金的阳极氧化膜耐磨性能就增高，这是由于电解液对于膜的溶解速度下降所造成的，为了获得较高硬度的氧化膜。我们要掌握温度在±2℃范围内进行硬质阳极氧化处理为好。
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