硬质阳极氧化是一种厚膜阳极氧化法
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硬质阳极氧化效果硬质阳极氧化是一种常见的表面处理技术,通过将金属制品浸泡在酸性电解液中,在外加电流的作用下,在金属表面产生一层致密、均匀、硬度较高的氧化膜。
这种氧化膜不仅可以提高金属的耐腐蚀性能,还能改善金属表面的装饰性和机械性能。
硬质阳极氧化的过程可以分为预处理、阳极氧化和封闭三个步骤。
首先是预处理,包括清洗、除油和除氧化层。
这一步骤的目的是去除金属表面的污垢和氧化层,为后续的阳极氧化提供干净的基底。
清洗一般采用碱性溶液或有机溶剂,除油则使用有机溶剂,除氧化层则通过酸洗来实现。
接下来是阳极氧化步骤,该步骤是整个硬质阳极氧化过程的核心。
在酸性电解液中,金属制品作为阳极,通过外加电流进行氧化反应,生成氧化膜。
电解液中的主要成分有硫酸、硫酸铝或硫酸钠等,这些物质能够提供氧化反应所需的离子。
在阳极氧化过程中,电解液的温度、浓度、电流密度和处理时间等参数都会影响氧化膜的形成和性能。
一般来说,较高的温度和较低的电流密度可以得到较厚的氧化膜,而较低的温度和较高的电流密度可以得到较薄但硬度较高的氧化膜。
最后是封闭步骤,该步骤是为了提高氧化膜的耐腐蚀性能。
在阳极氧化形成的氧化膜表面,常常存在微孔和裂纹,这些缺陷会降低氧化膜的耐腐蚀性能。
为了修复这些缺陷,可以在氧化膜表面进行封闭处理。
常用的封闭剂有镍盐、钴盐等,这些封闭剂可以填充氧化膜的缺陷,提高氧化膜的致密性和耐腐蚀性能。
硬质阳极氧化具有许多优点。
首先,它能够显著提高金属的耐腐蚀性能。
由于氧化膜的形成,金属表面得到了保护,不易受到腐蚀介质的侵蚀。
其次,硬质阳极氧化还能够提高金属的装饰性。
氧化膜的颜色可以通过改变电解液的成分和处理参数来调控,从而实现不同颜色的氧化膜。
这使得金属制品在外观上更加美观,增加了其附加值。
此外,硬质阳极氧化还能够提高金属的机械性能。
氧化膜具有较高的硬度,能够增加金属的抗磨损性能和耐磨性能。
然而,硬质阳极氧化也存在一些限制和挑战。
首先,氧化膜的厚度一般较薄,一般在几微米到几十微米之间。
阳极氧化阳极氧化(anodic oxidation),即金属或合金的电化学氧化。
其生成的一般原理为以铝或铝合金制品为阳极置于电解质溶液中,利用电解作用,使其表面形成氧化铝薄膜的过程,称为铝及铝合金的阳极氧化处理。
其装置中阴极为在电解溶液中化学稳定性高的材料,如铅、不锈钢、铝等。
铝阳极氧化的原理实质上就是水电解的原理。
当电流通过时,在阴极上,放出氢气;在阳极上,析出的氧不仅是分子态的氧,还包括原子氧(O)和离子氧,通常在反应中以分子氧表示。
作为阳极的铝被其上析出的氧所氧化,形成无水的氧化铝膜,生成的氧并不是全部与铝作用,一部分以气态的形式析出。
一、阳极氧化分类及电解溶液选择1、阳极氧化分类1.1按电流型式分有:直流电阳极氧化、交流电阳极氧化、以及可缩短达到要求厚度的生产时间,膜层既厚又均匀致密, 且抗蚀性显著提高的脉冲电流阳极氧化。
1.2按电解液分有:硫酸、草酸、铬酸、混合酸和以有机磺酸溶液的自然着色阳极氧化。
1.3按膜层性质分有:普通膜、硬质膜(厚膜)、瓷质膜、光亮修饰层、半导体作用的阻挡层等阳极氧化。
2、阳极氧化电解溶液的选择阳极氧化膜生长的一个先决条件是,电解液对氧化膜应有溶解作用。
但这并非说在所有存在溶解作用的电解液中阳极氧化都能生成氧化膜或生成的氧化膜性质相同。
其中,直流电硫酸阳极氧化法的应用最为普遍,其具有适用于铝及大部分铝合金的阳极氧化处理;膜层较厚、硬而耐磨、封孔后可获得更好的抗蚀性;膜层无色透明、吸附能力强极易着色;处理电压较低,耗电少;处理过程不必改变电压周期, 有利于连续生产和实践操作自动化;硫酸对人身的危害较铬酸小, 货源广, 价格低等优点。
其氧化膜成长机理为在硫酸电解液中阳极氧化,作为阳极的铝制品,在阳极化初始的短暂时间内,其表面受到均匀氧化,生成极薄而有非常致密的膜,由于硫酸溶液的作用,膜的最弱点(如晶界,杂质密集点,晶格缺陷或结构变形处)发生局部溶解,而出现大量孔隙,即原生氧化中心,使基体金属能与进入孔隙的电解液接触,电流也因此得以继续传导,新生成的氧离子则用来氧化新的金属,并以孔底为中心而展开,最后汇合,在旧膜与金属之间形成一层新膜,使得局部溶解的旧膜如同得到“修补”似的。
表面处理之三:硬质氧化简介硬质氧化全称硬质阳极氧化处理。
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。
工艺方法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。
原理1 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:4H+ +4e=2H2↑2 阳极反应:4OH--4e=2H2O+O2↑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→A12O34 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。
硬质阳极氧化硬质阳极氧化*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。
铝合金硬质阳极氧化
铝合金硬质阳极氧化是一种对金属表面进行保护及改善表面性
能的技术,它可以改善金属表面的耐蚀性和耐磨性并使表面光滑。
铝合金硬质阳极氧化技术由国外发展至国内,最初由美国的国家属性实验室研究了30多年,后来被中国科技领先者采用,并发展至今。
铝合金硬质阳极氧化技术的研发属于一种以原料特性有效发挥
的技术,它可以实现对金属表面的去毛坯、抛光、阳极氧化、喷漆等多种抛光处理。
抛光处理主要是为了让表面有更好的光滑度和质感,阳极氧化是利用电解作用,在抛光处理后的表面形成一层氧化膜,让表面更有光泽感。
铝合金硬质阳极氧化技术的应用有着广泛的发展前景,它可以用于生产成本低廉的各种金属制品,如汽车配件、家具五金、建筑配件及其他机械产品等表面清洁和抛光处理,可以改善铝合金表面的耐蚀、磨损性能,更加耐用。
此外,铝合金硬质阳极氧化技术有助于金属表面形成一层保护膜,这层保护膜能有效阻止金属表面与空气中的氧化反应,防止金属表面腐蚀,而且这层保护膜的厚度可以调节,因此在一定程度上可以改善金属表面的耐蚀性和磨损性。
另外,铝合金硬质阳极氧化技术还具有可持续发展的优势,其过程更加环保,可以有效改善金属表面的维护状况,使金属表面在经过时间洗礼之后,依然保持着原有的耐蚀性、耐磨性和光泽度,在满足客户要求的同时,也避免了过度漂亮的表面状态。
综上所述,铝合金硬质阳极氧化技术有着广泛的应用,它可以改善金属表面的耐蚀性、耐磨性和光泽度,在满足客户要求的同时,也具备环保和可持续发展的特点,值得被更多的企业和行业采用,提高企业产品的质量和品牌形象,从而实现共同发展。
铝制品表面的自然氧化铝既软又薄,耐蚀性差,不能成为有效防护层更不适合着色。
人工制氧化膜主要是应用化学氧化和阳极氧化。
化学氧化就是铝制品在弱碱性或弱酸性溶液中,部分基体金属发生反应,使其表面的自然氧化膜增厚或产生其他一些钝化膜的处理过程,常用的化学氧化膜有铬酸膜和磷酸膜,它们既薄吸附性又好,可进行着色和封孔处理,表-1介绍了铝制品化学氧化工艺。
化学氧化膜与阳极氧化膜相比,膜薄得多,抗蚀性和硬度比较低,而且不易着色,着色后的耐光性差,所以金属铝着色与配色仅介绍阳极化处理。
一、阳极氧化处理的一般概念1、阳极氧化膜生成的一般原理以铝或铝合金制品为阳极置于电解质溶液中,利用电解作用,使其表面形成氧化铝薄膜的过程,称为铝及铝合金的阳极氧化处理。
其装置中阴极为在电解溶液中化学稳定性高的材料,如铅、不锈钢、铝等。
铝阳极氧化的原理实质上就是水电解的原理。
当电流通过时,在阴极上,放出氢气;在阳极上,析出的氧不仅是分子态的氧,还包括原子氧(O)和离子氧,通常在反应中以分子氧表示。
作为阳极的铝被其上析出的氧所氧化,形成无水的氧化铝膜,生成的氧并不是全部与铝作用,一部分以气态的形式析出。
2、阳极氧化电解溶液的选择阳极氧化膜生长的一个先决条件是,电解液对氧化膜应有溶解作用。
但这并非说在所有存在溶解作用的电解液中阳极氧化都能生成氧化膜或生成的氧化膜性质相同。
适用于阳极氧化处理的酸性电解液见表-2。
化。
按电解液分有:硫酸、草酸、铬酸、混合酸和以磺基有机酸为主溶液的自然着色阳极氧化。
按膜层性子分有:普通膜、硬质膜(厚膜)、瓷质膜、光亮修饰层、半导体作用的阻挡层等阳极氧化。
铝及铝合金常用阳极氧化方法和工艺条件见表-3。
其中以直流电硫酸阳极氧化法的应用最为普遍。
4、阳极氧化膜结构、性质阳极氧化膜由两层组成,多孔的厚的外层是在具有介电性质的致密的内层上成长起来的,后者称为阻挡层(也称活性层)。
用电子显微镜观察研究,膜层的纵横面几乎全都呈现与金属表面垂直的管状孔,它们贯穿膜外层直至氧化3、阳极氧化的种类阳极氧化按电流形式分为:直流电阳极氧化、交流电阳极氧化、脉冲电流阳极氧膜与金属界面的阻挡层。
阳极硬质氧化阳极硬质氧化是一种常见的表面处理技术,它可以提高金属材料的耐腐蚀性和硬度,从而延长材料的使用寿命。
在阳极硬质氧化过程中,金属材料被置于电解液中作为阳极,通以直流电,通过阳极氧化的反应,在金属表面形成一层致密的氧化膜。
阳极硬质氧化技术广泛应用于各个领域,特别是在汽车、航空航天、电子、建筑等行业中。
通过阳极硬质氧化处理,可以提高金属表面的硬度,减少磨损,增加耐磨性,从而延长材料的使用寿命。
此外,阳极氧化还可以改善金属材料的耐腐蚀性能,增强其抗氧化、抗酸碱腐蚀的能力。
阳极硬质氧化的过程中,主要涉及两个反应:阳极氧化反应和氧化膜封闭反应。
阳极氧化反应是指金属材料在电解液中受到电流作用下,金属表面的氧化物被还原成金属离子,并与电解液中的氧化剂发生反应生成金属氧化物。
氧化膜封闭反应是指在阳极氧化反应后,通过对氧化膜进行热处理或浸泡在密封液中,使氧化膜进一步增厚和密实,提高其耐腐蚀性和硬度。
阳极硬质氧化的效果主要取决于电解液的成分、电解条件和处理时间等因素。
一般来说,电解液中的主要成分是硫酸、草酸、磷酸等,它们可以提供氧化剂和调节剂,控制氧化膜的形成和性能。
而电解条件包括电流密度、电解温度、电解时间等,它们直接影响氧化膜的厚度和质量。
处理时间的长短也是影响氧化膜性能的重要因素,一般来说,处理时间越长,氧化膜越厚,硬度越高。
在阳极硬质氧化过程中,金属表面形成的氧化膜具有一定的微孔结构,这些微孔可以吸附润滑油脂,减少金属表面的摩擦系数,提高材料的耐磨性能。
此外,氧化膜还可以通过染色、封孔等处理,改变其颜色和表面特性,增加材料的装饰性和美观性。
然而,阳极硬质氧化技术也存在一些问题。
首先,氧化膜的厚度和质量受到电解液成分的影响,不同的材料和工艺条件下,氧化膜的性能可能存在差异。
其次,阳极硬质氧化过程中会产生氢气和氧气等气体,在处理过程中需要采取相应的措施,以防止气体积聚和爆炸危险。
总结而言,阳极硬质氧化是一种常见的表面处理技术,通过电解液中的电流作用,在金属表面形成一层致密的氧化膜,从而提高金属材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
什么叫铝硬质阳极氧化?有何特点?
佚名
【期刊名称】《《表面工程资讯》》
【年(卷),期】2012(12)4
【摘要】答:在一定的电解液中和特定的工艺条件下,铝及铝合金外加直流电流的作用,表面形成一层厚度可达80um以上的氧化膜的过程,叫做铝硬质阳极氧化,又称厚膜氧化。
因为一般阳极氧化膜厚度为10Pm左右。
【总页数】1页(P48-48)
【正文语种】中文
【中图分类】TG174.451
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阳极氧化工艺技术详解阳极化阳极氧化工艺流程为:表面整平——除油——浸蚀或抛光——阳极氧化——着色处理——封闭处理——干燥(三个主要过程:阳极氧化、着色、封孔),本色氧化就是少了着色处理这一过程,阳极氧化后直接封孔。
1.阳极氧化(1)硫酸阳极化(5-20um)物色氧化膜,易于染色,硬度高,是铝和铝合金主要的防护和装饰方法,工艺简单,操作方便,应用最广。
(2)铬酸阳极化(2-5um)氧化膜不透明,未浅灰色或乳白色,孔隙率低,所以零件仍能保持原来的精度和表面粗糙度,丐工艺适用于精密零件,膜比较薄。
(3)草酸阳极化(8-20um,最厚达60um)草酸阳极化易于制取较厚膜层,氧化膜硬度高,孔隙率低,耐蚀性高,有良好的电绝缘性。
但成本较高,是硫酸阳极化的3-5倍,一般用于特殊要求的表面,如制作电器绝缘保护层、日用品的表面装饰。
(4)硬质阳极化(又称厚膜氧化,250-300um)硬度很高,一般为400-600HV,电流密度为普通阳极氧化的2-3倍。
(5)瓷质阳极化(6-20um)氧化膜具有不透明的灰色外观,类似瓷釉、搪瓷,也被称之为仿釉氧化膜。
一般不会改变零件的表面粗糙度,也不影响其尺寸精度,适用于仪器、仪表等精密零件和日用品的表面防护和装饰。
2.阳极氧化膜染色(1)整体着色法采用特定成分的铝合金或在特殊的电解液中阳极氧化时,获得氧化膜的同时,而着上不同颜色,也成自然着色法。
(阳极氧化和染色同时进行)能耗较大,成本高,着色膜色泽不鲜艳,逐渐被电解着色所取代。
(2)吸附着色法将阳极氧化后的铝制品浸渍到带有染料的溶液中,则多孔层外表能吸附各种染料而呈现出染料的色彩。
(3)电解着色铝制品经阳极氧化后,再在含金属盐的电解溶液中进行交流电解,则在多孔层孔隙底部沉积金属或金属化合物而显色。
3.封孔(1)热水封闭法(2)重铬酸盐封闭法防护性封孔,封孔后氧化膜呈黄色,耐蚀性较好,不适用于以装饰为目的着色氧化膜的封闭。
(3)水解封闭法(4)填充封闭法采用有机质如透明清漆、熔融石蜡、各种树脂和干性油等进行封闭。
硬质阳极氧化技术介绍二.铝合金的硬质阳极氧化处理1、铝是比较活泼的金属,标准电位-1、66v,在空气中能自然形成一层厚度约为0、01~0、1微米的氧化膜,这层氧化膜是非晶态的,薄而多孔,耐蚀性差。
但是,若将铝及其合金置于适当的电解液中,以铝制品为阳极,在外加电流作用下,使其表面生成氧化膜,这种方法称为阳极氧化。
阳极氧化所得的氧化膜与金属晶体结合牢固,因而大大提高了金属及其合金的耐腐蚀能力,并可提高表面的电阻而增强绝缘性能。
经过氧化的铝导线可做电机轴变压器的绕组线圈。
2、通过选用不同类型、不同浓度的电解液,以及控制氧化时的工艺条件,可以获得具有不同性质、厚度约为几至几百微米的阳极氧化膜,其耐蚀性,耐磨性和装饰性等都有明显改善和提高。
3、阳极氧化形成的氧化膜为透明,由于金属铝氧化膜具有多孔性,吸附性能强,因而可染上各种鲜艳的色彩。
对于不需要染色的表面孔隙,则要进行封闭处理,使孔隙缩小,防止腐蚀性介质进入孔中引起腐蚀。
对需要染色的工件,通过有机物染色后再封孔即可。
三、铝合金阳极氧化的分类:铝是钝化型金属,与钛、钽、铌等金属一样,表面钝态氧化膜是提供保护的重要因素,因此,阳极氧化是一种非常有效的金属保护手段。
铝的阳极氧化处理工艺可以从多种角度加以分类,比如按照电解质溶液、阳极氧化电源波形、阳极氧化膜结构、阳极氧化的特性等加以分类:1、电解质溶液分:1).硫酸阳极氧化:硫酸作为电解质的阳极氧化,其应用最广泛,硫酸阳极氧化膜透明度好。
2).草酸阳极氧化:草酸作为电解质的阳极氧化,阳极氧化膜透明带黄色,膜的硬度较高。
3).铬酸阳极氧化:铬酸作为电解质的阳极氧化,阳极氧化膜呈白色,膜的耐腐蚀性较好。
4).磷酸阳极氧化:磷酸作为电解质的阳极氧化,阳极氧化膜微孔的也径较大,膜的硬度较低。
5).硼酸阳极氧化:硼酸作为阳极氧化,生成壁垒型阳极氧化膜,主要用于电解质电容器。
6).混合酸阳极氧化:混合酸种类很多,如硫酸/草酸,硫酸/磺酸等。
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。
而OH-便向阳极运动产生阳极反应:4OH,,4e=2H2O+2O?当在阳极上失去多余的电子,所析出的氧呈原子状态,由于原子状态的氧要比分子状态的氧更为活泼,更易与铝起反应: 2A1+3O?A12O3上述—反应在铝和铝合金制件表面是均匀地,同时进行地。
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。
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。
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。
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2.5 局部保护(1)硝基液( Q98 ,1)5份,红色硝基液(Q04,3)1份(其中红色硝基液可用少量甲基红来代替),用X,1稀释剂稀释到工业粘度,刷涂为60,80s,喷涂为20,30s,(用四号粘度剂)。
普通阳极氧化和硬质阳极氧化
阳极氧化是一种将金属制品表面形成一层致密、坚韧、具有耐腐蚀、装饰性和其他功能的氧化膜的工艺。
其中,普通阳极氧化主要适用于铝制品的表面处理,可形成一层硬度约为200HV的氧化膜,其主要作用是保护铝制品表面免受氧化、腐蚀以及由于摩擦和磨损带来的损坏。
而硬质阳极氧化则是一种特殊的阳极氧化工艺,通常用于提高铝合金材料的表面硬度和耐磨性,硬度可高达800-2000HV。
这些硬质氧化膜通常被广泛应用于航空、汽车、机械等领域。
硬质阳极氧化是一种厚膜阳极氧化法,这是一种铝和铝合金特殊的阳极氧化表面处理工艺。此种工艺,所制得的阳极氧化膜最大厚度可达250微米左右,在纯铝上能获得1500kg/mm2的显微硬度氧化膜,而在铝合金上则可获得400~600kg/mm2的显微硬度氧化膜。其硬度值,氧化膜内层大于外层,即阻挡层大于带有孔隙的氧化膜层,因氧化膜内有松孔,可吸附各种润滑剂,增加了减摩能力,氧化膜层导热性很差,其熔点为2050℃,电阻系数较大,经封闭处理(浸绝缘物或石蜡)击穿电压可达2000V,在大气中较高的抗蚀能力,具有很高的耐磨性,也是一种理想的隔热膜层,也有良好的绝缘性,并具有与基体金属结合得很牢固等一系列优点,因此在国防工业和机械零件制造工业上获得及其广泛的应用。主要应用于要求高耐磨、耐热、绝缘性能好等的铝和铝合金零件上。如各种作为圆筒的内壁,活塞、汽塞、汽缸、轴承、飞机货舱的地板、滚棒和导轨、水利设备、蒸汽叶轮、适平机、齿轮和缓冲垫等零件。用硬质氧化工艺来代替传统的镀硬铬镀层,与硬铬工艺相比它具有成本低,膜层结合牢固,镀液,清洗废液处理方便等优点。但此工艺所得膜层的缺点是膜层厚度较大时,对铝和铝合金的机械疲劳强度指标有所影响。
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、交流和交直流叠加电源等几种,目前广泛应用的有下列两种硬质阳极氧化。
(1)硫酸硬质阳极氧化直流法; (2)草酸硬质阳极氧化交直流重选法。 其中,硫酸法是目前得到较广泛应用的一种硬质氧化法。 1 硬质阳极氧化原理 铝合金硬质阳极氧化原理,就是在电场的作用下,加速铝合金表面氧化膜的形成即用铅板作阴极,铝合金制作阳极,稀硫酸溶液作电解液,当通过直流电时,H+便向阴极移动,产生阴极反应:
4H2+4e=2H2↑ 而OH-便向阳极运动产生阳极反应: 4OH--4e=2H2O+2O↑ 当在阳极上失去多余的电子,所析出的氧呈原子状态,由于原子状态的氧要比分子状态的氧更为活泼,更易与铝起反应:
2A1+3O→A12O3 上述—反应在铝和铝合金制件表面是均匀地,同时进行地。 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。
2 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。绝缘胶的配制:
(1)硝基液( Q98 -1)5份,红色硝基液(Q04-3)1份(其中红色硝基液可用少量甲基红来代替),用X-1稀释剂稀释到工业粘度,刷涂为60~80s,喷涂为20~30s,(用四号粘度剂)。
(2)过氯乙烯胶液(G98-1)100克,红色过氯乙烯防腐液(G52-1)15~20g,稀释剂用X-3调到适当粘度,一般为刷涂或浸涂。
(3)聚乙烯醇100克,香蕉水500cc。配制法:将聚乙烯醇溶解到香蕉水中,成胶液状,刷涂于零件上需要绝缘的部位,室温固化,大约4小时,如在60~70℃下烘干、30分钟即可。
3 硬质氧化工艺流程 铝零件 化学除油(也可用超声波除油) 清洗 中和 清洗 硬质阳极氧化处理 清洗 热水或蒸汽封闭 成品
4 硫酸法硬质阳极氧化的电解液配方及操作规范(见表1) 4.1 工艺配方 表 1 名 称 配方1 配方2 配方3
硫酸D=1.84∕(g∕L) 200~300 15% 10%
温度∕℃ 0.5~5 20~25 25~100
槽端电压∕V 40~90 25~60L 由40~120L
—— -8~10 0 -5~5
时间∕h 2~2.5 2 2
搅拌 需空气搅拌 需空气搅伴 需空气搅伴
4.2 操作方法 (1)首先打开降温设备,将电解液温度降低到工艺所规定的温度范围内,阴极挂铅版,然后把装挂好的零件放置在阳极导电杠上卡紧,零件与零件之间,零件与阴极之间一定要保持较大的距离,绝对不能接触。打开压缩空气电解液搅拌(注意:压缩空气一定要进行除油处理)。 (2)送以直流电源,开始的电流密度一般为0.5A/dm2,在25分内分5~8次逐步升高到2.5 A/dm2。以后保持电流密度2.5 A/dm2,均每隔5分钟,调查一次电流开始电压为8~12V,最终电压可根据膜层的厚度和材料不同而定。
(3)在硬质阳极氧化过程中,须经常注意电压和电流表,如发现有电流突然增加,电压下降的现象,这说明零件膜层局部已溶解,应立即关闭电源,检查并取出溶解的零件,其它零件可继续进行氧化处理,电流可一次给足。
4.3 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。
4.3.1 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。
4.3.2 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。
铝零件 汽油洗涤 装挂 涂绝缘胶 洗涤 出光 清洗 室温硬质阳极氧化 清洗 吹干 涂绝缘胶 卸挂具 封闭 成品
此工艺所得硬质氧化膜质量;外观,膜层应呈均匀的深黑色,兰黑色或褐色;厚度,膜层约为50μm;硬度:硬膜度HV>300
4.4 该工艺具有以下特点 (1)该工艺规范较广,包括槽液浓度范围宽,工作温度可以从0~30℃(较宽)允许电流密度由5~15 A/dm2,氧化30~90分,获得的显微硬度可达HV300~500,膜层50μm。