铝材硬质阳极氧化工艺要求

铝材硬质阳极氧化工艺要求（共10篇）

篇1：铝材硬质阳极氧化工艺要求

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。

摘自：www.jtbmcl.com 请注明！

篇2：铝材硬质阳极氧化工艺要求

(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 10052748X(2008)0320149203

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:2007207210;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。

篇3：铝材硬质阳极氧化工艺要求

目前, 铝合金活塞硬质阳极氧化溶液广泛使用普通的硫酸作为介质, 使用成本低, 目前活塞顶面应用较广泛, 但如用于活塞环槽的阳极氧化会造成氧化膜厚度不均, 表面硬度低和表面粗糙度高的缺点, 图1所示为不均匀的氧化膜, 图2为常规工艺的粗糙度测试结果。

该阳极氧化膜会导致活塞环装配间隙不均匀, 影响发动机的漏气量。也有在硫酸介质中加入一定量的铬酸作为强氧化介质, 虽然对氧化膜的硬度和粗糙度有所改善, 但六价铬会导致环境污染和影响人体健康, 也会影响它的市场推广和应用。

本研究开发了一种无铬的铝合金活塞环槽硬质阳极氧化工艺, 对铝合金活塞环槽进行阳极氧化时, 在电流密度和时间保持原有工艺的前提下, 研究了氧化液不同组份、不同浓度氧化介质的阳极氧化膜的性能, 研究结果表明:组成为A的氧化液进行阳极氧化得到的氧化膜光滑致密, 与铝合金基体的结合力强, 硬度高, 厚度合适, 表面粗糙度达到理想的要求, 该氧化液对铝合金活塞环槽进行阳极氧化是一种环保型的生产工艺。

2 各种因素对氧化膜硬度和生长速度的影响

铝合金活塞环槽能否生成优质的硬质阳板氧化膜, 取决于硫酸浓度、添加剂含量、温度、电流密度及其材料的成分等, 现分述如下:

2.1 硫酸浓度的影响

当其它工艺条件不变时, 随着硫酸浓度的增加, 氧化膜的成膜速度减慢, 这是固体氧化膜在硫酸溶液中溶解速度加快所致。硫酸浓度过低, 电解液的导电性下降, 氧化时间延长, 生产效率下降, 硫酸浓度一般控制在10—15%之间。

2.2 添加剂的影响

添加剂可以控制反应速度, 控制氧化膜厚度和表面粗糙度, 浓度过高, 反应速度过快, 形成的氧化膜疏松, 表面粗糙度高, 硬度下降, 浓度过低, 反应速度下降, 氧化膜变薄, 氧化膜时间延长, 实际操作过程中控制添加剂的浓度为6—12%。

2.3 电解液温度的影响

氧化过程中电解液温度对氧化膜的生成、厚度、硬度有着决定性的影响, 常规的环槽阳极氧化采用0±5℃的低温进行, 增加添加剂以后的环槽氧化采用的是常温阳极氧化, 电解液的温度控制在20—30℃, 夏天需要冷冻降温设备。

电解液温度过高, 膜层硬度相应减小, 这是因为随着温度的升高, 电解液对氧化膜溶解加速, 使膜层变得疏松, 硬度也就降低了, 而且溶解速度较快, 粗糙度也有所下降。

2.4 电流密度

在温度、时间一定条件下, 随着电流密度的增加, 膜层厚度和硬度都有显著提高。电流密度过大, 成膜速度快, 膜层增厚, 同时由于成膜速度大大高于膜层溶解速度, 膜层溶解最小, 硬度也就相应提高, 粗糙度较低。

但电流密度过高 (超过8A/dm2) , 成膜速度反而降低了, 因为高的密度将产生大量的热量, 提高了电解液的温度, 膜层的溶解量也加大, 若电流密度太低, 电压升高缓慢, 虽然发热量减少, 但膜层受到电解质的化学控件时间加长了, 所以硬度降低, 电流密度和膜层硬度的关系比较复杂, 要想得到现想硬度的膜层, 通常选定的电流密度为3—5A/dm2。

2.5 氧化时间

在电流密度、电解液温度相同的条件下, 随着氧化时间的延长, 膜层厚度成直线增加, 达到一定程度以后, 速度趋于稳定, 此时氧化膜的硬度最高, 粗糙度最低, 随着时间的延长, 膜层因为溶解的原因, 变得比较疏松, 硬度相应降低, 粗糙度开始增加。

3 铝合金活塞环槽阳极氧化液添加剂的性能

为了保证氧化的硬度以及膜层的粗糙度, 需要选择合适的氧化添加剂, 添加剂不能含对人体和环境有害物质, 以较强的有机酸为主剂, 反应温和, 生成的氧化膜致密性好, 可保证合适的厚度、硬度和粗糙度, 同时配有促进剂、防腐添加剂, 可以保证氧化膜具有较好的耐腐蚀能力。具体性能如下:

3.1 性能特点

(1) 不含铬化合物, 对操作人员及环境无毒无害, 废液经处理后可以直接排放;

(2) 可保证活塞环槽氧化膜的粗糙度、硬度和厚度;

(3) 温度范围宽 (20-30℃) , 不需降温, 可连续正常生产, 氧化时间比原工艺缩短, 大大提高生产效率, 适合没有控温装置的阳极氧化槽使用;

(4) 节约大量电能, 减少降温设备投资, 综合成本低, 经济效益明显;

(5) 氧化膜层耐磨性, 抗蚀性增加, 并且有效好的色泽;

(6) 氧化膜致密性好, 表面粗糙度小;

3.2 维护要求

(1) 配制硫酸阳极氧化溶液所用硫酸最好采用试剂级硫酸。

(2) 溶液要定期进行化学分析, 并根据分析结果添加硫酸, 保持规定的浓度。

(3) 溶液中的铜杂质可通过经常刷洗阴极铅板消除一部分, 也可以在0.1-0.2 A/dm2电流密度下通电处理, 使铜沉积在阴极上除去。为除去溶液中的铝离子, 可先将溶液温度升高到40-50℃, 在不断搅拌下缓缓加入硫酸铵, 使铝变成硫酸铝铵的复盐沉淀除去。

(4) 溶液中杂质离子的含量过高将严重影响氧化膜的质量, 应严格控制杂质离子进入溶液中。溶液表面不允许存在任何油污和泡沫。

3.3 ENKUN-65添加剂不同组份及含量对氧化膜厚度的影响

考察组份A、组份B、组份C不同含量对氧化膜厚度的影响 (见表1) :

从表1试验结果来看, 三种添加剂组份加入量为3%, 效果最佳。

3.4 不同组份及含量对氧化膜硬度的影响 (见表2)

从表2试验结果来看, 三种添加剂组份加入量个4%, 效果最佳。

3.5 不同组份及含量对氧化膜粗糙度的影响 (见表3)

从表3试验结果来看, 三种添加剂组份加入量个3%, 效果最佳。

4 环保型阳极氧化工艺过程

综合以上的分析以及阳极氧化时机试验验证, 氧化的工艺流程以及过程的操作如下:

4.1 绝缘保护

活塞环槽阳极氧化, 不需氧化部位需加以绝缘保护, 一般绝缘方法用硅橡胶圈进行密封绝缘, 防止电解液泄漏。

4.2 工艺流程及操作方法

为了得到优质阳极氧化膜, 活塞环槽氧化在下列浓度的电解液及工艺条件下进行:

硫酸 (比重1.84) 100—150ml/l

ENKUN-65添加剂60-120ml/l

电流密度3—5A/dm2

槽端电压40—90A

电解液温度20—30℃

氧化时间55-75s

阴极 钛合金, 内置夹具里面

阴极面积:阳极面积1:1

电解液用蒸馏水配制, 氧化液在密封的夹具里面循环流动。

5 结束语

基于以上结果的分析, 调整了ENKUN-65添加剂与氧化溶液最佳的组分配比, 并对工艺参数进行了相关的固化, 经过在山东滨州渤海活塞股份有限公司实际应用, 达到了氧化膜的技术要求, 解决了氧化膜不完整、不连续, 硬度比较低的缺点, 膜层的完整率达到了85%以上, 粗糙度达到Ra≤0.8, 见图3、图4所示。

篇4：铝材硬质阳极氧化工艺要求

关键词：铝合金；硬质阳极化；工艺改进

1.前言

铝合金硬质阳极氧化是能够使氧化膜在硬度、耐磨性、结合强度、滑动性能、电穿透强度及耐蚀性等方面都得到优化的一种工艺方法[1]。某型产品所用铝合金制件对工作面的硬度、强度、耐磨性、耐腐蚀性均有较高要求，因此多年来采用硬质阳极化+铬酸阳极化的工艺方法，对非硬质阳极氧化面采用绝缘漆涂覆保护。为满足制件同轴度要求，对部分铝合金制件铬酸和硬质阳极化工序进行了优化和调整，原来的铬阳—机加—硬阳，调整为硬阳—铬阳-机加，工序调整后，部分零件在硬氧过程中氧化液浸入绝缘漆，导致非硬质阳极氧化面被点状、片状氧化，呈现黑点和黑斑（后续均简称漆层飞边）（见图1），严重影响了制件外观质量和装配尺寸，给产品质量也带来了较大风险。

图1漆边飞层

2.现状调查

为了解铝合金制件硬质阳极化的质量状况，对生产的15项、430件铝合金硬质阳极化零件的质量状况进行了调查。

共有四种不合格种类226件：一是漆层飞边185件，占不合格品总数的81.86%；二是碰划伤15件，占不合格品总数的6.64%；三是氧化膜颜色不一致，占不合格品总数的7.08%；四是内孔无膜层10件，占不合格品总数的4.42%。

得出消除漆层飞边是硬质阳极化工艺改进的主要研究内容。

3.原因分析

从零件的生产流程及氧化的工艺方法等方面进行了原因推测，针对相关联的九个方面制作关联图[2]进行了分析，通过分析结果查找出未按涂漆要求执行、硫酸含量未达工艺要求、绝缘漆配比不正确、裸铝表面光洁度高、涂漆保护方法选择不当5条需要确认的末端因素。

4.原因确认

4.1未按涂漆要求执行

在硬质阳极化生产现场进行，随机抽查了三名操作者涂漆过程，三组零件（82件）涂漆均按要求执行，绝缘漆层均匀，边缘光滑，无漏涂；涂覆一遍，补涂2-3遍，非要因。

4.2硫酸含量未达工艺要求

工艺要求硫酸含量196-260g/L，槽液分析周期为每月一次，抽查化验室查看硬质阳极氧化槽液分析报告，槽液中的硫酸含量和分析周期达到工艺要求，非要因。

4.3绝缘漆配比不正确

绝缘漆成分包括：Q04-3红色硝基磁漆、Q98-1硝基胶液、X-1稀释剂三种。检查记录和现场观察操作人员配置绝缘漆的过程均按硝基磁漆1份、硝基胶液5份、稀释剂4份配制，绝缘漆的配比满足标准要求，非要因。

4.4裸铝表面光洁度高

用3件试验件分别将表面加工成三种状态：第一种状态—普通车加工，使裸铝表面粗糙度为0.4；2、第二种状态——数铣，使裸铝表面度粗糙为0.8；3、第三种状态用金相砂纸打磨，使裸铝表粗糙面度为1.6。对三种状态下的裸铝表面进行涂漆保护后，进行硬质阳极氧化，对比阳极化后漆层飞边产生的程度。对比看出，零件表面粗糙度越低，漆层飞边产生的现象越严重，经过毛化处理后的裸铝表面，由于表面粗糙度提高，增加了零件表面与绝缘保护漆的结合力，从而减少了漆层飞边产生的几率，要因。

4.5工艺保护方法选择不当

同行业中目前对硬质阳极化保护的工艺方法基本一致，多采用红色硝基磁漆和硝基胶液配置的绝缘漆涂覆保护，也有少部分厂家采用蜡封的方法保护和专用涂料保护。为防止多余物给产品质量带来隐患，我们首先否定了腊封的方法，及时购置回50E-2涂料，还选择了用于喷涂环氧漆H04-42同步进行对比试验，同时进行硬质阳极化后，三种漆料保护的制件均有飞边现象产生。由此可见，保护方法的选择对漆层飞边无抑制作用，非要因。

5.措施制定

针对裸铝表面光洁度高这一要因提出了四种措施方案，一是用砂纸打磨硬质阳极化与非硬质阳极氧化面交界处；二是在硬质阳极化前增加碱蚀工序；三是在硬质阳极化前增加化学氧化工序；四是采用绝缘保护胶进行保护。

通过有效性、可实施性、经济性、可靠性综合评价，第三项措施“在硬质阳极化前增加化学氧化工序”的综合评价最高，我们将其确定为最适合降低裸铝表面光洁度的方案。

6.验证实施

6.1在制件硬质阳极化前增加化学氧化工序

化学氧化工序获得的膜层较薄（厚度小于1μm），吸附能力较好，易作为油漆的底层使用[1]。选3件活塞为试验件——根据手册上介绍的化学氧化液成分临时配置了化学氧化槽，并按其工艺参数进行了工艺试验。

结果显示：在硬氧前增加化学氧化工序，大大减少了漆层飞边产生的程度和零件数量。

6.2进行正交试验，确定的化学氧化时间和温度。

在选定采用化学氧化的方法降低裸铝表面的光洁度后，采用正交试验[3]确定氧化温度和时间。

手册中规定的氧化参数：槽液温度—室温，氧化时间—5-10min。

槽液温度根据四季的变化划分为三个阶段：5-15℃、15-25℃、25-35℃；以手册中规定5-10min为基准，将氧化时间划分为：0-5 min、5-10 min、10-15 min三个时间段。

选定因素A?---氧化温度和因素B---氧化时间的情况下，运用正交试验法进行9次试验，来选出最佳工艺参数。

6.3试验分析

综合分析试验数据5号试验情况最好，结果：零件表面粗糙度数值最大为1.4，其工艺条件为A2B2。从Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ——位级之和可以看出，A因素位级2最好，B因素位级2最好，其工艺条件为A2B2。

7.结论

7.1降低裸铝表面光洁度将大大减少飞边现象。

7.2最优工艺调整方案：在制件硬质阳极化前增加化学氧化的工序，参数为：氧化时间5～10min，氧化温度15～25℃。

7.3飞边现象虽然得到了有效的控制，但增加化学氧化工序提高了生产成本。

参考文献

[1]张允城、胡如南、向荣.电镀手册（第3版）.2007，国防工业出版社

[2]任露泉.试验设计及其优化.2009，科学出版社

篇5：硬质阳极氧化

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。

篇6：铝材硬质阳极氧化工艺要求

2013-2018年中国铝材阳极氧化市场深度调研与投资

前景及风险预测报告

第一章 铝材阳极氧化行业发展概述 第一节 铝材阳极氧化定义及分类

一、铝材阳极氧化的定义

二、铝材阳极氧化的种类

三、铝材阳极氧化的特性

第二节 铝材阳极氧化产业链分析

一、行业经济特性

二、主要细分行业

三、产业链结构分析

第二章 铝材阳极氧化行业发展环境分析 第一节 国内宏观经济环境

一、GDP历史变动轨迹

二、固定资产投资

三、工业发展形势分析

四、中国经济受金融危机影响分析

第二节 我国铝材阳极氧化行业政策分析

一、国家对铝材阳极氧化行业发展的鼓励政策

二、我国铝材阳极氧化税收政策

三、我国铝材阳极氧化投资政策

第三节 影响铝材阳极氧化行业发展的主要因素分析

第三章 2012年全球铝材阳极氧化行业发展情况分析 第一节 世界铝材阳极氧化行业发展相关概述 第二节 全球铝材阳极氧化行业运行现状

一、国外铝材阳极氧化技术工艺

二、世界铝材阳极氧化市场格局分析

三、国际铝材阳极氧化品牌分析

第三节 2012年世界铝材阳极氧化行业区域市场分析

一、美国

二、德国

三、意大利

四、英国

第四节 2013-2018年世界铝材阳极氧化行业发展趋势预测分析

第四章 2012年我国铝材阳极氧化行业发展现状分析 第一节 我国铝材阳极氧化行业发展现状

网 址：

中金企信（北京）国际信息咨询有限公司—国统调查报告网

一、铝材阳极氧化行业品牌发展现状

二、铝材阳极氧化行业需求市场现状

三、铝材阳极氧化市场需求层次分析

四、我国铝材阳极氧化市场走向分析 第二节 中国铝材阳极氧化产品技术分析

一、2012年铝材阳极氧化产品技术变化特点

二、2012年铝材阳极氧化产品市场的新技术

三、2012年铝材阳极氧化产品市场现状分析 第三节 中国铝材阳极氧化行业存在的问题

一、铝材阳极氧化产品市场存在的主要问题

二、国内铝材阳极氧化产品市场的三大瓶颈

三、铝材阳极氧化产品市场遭遇的规模难题 第四节 对中国铝材阳极氧化市场的分析及思考

一、铝材阳极氧化市场特点

二、铝材阳极氧化市场分析

三、铝材阳极氧化市场变化的方向

四、中国铝材阳极氧化行业发展的新思路

五、对中国铝材阳极氧化行业发展的思考

第五章2005-2012年中国铝材阳极氧化行业市场动态分析 第一节2005-2012年中国铝材阳极氧化生产分析

一、2005-2012年中国铝材阳极氧化产能统计分析

二、2005-2012年中国铝材阳极氧化产量统计分析 第二节 市场规模

一、我国铝材阳极氧化行业产销存分析

二、我国铝材阳极氧化行业市场消费统计及需求分析

三、中国铝材阳极氧化区域市场规模分析

第三节2005-2012年中国铝材阳极氧化行业进出口情况分析

一、进口

二、出口

第六章 铝材阳极氧化行业上下游行业分析 第一节上游行业分析

一、发展现状

二、发展趋势预测

三、行业新动态及其对铝材阳极氧化行业的影响

四、行业竞争状况及其对铝材阳极氧化行业的意义 第二节下游行业分析

一、发展现状

二、发展趋势预测

三、市场现状分析

四、行业新动态及其对铝材阳极氧化行业的影响

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五、行业竞争状况及其对铝材阳极氧化行业的意义

第七章2012年中国铝材阳极氧化行业市场竞争格局分析 第一节 2012年中国铝材阳极氧化竞争现状分析

一、铝材阳极氧化行业竞争力分析

二、铝材阳极氧化行业技术竞争分析

三、铝材阳极氧化行业主要产品市场竞争分析

第二节 2012年中国铝材阳极氧化市场区域格局分析

一、铝材阳极氧化生产企业集中分析

二、铝材阳极氧化市场集中度分析

第三节 2012年中国铝材阳极氧化提升竞争力策略分析

第八章 铝材阳极氧化企业竞争策略分析 第一节 铝材阳极氧化市场竞争策略分析

一、2012年铝材阳极氧化市场增长潜力分析

二、2012年铝材阳极氧化主要潜力品种分析

三、现有铝材阳极氧化产品竞争策略分析

四、潜力铝材阳极氧化品种竞争策略选择

五、典型企业产品竞争策略分析

第二节 铝材阳极氧化企业竞争策略分析

一、金融危机对铝材阳极氧化行业竞争格局的影响

二、金融危机后铝材阳极氧化行业竞争格局的变化

三、2013-2018年我国铝材阳极氧化市场竞争趋势

四、2013-2018年铝材阳极氧化行业竞争格局展望

五、2013-2018年铝材阳极氧化行业竞争策略分析

六、2013-2018年铝材阳极氧化企业竞争策略分析

第九章 2009-2012年中国铝材阳极氧化优势生产企业竞争力与关键性数据分析（企业可自选）

第一节A公司

一、企业基本概况

二、2009-2012年企业经营与财务状况分析

三、2009-2012年企业竞争优势分析

四、企业未来发展战略与规划 第二节B公司

一、企业基本概况

二、2009-2012年企业经营与财务状况分析

三、2009-2012年企业竞争优势分析

四、企业未来发展战略与规划 第三节C公司

一、企业基本概况

二、2009-2012年企业经营与财务状况分析 网 址：

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三、2009-2012年企业竞争优势分析

四、企业未来发展战略与规划 第四节D公司

一、企业基本概况

二、2009-2012年企业经营与财务状况分析

三、2009-2012年企业竞争优势分析

四、企业未来发展战略与规划 第五节E公司

一、企业基本概况

二、2009-2012年企业经营与财务状况分析

三、2009-2012年企业竞争优势分析

四、企业未来发展战略与规划 第六节F公司

一、企业基本概况

二、2009-2012年企业经营与财务状况分析

三、2009-2012年企业竞争优势分析

四、企业未来发展战略与规划 第七节G公司

一、企业基本概况

二、2009-2012年企业经营与财务状况分析

三、2009-2012年企业竞争优势分析

四、企业未来发展战略与规划 第八节H公司

一、企业基本概况

二、2009-2012年企业经营与财务状况分析

三、2009-2012年企业竞争优势分析

四、企业未来发展战略与规划

第十章 2013-2018年中国铝材阳极氧化行业发展趋势预测分析 第一节2013-2018年中国铝材阳极氧化行业前景预测分析

一、中国铝材阳极氧化行业前景分析

二、铝材阳极氧化技术发展方向分析

三、铝材阳极氧化主要产品前景分析

第二节 2013-2018年中国铝材阳极氧化行业市场预测分析

一、铝材阳极氧化产量预测分析

二、铝材阳极氧化需求预测分析

三、铝材阳极氧化市场竞争格局预测分析

第三节 2013-2018年中国铝材阳极氧化行业市场盈利预测分析

第十一章 2013-2018年中国铝材阳极氧化行业投资机会与投资风险分析 第一节 2013-2018年中国铝材阳极氧化行业投资环境预测分析 第二节 2013-2018年中国铝材阳极氧化行业投资机会分析

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一、铝材阳极氧化投资吸引力分析

二、铝材阳极氧化主要应用领域投资热点分析

第三节 2013-2018年中国铝材阳极氧化行业投资风险分析

一、市场竞争风险

二、原材料压力风险分析

三、政策和体制风险

四、外资进入现状及对未来市场的威胁

五、其他风险

第四节 中金企信专家投资建议

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篇7：铝材硬质阳极氧化工艺要求

金属铝及其合金具有一系列的优良性能,被广泛应用于航空航天、造船、仪器仪表、电子、建筑装饰、化工等领域,不足之处是其耐腐蚀性差。虽然金属铝表面能在空气中自发形成一层自然氧化膜,但此氧化膜机械强度低,防护能力远不能满足应用要求,因而常利用阳极氧化法对铝材进行阳极氧化以提高其耐腐蚀性能[1]。对于铝阳极氧化过程机理,迄今国内外已有大量研究[2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12],并极大地促进了铝阳极氧化理论的发展,但铝阳极氧化过程反应比较复杂,至今仍有很多问题未弄清楚,需要进一步深入研究。

为此,本工作利用低电流对铝试样在硫酸中进行恒电流阳极氧化,发现在氧化过程中出现规则的电位阶跃现象,并对此作了进一步探讨。

1 试 验

纯铝棒(99.7%)裸露工作面0.8 cm2,其余部分用环氧树脂密封。工作面分别用600,1 200号砂纸打磨,蒸馏水清洗,50 g/L NaOH碱蚀30 s,蒸馏水清洗,200 g/L硝酸化学抛光2 min,蒸馏水清洗后,在10%H2SO4+5 g/L铝离子的电解液中进行恒电流(I=2 mA)阳极氧化,对极为同材质纯铝,工作电极面积 ∶对极面积=1 ∶1,采用CorrTest电化学测试系统(华中科技大学研制),参比电极为饱和甘汞电极(SCE),反应在室温,无搅拌条件下进行。

2 结果与讨论

2. 1 氧化电位-时间关系

铝试样在10%H2SO4+5 g/L铝离子的电解液中进行恒电流(I=0.002 A)阳极氧化的电位(vs SCE)与时间的关系曲线见图1。从图1可以看出氧化膜的生成规律和生长特点:在进行阳极氧化的前44 s左右(ab段),电位急剧上升,这时铝表面已生成一层致密无孔的氧化膜(即阻挡层),氧化电位达到最大值(b点,Eb=2.269 6 V)之后开始下降,这是铝在阳极氧化过程中生成的氧化膜与所消耗铝的体积不同而引起的体积膨胀发生内应力作用,在阻挡层上形成微孔,阻挡层电阻减小,造成氧化电位下降(bc段);氧化电位降低到最小值(c点,Ec=0.554 0 V)之后,随着氧化时间的推移,氧化电位呈现有规律的阶跃现象,并且每次阶跃电位相等,其阶跃电位ΔE=0.039 0 V(见图1)。

2.2 电流密度-时间关系

利用CorrTest电化学测试系统测试了氧化电流密度与时间的关系曲线,结果见图2。氧化电流密度与时间的关系曲线也反映出了铝阳极氧化的生长规律和特点:

图2中ab段电流密度是形成阻挡层的氧化电流密度(Ja=0.002 55 A/cm2),保持恒定;bc段是形成微孔的雏形过程,微孔部位的电阻减小,氧化电流主要从微孔内通过,反应面积减小,电流密度升高,到达c点时,微孔形成后电流密度(Jc=0.025 50 A/cm2)又保持恒定。从氧化电流密度的变化,可以计算出铝阳极氧化膜的孔隙率θ:

undefined

Sθ=0.078 43 cm2

铝阳极氧化膜的孔隙率θ为0.1,与θ约为0.1~0.4[13]相符。

2.3 阶跃电位(ΔE)现象分析

铝阳极氧化电位(vs SCE)主要由3部分组成,阻挡层电压降(Eb)、多孔层电压降(Ep)和电极与鲁金毛细管之间溶液的电压降(El)。在恒电流阳极氧化下,El保持不变,则氧化电位的阶跃ΔE只和Eb,Ep有关系,阻挡层与多孔层的等效电路见图3。

由于在稳态情况下,等效电路中电容的容抗为0,图3a的等效电路简化后(图3b),则有ΔE=ΔEb+ΔEp,由于ΔRp为Rpo与Rpl并联的增量,多孔层电阻率[14](ρpo=106~108 Ω·cm)远大于多孔层微孔中电解液的电阻率[13]( ρpl≈2 Ω·cm)。

即undefined

Δl≈1.0×10-4 cm,为多孔层的增量[13],有

ΔEp=IΔRp=0.002×2.55×10-3=5.1×10-6 V,

则阶跃电位undefined

式中 ρb——阻挡层的电阻率(ρb≈1.0×108

Ω·cm)[15]

ΔL——阻挡层的增量

undefined

=1.530×10-8 cm

阳极氧化膜的成核过程在有利的位置上进行,接着氧化物在表面上铺展,然后增加厚度[16]。铝在阳极氧化过程中,多孔层微孔内的O2-经扩散作用通过阻挡层,首先在铝试样孔隙面积(Sθ)上生成氧化膜,当生成速度大于孔底氧化膜溶解速度时,随着氧化膜阻挡层厚度在孔隙面积(Sθ)上的增加,氧化电位急剧增加,出现阶跃电位,即图4中pp’阶段。当氧化膜阻挡层生成的厚度达到ΔL=1.530×10-8 cm,氧化膜开始向铝试样孔隙面积(Sθ)以外的(1-Sθ)面积上铺展,孔隙面积(Sθ)上氧化膜阻挡层厚度保持不变,氧化电位恒定,即图4中的p’p”阶段。当(1-Sθ)面积上铺展的阻挡层厚度也达到ΔL=1.530×10-8 cm时,重新开始一个新的阶跃电位(ΔE)。随着多孔层和阻挡层厚度的增加,O2-的扩散逐渐困难,反应时间△t和△t’逐渐增加,当氧化膜的生成速度等于孔底溶解速度时,氧化电位保持恒定(见图1)。

3 结 论

篇8：铝材硬质阳极氧化工艺要求

关键词：硬质阳极氧化；氧化膜；卡具；烧损；工艺规程；尺寸保证

在现代工业生产中，铝及铝合金由于其轻量化特性得到广泛应用。为进一步拓展应用范围，铝及铝合金的阳极氧化表面处理技术不断取得进步。硬质阳极氧化是形成主要用于工程目的的硬（且通常厚）氧化铝膜层的一种电解处理方法。阳极氧化膜通常会导致零件每一表面上尺寸增加膜层厚度的50%。氧化膜的特性是耐磨损、耐腐蚀、抗热（导热系数低）、抗氧化、电绝缘等。阳极氧化是铝合金最重要的表面处理技术，在现代制造业中得到广泛应用，但相关工艺尺寸保证问题报道的不多。

在我公司新產品ZL28纤维滤棒成型机中有一种辊子零件，要求由硬质阳极氧化保证内孔尺寸。

1.存在问题

辊子零件，外圆φ33mm，长度86mm，如图1所示。其材质为7075，首批试制12件，结果氧化后有9件φ22M6内孔尺寸不合格。

2.加工工艺及原因分析

2.1 加工工艺

工艺规程为：（1）车成型；（2）硬质阳极氧化。

阳极氧化电解液成分组成为硫酸 195～220g/L、草酸 11～17g/L、丙三醇 1.5～2g/L及余量蒸馏水，阳极电流密度2.5A/dm2，氧化温度2°C±1°C。采用φ5mm铝丝自制卡具在右倒角端实施内表面装卡，具体见图2。

2.2 原因分析

卡具设计不合理：（1）无法实现内孔尺寸的在线检测，不能精确控制尺寸。生产中只能以零件外圆的氧化膜增长去推理内孔尺寸并实施去除卡具后的内孔尺寸检测，而去除卡具后，如零件尺寸不合格，因不能对应原来的装卡导电点和氧化膜的电绝缘特性而不能实施二次接续氧化；（2）卡具烧损。氧化膜具有高电阻，生产中产生的大量焦耳热往往引起铝丝卡具烧损，导致电流分配紊乱，影响氧化膜增长及尺寸控制。卡具烧损情况见图2.

针对不合格零件进行尺寸检测，结合原始尺寸记录发现， 单件2个φ22M6内孔的长膜情况不一致，右倒角端的φ22M6内孔比另一端的φ22M6内孔氧化膜厚度平均小9um。

3.工艺改进及验证

3.1工艺改进

3.1.1改进卡具：（1）将预定检测的内孔空间设置为自由空间，为应用三爪量具实施在线检测提供保证；（2）对电解液液面以下零件内孔之外的卡具局部，用塑料管和胶带实施绝缘处理，解决卡具可靠性问题。改进后的卡具装卡见图3。

3.1.2优化工艺，将内孔的氧化膜增长特性与机加工车削工艺尺寸相匹配。

鉴于原来卡具的烧损对内孔尺寸检测结果可能造成的影响，我们进行了2次试验。结果发现右倒角端的φ22M6内孔比另一端的φ22M6内孔氧化膜厚度平均小6um。所以我们将车削工艺改为：车成型，其中右倒角端?22M6尺寸车至?22（+0.030/+0.017），左端?22M6尺寸车至?22（+0.036/+0.023），保证左右两端?22M6孔工艺尺寸偏差。

3.2验证

依据优化工艺，制作6个试件进行工艺验证。氧化50分钟后对零件进行全部但有区别的内孔尺寸逐一检测，批量合格。

工艺优化后，总计生产2批次32件辊子，质量稳定合格。

4.结论

在现有确定条件下，采用内表面装卡的辊子零件，硬质阳极氧化时两端2个?22M6内孔氧化膜厚度有6um的差异，装卡端较少。为保证硬质阳极氧化工序的尺寸保证能力，制定车削工艺时，内孔尺寸必须与氧化膜增长特性相匹配。

参考文献：

[1]朱祖芳，主编.铝合金阳极氧化与表面处理技术[M].化学工业出版社， 2004， 7.

篇9：镁锂合金无铬阳极氧化工艺

镁锂合金是最轻的金属结构材料 (密度1.30～1.65 g/cm3) , 比标准镁合金轻10%～30%[1]。镁锂合金强度低, 一般采用合金化方法来提高其强度, 常用的合金化元素有Al, Zn, Mn, RE等。镁锂合金在航空航天结构零件、轻兵器、坦克、装甲车的轻量化制造中应用潜力巨大[2]。然而, 镁锂合金中锂的加入, 在降低密度、提高塑性的同时, 显著降低了抗腐蚀性能, 易被环境中的氧气、水等介质腐蚀, 这一缺点使其实际应用受到了严重限制[3]。因此, 对镁锂合金表面有效地涂镀, 提高耐腐蚀性, 是扩大其工业应用的前提。

Li J F等[4]在25 g/L K2Cr2O7、25 g/L H2SO4的电解液中通过直流氧化得到了镁锂合金的阳极氧化膜。Sharma A K等[5]研究了镁锂合金在25 g/L K2Cr2O7、25 g/L (NH4) 2SO4电解液中进行直流电黑色阳极氧化时不同操作参数对阳极氧化膜的影响, 获得了稳定的黑色阳极氧化膜。李一泓等[6]以镁锂合金为阳极, 以硅酸钠和氢氧化钠溶液为电解液, 研究了不同溶胶添加量对氧化膜层厚度及微观形貌、膜层表面成分的影响。这些研究中电解液都含有Cr (Ⅵ) , 严重污染了环境。为此, 本工作使用无铬环保型电解液, 对镁锂合金进行阳极氧化, 研究了电解液中NaOH浓度、电流密度和成膜时间对阳极氧化膜形貌及耐腐蚀性的影响。

1 试 验

1.1 试样前处理

试验材料:Mg - 8.5Li - 3.2Al - 1.2Y - 1.2Ce镁锂合金, 尺寸为ϕ 17 mm×5 mm的圆柱体。

氧化成膜前处理:镁锂合金试片经过水性砂纸320, 600, 2 000号依次打磨→蒸馏水冲洗→碱液 (50 g/L氢氧化钠, 10 g/L磷酸钠) (60±5) ℃ 除油5 min→热水冲洗→冷水冲洗→酸液 (195 mL/L冰乙酸, 40 g/L硝酸钠) 室温下洗涤10 s→蒸馏水冲洗。

1.2 阳极氧化膜的制备

1.2.1 电解液的组成

50 g/L NaOH, 40 g/L Na2SiO3·9H2O, 20 g/L Na2B4O7·10H2O, 40 g/L C6H5Na3O7·2H2O。

1.2.2 装备及条件

采用扬州艾科特华泰直流稳压电源, 最大输出电压和最大输出电流分别为300 V 和10 A。采用恒流模式在室温条件下进行阳极氧化处理, 以2 mm×2 mm的不锈钢板作为阴极, 镁锂合金试片作为阳极。将前处理好的试片放进电解液中, 以电流密度20～50 A/cm2阳极氧化5～30 min, 处理后的试片经蒸馏水冲洗后热风吹干。

1.3 测试方法

利用JSM - 6480型扫描电子显微镜分析氧化膜形貌, 加速电压为20 kV。用CHI660B电化学工作站测量电化学阻抗谱和极化曲线及氧化膜腐蚀行为。采用三电极体系进行电化学测试:辅助电极为1 cm2 铂片, 参比电极为饱和甘汞电极 (SCE) , 腐蚀介质为3.5% (质量分数) NaCl溶液。测量前, 试样先于NaCl 溶液中静置10 min至稳态后测试, 以硝酸和高锰酸钾的混合溶液按HB 5061277 标准检验镁锂合金阳极氧化膜的耐腐蚀性;以液滴由红色变为无色的时间来衡量膜层耐腐蚀的性能, 点滴时间越长, 膜层耐腐蚀性越好。

2 结果与讨论

2.1 电流密度对阳极氧化膜腐蚀行为的影响

保持电解液pH值为12, 温度控制在室温, 改变电流密度, 考察电流密度对氧化膜耐腐蚀性的影响。

极化曲线测试结果见图1, 电化学性能参数见表1。由表1可知, a, b, c, d腐蚀电位依次降低, 腐蚀电流密度依次增大, 极化电阻逐渐减小。电流密度为10 mA/cm2 时, 氧化膜具有最高的腐蚀电位-0.829 V, 最小的腐蚀电流密度为5.131×10-6 A/cm2, 最大的极化电阻为9 010.5 Ω·cm2, 耐腐蚀性最好。

电化学阻抗谱模拟分析结果见图2。由图2可见, 阻抗谱由高频区的容抗弧组成[7], 当电流密度为10 mA/cm2 时膜有最大的容抗弧半径, 耐腐蚀性能最好。

试验过程中发现随着电流密度的逐渐增大, 合金表面产生火花放电的时间逐渐变短。这是由于反应过程中驱动力增大, 提供等量的电量所需时间缩短[8]。研究表明, 氧化膜的生长是新膜形成和旧膜破坏同时进行的。高电流密度下氧化反应速度快, 剧烈反应释放的气体物质导致膜层产生孔洞, 反应过程产生的热量增多, 新膜生成和旧膜溶解速度加快。因此, 最终获得的氧化膜的均匀性差、耐腐蚀性能低下。另一方面, 电流密度过大, 单脉冲放电能量太大, 导致放电通道冷却凝固后留下的微孔孔径增大, 反应释放的热量影响膜层的内应力, 使阳极氧化膜外面的疏松层裂纹增大, 从而使氧化膜的耐腐蚀性下降[9]。过高的电流密度还能使试样表面局部出现坑蚀破损, 降低了氧化膜对基体的保护作用。因此, 确定的最佳电流密度为10 mA/cm2。

为了得到性能优异的阳极氧化膜, 使用分级式电流控制方式[9]。一般在反应前期使用较大的电流密度, 使基体表面快速形成氧化膜, 缩短氧化时间。而在反应结束时, 使用较小的电流密度, 使单脉冲放电能量小, 降低氧化膜的孔隙率以提高其耐腐蚀性。

2.2 阳极氧化时间对膜腐蚀行为的影响

选定电流密度为10 mA/cm2, 阳极氧化时间分别设定为5, 10, 20, 30 min, 对镁锂合金进行阳极氧化, 并对所得试样进行EIS和极化曲线测试, 考察氧化时间对氧化膜耐腐蚀性能的影响。

不同氧化时间条件下获得的阳极氧化膜的极化曲线见图3。曲线的参数值见表2。由表2可知, 时间为20 min时氧化膜有最高的腐蚀电位-1.192 V, 最小的腐蚀电流密度5.294×10-6 A/cm2, 最大的极化电阻4 183.7 Ω·cm2。应用Zsimpwin模拟软件模拟后的电化学阻抗谱见图4。由图4可知, 当氧化时间为20 min时, 有最大的容抗弧半径。因此, 最佳氧化成膜时间为20 min。在5～20 min内, 随着氧化时间的增加, 氧化膜的耐腐蚀性逐渐增强, 但到30 min时, 氧化膜的耐腐蚀性有所下降。这表明氧化膜的耐腐蚀性并不是一直随着成膜时间的延长而增加, 过长的氧化处理时间反而降低了氧化膜的耐腐蚀性。

阳极氧化过程中, 在电源接通的十几秒内, 电极两端的电压迅速升高。当达到膜层的击穿电压时合金表面产生电火花, 整个试验过程中火花放电大约持续20 min, 连续放电大致为十几分钟, 剩下的几分钟为间歇性火花放电, 超过20 min后试片上没有火花出现, 只有气体不断冒出。火花放电是阳极电压高于电极表面已有膜层击穿电压的结果, 这种现象首先发生在膜层的薄弱部位, 即耐电击穿能力差的部位。由于金属表面存在固有的电学、化学和电化学的不均性, 因此, 在阳极氧化进行的整个阶段, 金属表面不同部位膜层的生长总是不均衡进行[10]。在阳极氧化开始阶段, 即氧化时间为5 min时产生细小分散电火花, 在膜层的薄弱部分得到的阳极氧化膜层较薄;而随着阳极氧化时间延长到10 min, 电火花逐渐增大, 集中扫过的区域膜层的厚度不断增加, 对基体的保护增强;当达到20 min时, 膜层对基体金属表面的覆盖区域以及前后膜层的重叠区域不断扩大, 膜层的生长同时在纵横两个方向进行[10], 当膜层将整个基体金属表面完全覆盖后, 新膜就在旧膜的表面不断堆积, 使得膜层不断长厚, 其耐腐蚀性提高。更长的氧化时间 (30 min) 会使新生成的外层氧化膜溶解, 反应释放的气体使膜层孔洞增多、变大, 反应放出的热量会使膜层出现裂纹及试样表面出现更多物质的熔融, 氧化膜的均匀性和耐腐蚀性能下降。

2.3 电解液中NaOH浓度对氧化膜耐腐蚀性的影响

在最佳电流密度为10 mA/cm2、最佳成膜时间为20 min下, 电解液中其他3种物质组成不变, 只改变NaOH的浓度, 从而确定最佳的电解液浓度组成。当NaOH浓度超过50 g/L或低于30 g/L时, 相同条件下很难发生火花放电现象, 即没有氧化膜的生成。NaOH浓度为50, 40, 30 g/L时的结果见图5中a, b, c。由图5可知, 曲线a的氧化膜有相对较高的腐蚀电位, 这与发生阳极氧化的成膜机理密切相关, 当溶液中的OH-浓度增加时, 阳极反应中会电离出更多的O与Mg生成MgO2沉积物, 从而增加膜的厚度和耐腐蚀性能。因此, 将其确定为最佳氧化膜极化曲线;曲线d为基体的极化曲线, 从曲线d到曲线a, 腐蚀电位大幅度增加, 腐蚀电流密度明显降低, 阳极氧化膜极大地提高了镁锂合金基体的耐腐蚀性。

在最佳电流密度10 mA/cm2, 最佳成膜时间20 min条件下, NaOH浓度分别为30, 40, 50 g/L的电解液中获得的氧化膜的表面形貌见图6。图6a的阳极氧化膜粗糙、多孔, 图6b的氧化膜虽然存在孔洞但相对致密, 而图6c的氧化膜完全均匀地覆盖整个基体表面。不规则多孔膜层的形成是因为火花放电过程中引发合金表面已有氧化膜层熔融, 同时又有溶液中电解质与合金反应向电极表面沉积所致, 而且氧化过程中合金表面不断有气体析出。当NaOH浓度为30 g/L, 电压为50 V时就开始有电火花产生, 刚开始火花细小, 但随着氧化时间的增加, 电压逐渐升高, 电火花也更加集中且剧烈;随着NaOH浓度的增加, 开始放电的电压有所增加, 当NaOH浓度为50 g/L, 电压达55V时产生电火花, 试样表面出现明显的亮白色游离火花, 电压到60 V以后, 电火花逐渐增多, 变得很剧烈。由于击穿电压有所上升, 火花大小集中程度存在区别, 膜层结构发生变化, 由原来多孔层结构变成均匀致密, 膜的耐腐蚀性得到较大提高。

表3为不同NaOH浓度获得的阳极氧化膜的点滴试验测试的变色时间, NaOH浓度为50 g/L时氧化膜的耐腐蚀性最好, 变色时间最长达3 206 s。

2.4 阳极氧化膜的封孔处理

封孔处理是进一步提高镁锂合金阳极氧化膜耐腐蚀性的有效方法。硅酸盐封孔是一种广泛应用的封孔工艺, 采用50 g/L硅酸钠溶液, 90 ℃, 浸渍处理15 min封孔。

图7是氧化膜封孔处理前后的表面形貌。由图7可知, 未封孔处理的氧化膜, 表面存在大小不一的孔洞;经硅酸钠溶液封孔处理后, 氧化膜没有大孔洞, 膜层更加均匀致密, 从而有效地阻止了腐蚀介质, 耐腐蚀性能得到提高。

封孔处理前后的氧化膜极化曲线见图8, 表4为相应的电化学参数。由表4可知, 经封孔处理的氧化膜, 腐蚀电流密度从1.294×10-4 A/cm2降低到7.446×10-6 A/cm2, 耐腐蚀性得到很大提高。其原因是封孔处理生成的新物质填充了氧化膜表面的孔洞, 使膜层更加致密均匀。硅酸盐封孔的最大优点是工艺简单, 容易操作, 且对环境无危害、无污染, 符合绿色环保要求。

3 结 论

(1) Mg - 8.5Li - 3.2Al - 1.2Y - 1.2Ce合金在无铬环保型碱性电解液中获得了均匀致密, 具有一定耐腐蚀性的白色阳极氧化膜。最佳成膜工艺:50 g/L NaOH, 40 g/L Na2SiO3·9H2O, 20 g/L Na2B4O7·10H2O, 40 g/L C6H5Na3O7·2H2O, 电流密度10 mA/cm2, 氧化时间20 min。最佳工艺条件下获得的氧化膜使合金基体耐腐蚀性能得到了显著提高。

(2) 镁锂合金阳极氧化过程伴有明显的火花放电现象。火花放电导致膜层不断被击穿, 膜层不断增厚。放电产生的瞬间高温使膜层与溶液界面产生大量的热量, 有利于氧化物和其他物质的沉积, 膜层增厚, 耐腐蚀性能提高。封孔处理后氧化膜的孔径明显减小, 合金的耐腐蚀性能得到进一步的提高。

参考文献

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[3]张华, 姚广春, 王淑兰.镁锂合金无铬转化膜的制备工艺研究[J].特种铸造及有色合金, 2007, 27 (12) :917~919.

[4]Li J F, Zheng Z Q, Li S C.Preparation and galvanic ano-dizing of a Mg-Li alloy[J].Materials Science and Engi-neering, 2006, (433) :233~240.

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篇10：车门外铝饰条的阳极氧化工艺

关键词：阳极氧化,车门铝饰条,腐蚀,裂纹

铝合金具有密度小、易于成型和耐腐蚀等特点,广泛用于一汽-大众各种车型的车门外铝饰条。铝合金可以在空气中形成天然Al2O3保护膜,但致密性差,因此抗腐蚀能力、硬度和耐磨性均不佳。为此,需要对铝合金进行适当阳极氧化[1]处理,以增强其防腐蚀能力和耐磨性。

1 铝合金阳极氧化膜的结构

铝合金阳极氧化是包括一系列化学反应、电化学反应和物理化学反应的复杂过程,而且这些过程又相互影响。Sehog和Migata认为铝合金阳极氧化膜(图1)由2层组成:与铝合金紧密结合的是薄而致密的Al2O3阻挡层,该层外面是垂直于铝合金表面生长的Al2O3多孔层,阻挡层的厚度大约只有膜层总厚度的0.5%~2%[2]。

2 车门外铝饰条的加工工艺

车门外铝饰条(图2)通常是由亮条、骨架和橡胶堵盖几部分组装而成。其中亮条的生产包括铝型材挤出、机械加工、时效、抛光和阳极氧化等工艺过程。图3为一汽-大众某车型车门外铝饰条的生产工艺流程。

阳极氧化工艺流程主要包括脱脂、电抛光、出光、阳极氧化和后处理(封闭或喷涂无机粉末)等几道工序。由于多孔性阳极氧化膜容易吸收水分和腐蚀性介质,进而削弱阳极氧化膜对铝基体的保护作用,因此阳极氧化后需要对氧化膜进行后处理。车门外铝饰条阳极氧化的后处理工艺主要有封闭法和无机喷涂法。封闭法是对多孔性阳极氧化膜进行常温镍封和高温水合封闭处理;无机喷涂法是在多孔性阳极氧化膜表面喷涂无机粉末(主要成分是Si O2)。图4是进行封闭处理的铝饰条剖面结构,图5是喷涂无机粉末的铝饰条剖面结构。

3 氧化封闭工艺铝饰条的常见缺陷

3.1 腐蚀问题

铝饰条经阳极氧化和封闭处理后,耐腐蚀性能大大提高。但在腐蚀性很强的环境中,侵蚀性阴离子(如Cl-、O2-)及水分子等仍能透过氧化膜并造成小孔腐蚀或其他类型的腐蚀。

经阳极氧化+封闭处理的铝饰条主要会发生3种形式的腐蚀:外力刮擦腐蚀、Na Cl环境腐蚀和碱溶液腐蚀。宏观上,被腐蚀的铝饰条表面会出现划痕或者白色印记,影响了铝饰条的装饰性和美观性;微观上,腐蚀的发生破坏了氧化膜的微观结构,削弱了氧化膜对铝基体的保护。

3.1.1 外力刮擦腐蚀

铝饰条在使用过程中受到外力刮擦时,阳极氧化膜容易被破坏,从而削弱了对铝基体的保护作用。图6为被刮擦、腐蚀的铝饰条,宏观腐蚀痕迹呈平直态;微观形貌可以观察到明显的刮擦痕迹,并且腐蚀是沿刮擦痕迹发生扩展(图7)。

3.1.2 Na Cl 环境腐蚀

根据Gouy-Chapman分散层理论,在中性溶液中Cl-离子容易在膜孔中吸附,通过多孔层后与阻挡层的氧化膜发生作用,使氧化膜发生点蚀 [3]。图8为经过480 h中性盐雾试验后的铝饰条,图9为铝饰条经中性盐雾后发生点蚀的显微图片。

3.1.3 碱溶液腐蚀

铝饰条阳极氧化膜的主要成分Al2O3为两性氧化物,在强碱性环境中,会与OH-发生化学反应,反应方程式如下。

图10和图11分别为铝饰条与强碱反应后的宏观形貌和微观形貌。从中看到,铝饰条与强碱反应后形成宏观白色印记;从微观形貌观察,碱腐蚀区域的颜色与正常区域颜色相比发生了变化。

图12为封闭铝饰条和无机喷涂铝饰条耐碱性的对比结果(p H=13.5,t=10 min)。从图中看出,封闭法铝饰条生成白色印记,无机喷涂法铝饰条表面没有变化。这是因为无机喷涂铝饰条表面有Si O2无机粉末保护层,性质稳定,不与碱性溶液发生反应。

3.2 裂纹问题

美国亚利桑那试验场大气曝晒试验和批量耐热性检验(100℃,1 h)均发现封闭铝饰条存在裂纹问题,裂纹宏观形态如图13所示,剖面显微形貌如图14所示。两种情况的裂纹形态一致。宏观上,铝饰条表面产生的裂纹影响了装饰性和美观性;微观上,裂纹贯穿阳极氧化膜,削弱了氧化膜对铝基体的保护。

阳极氧化膜在日光曝晒下产生裂纹机理如下。

a.在封闭效果较好的情况下,常温封孔的主要反应产物(镍的沉淀物)、阳极氧化膜和铝合金基材三者的热膨胀系数不一致,在日光照射下,氧化膜容易受热破裂。

b.含有水分的封闭填充物在日光照射下容易脱水涨破膜孔。

封闭质量越好,膜越厚,越容易产生裂纹。因此,在满足氧化膜厚度(5~10μm)要求的前提下,适当控制氧化膜的厚度可以降低氧化膜的破裂倾向[4]。对某车型氧化膜厚度区间为5~10μm的封闭法车门外铝饰条进行耐热性检验(耐热性技术要求为100℃、1 h),结果表明,厚度为8~10μm的氧化膜存在开裂现象,厚度为5~7μm的氧化膜耐热性良好,没有发现裂纹产生。另外又对厚度为5~7μm的铝饰条进行防腐性能检验(中性盐雾试验和耐碱性试验),均符合标准要求。

无机喷涂法铝饰条是在多孔性氧化膜表面干法喷涂Si O2粉末,避免了受热后封闭填充物由于脱水涨破膜孔。因此对于相同厚度的铝饰条,无机喷涂法的耐热性能优于封闭法,无机喷涂法铝饰条的耐热性技术要求为160℃、24 h不出现裂纹。

4 结论

a.阳极氧化处理可以改善车门外铝饰条的耐腐蚀性和耐磨性。

b.封闭法铝饰条在大气曝晒和批量耐热性检验中容易出现裂纹缺陷,在满足耐腐蚀性检验的前提下,适当降低氧化膜厚度可以降低氧化膜的开裂风险。

c.无机喷涂法铝饰条较封闭法铝饰条有较好的耐热性和较强的耐碱性。由于无机喷涂法是一种新型的处理工艺,腐蚀形式有待于进一步研究。

参考文献

[1]崔昌军,彭乔.铝及铝合金的阳极氧化研究综述[J],全面腐蚀控制,Vol.16,2002(6):12.

[2]朱绪飞.多空阳极氧化铝形成机理的研究[D].南京:南京理工大学材料学专业,2007.

[3]赵鹏辉.阳极氧化膜腐蚀行为的研究[D].北京:北京化工大学材料学专业,2001.