鋁材硬質陽極氧化工藝要求
鋁材硬質陽極氧化工藝要求
1 硬質陽極氧化法工藝要求
為了得到質量較好的硬質陽極氧化膜，并能保證零件所需要尺寸，必須按下列要求來進行加工。
1.1 銳角倒圓
被加工零件不允許有銳角、毛刺以及其它各種尖銳的有棱角的地方因為硬質氧化，一般陽極氧化時間均是很長的，而且氧化過程（A1+O2→A12O3+ Q ）本身就是一個放熱反應。又由于一般零件棱角的地方往往又是電流較為集中的部位所以這些部位最易引起零件的局部過熱，使零件被燒傷。因此鋁和鋁合金所有棱角均應進行倒角處理，并且倒角y圓半徑不應小于0.5毫米。
1.2 表面光潔度
硬質陽極氧化后，零件表面的光潔度是有所改變的，對于較粗糙的表面來說，經(jīng)此處理后可以顯得比原來平整一些，而對于原始光潔度較高的零件來說，往往經(jīng)過此種處理后，顯示的表面光潔光亮度反而有所降低，降低的幅度在1～2級左右。
1.3 零件尺寸的余量
因硬質氧化膜的厚度較高，所以如需要進一步加工的鋁零件或以后需要裝配的零件，應事先留有一定的加工余量，及指定裝夾部位。
因硬質陽極氧化時，要改變零件尺寸，故在機械加工時，要事先預測，氧化膜的可能厚度和尺寸公差，而后在確定陽極氧化前的零件實際尺寸，以便處理后，符合規(guī)定的公差范圍。 一般來說，零件增加的尺寸大致為生成氧化膜厚度的一半左右。
1.4 專用夾具
因硬質陽極氧化的`零件在氧化過程中，要承受很高的電壓和較高的電流，一定要使夾具和零件能保持極良好的接觸，否則將因接觸不良而造成擊穿或燒傷零件接觸部位的毛病。所以要求對不同形狀的零件，以及零件氧化后的具體要求來設計和制造專用夾具。
2 硫酸法硬質陽極氧化的電解液配方及操作規(guī)范
2.1 工藝配方
表 1 硫酸硬質工藝配方
表2 常見的處理槽液
2.2 操作方法
1) 首先打開降溫設備，將電解液溫度降低到工藝所規(guī)定的溫度范圍內，陰極掛鉛版，
然后把裝掛好的零件放置在陽極導電杠上卡緊，零件與零件之間，零件與陰極之間一定要保持較大的距離，絕對不能接觸。打開壓縮空氣電解液攪拌（注意：壓縮空氣一定要進行油水分離處理）。
2) 送以直流電源，開始的電流密度一般為0.5A/dm2,在25分內分5～8次逐步升高到
2.5 -3.5A/dm2。以后保持電流密度, 均每隔5分鐘調查一次電流，開始電壓為8～12V，最終電壓可根據(jù)膜層的厚度和材料不同而定。
3) 在硬質陽極氧化過程中，須經(jīng)常注意電壓和電流表，如發(fā)現(xiàn)有電流突然增加，電壓
下降的現(xiàn)象，這說明零件膜層局部已溶解，應立即關閉電源，檢查并取出溶解的零件，其它零件可繼續(xù)進行氧化處理，電流可一次給足。
2.3 各種因素對氧化膜硬度和生長速度的影響
鋁和鋁合金表面上能否生成優(yōu)質的硬質氧化膜層，主要取決于電解液的成份濃度，溫度，電流密度，及其原材料的成分。
2.3.1 電解液的濃度
采用硫酸電解液進行硬質陽極氧化時，一般在10％～30％濃度范圍內，濃度低時，氧化膜硬度高，特別是純鋁比較明顯，但對銅含量較高的鋁合金（CY12）例外。因為含銅量較高的鋁合金易生成CuAl2的化合物，這種化合物在氧化時溶解速度較快，極易燒毀鋁零件。所以一般不適合用低濃度的硫酸電解液，必須在高濃度（H2SO4在 300～400g/L）中進行氧化處理或采用交直流電疊加法處理。
2.3.2 溫度對膜層的影響
電解液溫度對氧化膜的耐磨性影響極大，一般來說，如果溫度下降，那么鋁和鋁合金的陽極氧化膜耐磨性能就增高，這是由于電解液對于膜的溶解速度下降所造成的，為了獲得較高硬度的氧化膜。我們要掌握溫度在±2℃范圍內進行硬質陽極氧化處理為好。
3 硬質陽極氧化的掛具設計及設備條件
3.1 硬質陽極氧化掛具
硬質陽極氧化掛具和夾具應具有足夠的機械強度和剛度，以免制件在攪拌電解液時，被急流的溶液沖下來。此外，掛具應有良好的接觸導電性能，重量要輕，堅固耐用，裝卸制件方便，裝載量和零件布局應有適當?shù)囊蟆Ｓ操|陽極氧化掛具常用的有兩種類型：一種是具有壓緊螺釘?shù)膴A具，另一種是用螺栓連接夾板或夾具。其中所有與制件的觸點，均由鋁、鋁鎂合金和鋁硅鎂合金制成，除了制件接觸部位有導電要求外，其它部位都要與掛具絕緣處理，使其成為非導體，這樣可使陽極氧化過程都集中在制件上，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約掛具的金屬材料以及電能消耗。
3.2 硬質氧化溶液的發(fā)熱和氧化膜再溶解問題
在氧化時工作表面通過較大電流，因氧化膜具有很大電阻，熱量大部分集中在氧化膜部位上。發(fā)熱量可用下列公式計算：
焦耳熱Q1=0.864×電壓×電流（千卡/小時） 氧化液發(fā)熱量Q2=2.334×電流（千卡/小時） 陽熱氧化反應熱 2Al+3[O]→Al2O3+375800卡 總發(fā)熱量Q=(Q1+Q2)×1.1（千卡/小時）
根據(jù)上式可設計冷卻用冷凍設備，硬質氧化發(fā)熱量必須迅速交換掉，如不及時冷卻，生成氧化膜不僅僅是化學溶解，而且也由于加入電場發(fā)生電化學溶解。這樣，就嚴重影響了膜層的表面光潔度，同時也使得厚度降低。因此，必須要有強制性冷卻措施，使電解液保持低溫，才能獲得較大硬度的氧化膜。
3.3 硬質陽極氧化電器設備
硫酸硬膜直流法陽極氧化工藝只需要直流發(fā)電機或整流器，其中使用整流器效率較高，并要求設置恒電流控制，在膜生長時要設置電壓上升的自動裝置。
4 硬度氧化質量檢驗
4.1 外觀
由于鋁材的不同和工藝不同，氧化膜外觀的顏色也不一樣，膜層由褐色，深褐色，灰色到黑色；電解液溫度愈低，氧化膜愈厚。不允許有燒焦或易攪拌的疏松膜層，也不允許因局部受熱使氧化腐蝕的光亮斑點和邊緣角部分膜層脫落的現(xiàn)象存在。整個零件表面，除夾具影響外，局部表面不得有無氧化膜的地方，允許包鋁板全件氧化膜出現(xiàn)小裂紋。
4.2 氧化膜厚度測試
皮膜厚度使用平均值，以防止合金導致的厚度不均。硬質氧化的國外規(guī)格：標準50?，誤差±10?。膜厚制定為100?時，誤差范圍不變。從零件或試件正切取橫向試片在全相顯微鏡下測定厚度，也可用渦流測厚儀直接測出氧化膜厚度。
4.3 硬度測定
從皮膜用途來看，硬質皮膜最重要的就是耐磨性，也就是耐磨性。硬質皮膜是素材被氧化為氧化膜形成的，因此硬度受合金種類、電解液、處理條件影響較大。人們根據(jù)合金種類研究了各種處理方法，以提高皮膜的性能，各材質皮膜硬度幾乎是固定的。
在陽極氧化處理工藝中，不溶解的元素：硅、鉛；溶解但以氧化物或其他不溶性化合物存在的元素：鎂、鋅；溶解性強，不會在皮膜中以安定化合物存在的元素：銅、鎳等添加成分的影響會殘留在氧化皮膜中。
正常情況下規(guī)定硬質皮膜的硬度進行斷面測定。素材硬度越高，表面硬度越低。皮膜越厚，此差越大。因此測量要在皮膜中央進行。顯微硬度可以用顯微硬度計在橫向上測出，不應低于300kg/mm2.。
5 硬質陽極氧化常見故障原因及其排除方法（見表3）
表 3
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