铝硬质阳极氧化法工艺详尽

作者: ‖ 时间:2018/10/24 ‖ 来源: ‖ 点击:415

 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。

 

1.1 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+O2A12O3+ )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。

 

1.2 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级左右。

 

1.3 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。

 

1.4 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。

 

硫酸法硬质阳极氧化的电解液配方及操作规范

 

2.1 工艺配方(见表1

 

名称

配方1

配方2

配方3

硫酸D=1.84(gL)

200300

15%

10%

槽端电压V

4090V

2560V

40120V

温度 摄氏度

-80

0

-50

时间 分钟

40-100

40-100

40-100

搅拌

需空气搅拌

需空气搅拌

需空气搅拌

 

(表2)常见的处理槽液

 

处理方法

电解液主成分

电源电压V

电流密度A/dm2

浴温度

参考

硫酸浴

硫酸18

DC 0-60

3.5

0

标准

硫酸草酸浴

硫酸15%草酸1

DC 25-100

1.5-3.5

0-10

 

硫酸浴交直法

硫酸25

DC 0-80

AC0-60

2-4

1-3

0-5

2000系等

草酸浴交直法

草酸5-10

DC 30-60

AC 40-60

2-3

1-2

15-20

 

 2.2 操作方法

 

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 气一定要进行油水分离处理)。

 

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次逐步升高到 2.5 -3.5A/dm 。以后保持电流密度,均每隔分钟调查一次电流,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。

 

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。

 

2.3 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。

 

2.3.1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 300400g/L)中进行氧化处理或采用交直流电叠加法处理。

 

2.3.2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摄氏度范围内进行硬质阳极氧化处理为好。

 

硬质阳极氧化的挂具设计及设备条件

 

3.1 硬质阳极氧化挂具硬质阳极氧化挂具和夹具应具有足够的机械强度和刚度,以免制件在搅拌电解液时,被 急流的溶液冲下来。此外,挂具应有良好的接触导电性能,重量要轻,坚固耐用,装卸制件 方便,装载量和零件布局应有适当的要求。硬质阳极氧化挂具常用的有两种类型:一种是具 有压紧螺钉的夹具,另一种是用螺栓连接夹板或夹具。其中所有与制件的触点,均由铝、铝 镁合金和铝硅镁合金制成,除了制件接触部位有导电要求外,其它部位都要与挂具绝缘处理, 使其成为非导体,这样可使阳极氧化过程都集中在制件上,提高生产效率,节约挂具的金属 材料以及电能消耗。

 

3.2 硬质氧化溶液的发热和氧化膜再溶解问题

 

在氧化时工作表面通过较大电流,因氧化膜具有很大电阻,热量大部分集中在氧化膜部位上。发热量可用下列公式计算:

 

焦耳热Q1=0.864电压电流(千卡/小时)

 

氧化液发热量Q2=2.334电流(千卡/小时)

 

阳热氧化反应热2Al+3[O]Al2O3+375800

 

总发热量Q=(Q1+Q2)1.1(千卡/小时)

 

根据上式可设计冷却用冷冻设备,硬质氧化发热量必须迅速交换掉,如不及时冷却,生成氧化膜不仅仅是化学溶解,而且也由于加入电场发生电化学溶解。这样,就严重影响了膜 层的表面光洁度,同时也使得厚度降低。因此,必须要有强制性冷却措施,使电解液保持低 温,才能获得较大硬度的氧化膜。

 

3.3 硬质阳极氧化电器设备

 

硫酸硬膜直流法阳极氧化工艺只需要直流发电机或整流器,其中使用整流器效率较高,并要求设置恒电流控制,在膜生长时要设置电压上升的自动装置。

 

4硬度氧化质量检验

 

4.1 外观

 

由于铝材的不同和工艺不同,氧化膜外观的颜色也不一样,膜层由褐色,深褐色,灰色到黑色;电解液温度愈低,氧化膜愈厚。不允许有烧焦或易搅拌的疏松膜层,也不允许因局 部受热使氧化腐蚀的光亮斑点和边缘角部分膜层脱落的现象存在。整个零件表面,除夹具影 响外,局部表面不得有无氧化膜的地方,允许包铝板全件氧化膜出现小裂纹。

 

4.2 氧化膜厚度测试

 

皮膜厚度使用平均值,以防止合金导致的厚度不均。硬质氧化的国外规格:标准50 误差10。膜厚制定为100 时,误差范围不变。从零件或试件正切取横向试片在全相显 微镜下测定厚度,也可用涡流测厚仪直接测出氧化膜厚度。

 

4.3 硬度测定

 

从皮膜用途来看,硬质皮膜最重要的就是耐磨性,也就是耐磨性。硬质皮膜是素材被氧化为氧化膜形成的,因此硬度受合金种类、电解液、处理条件影响较大。人们根据合金种类 研究了各种处理方法,以提高皮膜的性能,各材质皮膜硬度几乎是固定的。

 

在阳极氧化处理工艺中,不溶解的元素:硅、铅;溶解但以氧化物或其他不溶性化合物存在的元素:镁、锌;溶解性强,不会在皮膜中以安定化合物存在的元素:铜、镍等添加成 分的影响会残留在氧化皮膜中。

 

正常情况下规定硬质皮膜的硬度进行断面测定。素材硬度越高,表面硬度越低。皮膜越厚,此差越大。因此测量要在皮膜中央进行。显微硬度可以用显微硬度计在横向上测出,不 应低于300kg/mm

 

硬质阳极氧化常见故障原因及其排除方法(见表三)

 

故障现象

故障原因

排除方法

 

氧化膜厚度不够

a.氧化时间太短

b.电流密度太低

c.氧化面积计算不正确

1.增加氧化时间

2.加大电流密度

3.正确计算零件面积

 

氧化膜硬度不够

1.溶液温度太高

2.电流密度太大

3.厚度太厚

1.降低氧化槽液温度

2.降低电流密度

3.缩短氧化时间

 

氧化膜击穿或烧坏工件

1.合金中含铜过高

2.零件散热不高

3.零件与挂具接触不良

1.更换铝材

2.加强电解液搅拌

3.改善接触,增加导电性