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硬質(zhì)陽極氧化原理,硬質(zhì)氧化工藝要求
硬質(zhì)陽極氧化原理，硬質(zhì)氧化工藝要求
硬質(zhì)氧化全稱硬質(zhì)陽極氧化處理。 鋁合金的硬質(zhì)陽極氧化處理主要用于工程或軍事目的，它既適用于變形鋁合金，也可能用于壓鑄造合金零件部件。硬質(zhì)陽極氧化膜一般要求厚度為25-150um，大部分硬質(zhì)陽極氧化膜的厚度為50-80um，膜厚小于25um的硬質(zhì)陽極氧化膜，用于齒鍵和螺線等使用場合的零部件，耐磨或絕緣用的陽極氧化膜厚度約為50um，在某些特殊工藝條件下，要求生產(chǎn)厚度為125um以上的硬質(zhì)陽極氧化膜，但是必須注意陽極氧化膜越厚，其外層的顯微硬度可以越低，膜層表面的粗糙度增加。硬質(zhì)陽極氧化的槽液，一般是硫酸溶液以及硫酸添加有機(jī)酸，如草酸、氨基磺酸等。另外，可通過降低陽極氧化溫度或降低硫酸濃度來實(shí)現(xiàn)硬質(zhì)陽極氧化處理。對于銅含量大于5%或硅含量大于8%的變形鋁合金，或者高硅的壓鑄造鋁合金，也許還應(yīng)考慮增加一些陽極氧化的特殊措施。例如：對于2XXX系鋁合金，為了避免鋁合金在陽極氧化過程中被燒損，可采用385g/L的硫酸加上15g/L草酸作為電解槽液，電流密度也應(yīng)該提高到2。5A/dm以上。
硬質(zhì)陽極氧化電解方法很多，例如：硫酸、草酸、丙二醇、磺基水楊酸及其它的無機(jī)鹽和有機(jī)酸等。所用電源可分為直流、交流，交直流疊加，脈沖及疊加脈沖電源等幾種，目前廣泛應(yīng)用的有下列幾種硬質(zhì)陽極氧化。
（1）硫酸硬質(zhì)陽極氧化法；
（2）草酸硬質(zhì)陽極氧化法。
（3）混酸型硬質(zhì)陽極氧化
其中，硫酸法是目前得到較廣泛應(yīng)用的一種硬質(zhì)氧化法。
硬質(zhì)陽極氧化原理
單純硫酸型鋁合金硬質(zhì)陽極氧化原理和普通陽極氧化沒有本質(zhì)區(qū)別，如果是混酸型硬質(zhì)氧化則存在一些附反應(yīng)。反應(yīng)本質(zhì)
1 陰極反應(yīng)：
4H2+4e=2H2↑
2 陽極反應(yīng)：
4OH－－4e=2H2O+2O↑
3 鋁氧化：陽極上析出的氧呈原子狀態(tài),比分子狀態(tài)的氧更為活潑，更易與鋁起反應(yīng)： 2A1+3O→A12O3
4 氧化于陽極膜溶解的動平衡： 氧化膜隨著通電時(shí)間的增加，電流增大而促使氧化膜增厚。與此同時(shí)，由于（Al2O3）的化學(xué)性質(zhì)有兩重性，即它在酸性溶液中呈堿性氧化物，在堿性溶液中呈酸性氧化物。無疑在硫酸溶液中氧化膜液發(fā)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，當(dāng)溶解速度與生成速度相等時(shí)，氧化膜不再增厚。當(dāng)氧化速度過分大于溶解速度時(shí)，鋁和鋁合金制件表面易生成帶粉狀的氧化膜。 硬質(zhì)陽極氧化法工藝要求
為了得到質(zhì)量較好的硬質(zhì)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(jìn)行加工。
2.1 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?yàn)橛操|(zhì)氧化，一般陽極氧化時(shí)間均是很長的，而且氧化過程（A1+O2→A12O3+ Q ）本身就是一個(gè)放熱反應(yīng)。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(yīng)進(jìn)行倒角處理，并且倒角y圓半徑不
應(yīng)小于0.5毫米。
2.2 表面光潔度
硬質(zhì)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。
2.3 零件尺寸的余量
因硬質(zhì)氧化膜的厚度較高，所以如需要進(jìn)一步加工的鋁零件或以后需要裝配的零件，應(yīng)事先留有一定的加工余量，及指定裝夾部位。
因硬質(zhì)陽極氧化時(shí)，要改變零件尺寸，故在機(jī)械加工時(shí)，要事先預(yù)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(shí)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。
2.4 專用夾具
因硬質(zhì)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(shè)計(jì)和制造專用夾具。
2.5 局部保護(hù)
如在同一個(gè)零件上，既有普通陽極氧化又要有硬質(zhì)陽極氧化的部位因根據(jù)零件的光潔度和精密度來安排具體工序。通常首先進(jìn)行普通的陽極氧化，在進(jìn)行硬質(zhì)陽極氧化，把不需要進(jìn)行硬質(zhì)陽極氧化的表面加以絕緣，絕緣的方法有用噴槍或毛刷，將以配制好硝基膠或過氫乙烯膠涂抹于不需要處理的表面，絕緣層要涂的薄而均勻，每涂一層應(yīng)在低溫下干燥30～60分鐘共涂2～4層即可。
3 硬質(zhì)氧化工藝特點(diǎn)
硬質(zhì)陽極氧化的電解液時(shí)在-10℃～+5℃左右的溫度下電解 。由于硬質(zhì)陽極氧化所生成的氧化膜層具有較高的電阻，會直接影響到電流強(qiáng)度的氧化作用。為了取得較厚的氧化膜，勢必要增加外電壓，其目的是為了消除電阻大的影響，而使電流密度保持一定，但電流較大時(shí)會產(chǎn)生激烈的發(fā)熱現(xiàn)象，加上生成氧化膜時(shí)會放出大量的熱量，使零件周圍電解液溫度劇烈上升，溫度上升將會加速氧化膜的溶解，使氧化膜無法變厚。另外，發(fā)熱現(xiàn)象在膜層與金屬的接觸處最嚴(yán)重，如不及時(shí)解決，加工零件的局部表面會因溫度上升而被燒壞。
解決辦法，就是采用冷卻設(shè)備和攪拌相結(jié)合。冷卻設(shè)備使電解液強(qiáng)行降溫，攪拌是為了使整槽電解液溫度均勻，以利于獲得較高質(zhì)量的硬質(zhì)氧化膜。
4. 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(zhì)的硬質(zhì)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。
4.1 電解液的濃度
采用硫酸電解液進(jìn)行硬質(zhì)陽極氧化時(shí)，一般在10%～30%濃度范圍內(nèi)，濃度低時(shí)，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?yàn)楹~量較高的鋁合金易生成CuAl2的化合物，這種化合物在氧化時(shí)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(jìn)行氧化處理或采用交直流電疊加法處理。
4.2 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(nèi)進(jìn)行硬質(zhì)陽極氧化處理為好。
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