硬質(zhì)陽(yáng)極氧化處理技術(shù)

1、在陽(yáng)極氧化皮膜中，具有優(yōu)良皮膜硬度和耐磨性的皮膜叫做硬質(zhì)陽(yáng)極氧化皮膜，多用在 工業(yè)機(jī)械上和運(yùn)動(dòng)部或流體接觸的需要耐磨性和硬度的部分。我國(guó)的硬質(zhì)鋁氧化大概從昭和25年開(kāi)始在一些研究者和工廠技術(shù)人員中嘗試，此時(shí)還沒(méi)有 關(guān)于硬質(zhì)氧化的明確泄義，開(kāi)始只是按照比普通氧化膜硬的品質(zhì)式樣進(jìn)行處理的。然后，隨 著工業(yè)處理方法的確立，品質(zhì)性能的標(biāo)準(zhǔn)也開(kāi)始明確。作為處理對(duì)象的鋁合金，為了提高機(jī) 械性能和加工性能添加了多種合金成分，這些合金給硬質(zhì)氧化造成了一泄困難。本講中，參照1995年制定今年8月修訂的JIS H8603鋁及鋁合金的硬質(zhì)氧化皮膜對(duì)一些 必要的事項(xiàng)進(jìn)行解說(shuō)，希望對(duì)使用硬質(zhì)氧化產(chǎn)品時(shí)有所幫助。2、鋁合

2、金和硬質(zhì)皮J陽(yáng)極氧化皮膜由于是鋁材本身作陽(yáng)極得到的，鋁合金材料對(duì)皮膜的性能救護(hù)有很大影 響。硬質(zhì)氧化的皮膜大多在50左右，與一般的氧化膜的10 “m相比更能反映素材的性質(zhì), 而表現(xiàn)為皮膜性能差異。在JIS H8603規(guī)格中根據(jù)素材性質(zhì)將皮膜分為5類(lèi)，來(lái)表示皮膜 性能差異。表1是最據(jù)代表性的硬質(zhì)皮膜種類(lèi)。種類(lèi)延伸材士鑄造才壓鑄材1類(lèi)A1080,A107O,A1050,A1100A,A3003,A3004,A50051A5N01 ,A6061 ,A6063,A 6N012 類(lèi)(a)A2011 ,A2014,A2017,A20242 類(lèi)（b）A5052,A5056iA5083,A7075,A7N01

3、3 類(lèi)（a）AC4C,AC7AADC5,ADC63 類(lèi)（b）AC1B,AC2A,AC3AC3A,AC4B, AC5A,ACB8A,AC9AADC1,ADC3,ADC10,ADC12注）工業(yè)中常用鋁合金在JIS規(guī)格分類(lèi)中的歸屬。鋁合金根據(jù)添加的合金分為1000系列7000系列，根拯其特長(zhǎng)可以分別使用。1類(lèi)合金指能獲得良好硬質(zhì)皮膜的合金。2類(lèi)（a）的2000系列以硬鋁（2017）和超硬鋁（2024）為代表，具有于鋼相匹敵的 強(qiáng)度，但是為了增強(qiáng)強(qiáng)度添加的銅，作為CuAb對(duì)硬質(zhì)皮膜有影響，無(wú)法得到性能良好的皮 膜。只有在處理方法上進(jìn)行各種改善?；蛟谏隙鴫貉颖矶幚硇阅芰己玫匿X合金再進(jìn)行氧化。2類(lèi)（b）

4、的7000系列合金含鋅和鎂，以超超硬鋁（7075）為代表具有最高強(qiáng)度的鋁 合金。硬質(zhì)氧化時(shí)合金成分會(huì)溶解難以得到性能良好的皮膜。5000系列中的2類(lèi)（b）指 定的合金含有大量鎂，氧化時(shí)鎂會(huì)溶解難以得到性能良好的皮膜。3類(lèi)（a）中制立的材料是鑄造鋁和壓鑄鋁，銅不到2%,硅不到8%,是鑄造鋁和壓鑄 鋁中表而處理性能較好的材料。3類(lèi)（b）中制泄的材料合金成分添加呈:大，表而處理特別困難，皮膜性能由合作雙方 商定。3. 硬質(zhì)氧化處理硬質(zhì)皮膜比普通皮膜厚、硬，處理方法是盡疑有效、快速的生成皮膜厚度，并且要組合 具有生成硬質(zhì)皮膜條件的溶液和此處理?xiàng)l件。處理法方法一般：1）增大陽(yáng)極氧化的電流密 度，加快氧化

5、速度2）降低電解液的溫度，抑制皮膜的溶解。隨著電解的進(jìn)行膜厚逐漸增加, 處理電壓也要隨之升高。處理電壓升高，孔徑增大，孔數(shù)減少，孔壁增厚，皮膜變硬。表2 是代表性的硬質(zhì)氧化處理方法。處理方法電解液主成分電源電壓V電流密度A/dm2浴溫度C參考硫酸浴硫酸18%DC-603.50標(biāo)準(zhǔn)硫酸草酸添加浴硫酸15%草酸1%DC-25-1001.5-3.50-10硫酸浴交直重疊法硫酸25%DC + -80AC -602-41-30-52000系等草酸法交直重疊法草酸510%DC+3060AC 40-602-31-215-20除這些處理方法外，還有有機(jī)酸混合法、芳香族磺酸或改變電源波形的電流反轉(zhuǎn)法等, 根據(jù)皮

6、膜的用途和目的選擇使用。另外，還有皮膜溶解少可以在常溫下處理的溶液。4. 硬質(zhì)皮膜性質(zhì)4. 1皮膜厚度皮膜厚度使用平均值，以防止合金導(dǎo)致的厚度不均。硬質(zhì)氧化的國(guó)外規(guī)格：標(biāo)準(zhǔn)50如, 誤差10如。膜厚制立為100如時(shí)，誤差范囤不變。硬質(zhì)氧化厚度只有普通氧化膜的1/3-1/2, 在材料的外測(cè)成長(zhǎng)，需要注意對(duì)產(chǎn)品尺寸的影響。4. 2皮膜顏色硬質(zhì)皮膜的顏色根據(jù)合金種類(lèi)、處理方法、厚度不同。根據(jù)硫酸溶液標(biāo)準(zhǔn)法處理A1100 時(shí)，皮膜的顏色隨著膜厚的增加，呈淡灰色T灰褐色T濃灰褐色變化。根據(jù)合金種類(lèi)，一般 呈現(xiàn)暗灰色或黑褐色。不過(guò)，直交重疊法或電流反轉(zhuǎn)法得到的皮膜顏色比較淡。4. 3表面粗糙度通常隨著膜厚

7、的增加而變得粗糙。電解液溫度越低，電流密度越高，越粗糙。另外，直 交重疊法或改變電源波形的電解法得到的皮膜表而較粗糙。因此當(dāng)指泄處理后的粗糙度時(shí)， 在處理前需要將粗糙度調(diào)整至指定粗糙度的1/2。4. 4皮膜硬度從皮膜用途來(lái)看，硬質(zhì)皮膜最重要的就是耐磨性，也就是耐磨性。硬質(zhì)皮膜是素材被氧 化為氧化膜形成的，因此硬度受合金種類(lèi)、電解液、處理?xiàng)l件影響較大。人們根據(jù)合金種類(lèi) 研究了各種處理方法，以提高皮膜的性能，JIS中的材質(zhì)皮膜硬度幾乎是固左的。在陽(yáng)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電分器F鋁氧化技術(shù)基礎(chǔ)講座“I S3,1U L 7如第18講 表面技術(shù)硬質(zhì)陽(yáng)極氧

8、化處理尹j新井元彥存在的元素：鎂、鋅；溶解性強(qiáng)，不會(huì)在皮膜中以安泄化合物存在的元素：銅、銀等添加 成分的影響會(huì)殘留在氧化皮膜中。JIS中規(guī)泄硬質(zhì)皮膜的硬度進(jìn)行斷而測(cè)左。素材硬度越髙，表而硬度越低。皮膜越厚， 此差越大。因此測(cè)量要在皮膜中央進(jìn)行。4. 5耐磨耗性耐磨耗性大多使用平板旋轉(zhuǎn)磨耗試驗(yàn)（taper磨耗試驗(yàn)），JIS中使用往復(fù)運(yùn)動(dòng)平板摩擦 和噴射磨耗試驗(yàn)，平板旋轉(zhuǎn)摩耗實(shí)驗(yàn)，三種方法任選其一。磨耗狀態(tài)多種多樣，耐磨耗試驗(yàn) 也要根據(jù)其使用選擇相應(yīng)的試驗(yàn)方法。平板旋轉(zhuǎn)摩擦是在一個(gè)方向上的褶動(dòng)磨耗實(shí)驗(yàn)，往復(fù) 運(yùn)動(dòng)平而磨耗反轉(zhuǎn)、反復(fù)褶動(dòng)磨耗方向的實(shí)驗(yàn)，噴射磨耗則是在一泄壓力下噴射人造研削材 料的實(shí)驗(yàn)

9、。陽(yáng)極氧化皮膜容易受濕度彫響，求磨耗導(dǎo)致的重量減少量時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境特別是適 度管理有要求。往復(fù)運(yùn)動(dòng)平而磨耗試驗(yàn)和噴射磨耗實(shí)驗(yàn)使用的磨耗機(jī)、研磨紙、研磨劑、實(shí) 驗(yàn)時(shí)期、環(huán)境都會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)變動(dòng)，所以每個(gè)試驗(yàn)結(jié)果缺乏相關(guān)性。為解決這個(gè)問(wèn)題，JIS中 采用了耐磨耗試驗(yàn)基準(zhǔn)試驗(yàn)片（H8601附屬書(shū)1）,用基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)片的測(cè)左值和比率表示。另 外，硬質(zhì)皮膜除對(duì)耐腐蝕性有要求外，一般不僅行封孔處理。因?yàn)榉饪滋幚砘貙?dǎo)致耐磨耗性 降低。表3表示的是在平板旋轉(zhuǎn)磨耗實(shí)驗(yàn)中，封孔處理對(duì)耐磨耗性的影響。表4往復(fù)運(yùn)動(dòng)平 而磨耗、噴射磨耗、平板旋轉(zhuǎn)磨耗的相互關(guān)聯(lián)。表5各種材料和硬質(zhì)皮膜耐磨性的比例關(guān) 系。表3皮膜硬度和平板旋

10、轉(zhuǎn)摩擦材料膜厚2550 urn80 urn皮膜硬度平板磨耗皮膜硬度平板磨耗皮膜硬度平板磨耗A5052未封孔422HV10.2mg409HV11.0mg416HV18.6mg封孔42727.141822.542538.4A1050未封孔41811.242510.541111.1封孔43316.243617.442719.2注）平板摩擦根據(jù)CS-170封孔鐮鹽90C-20分表4JIS H8603硬質(zhì)皮膜耐磨耗性試驗(yàn)材料往復(fù)運(yùn)動(dòng)平而摩擦噴射摩擦平板旋轉(zhuǎn)摩擦ds磨耗MAflnd/“m比率01秒S伽比率CS-17.mg105070016.243.2110051.12855.71008.18.99.320

11、1430024.212.4028.749.21302.645.622.830024.112.4428.852.11202.340.322.3202430025.311.8627.452.41302.543.924.830021.314.0832.648.61302.747.423.6707570028.224.8257.449.11503.154.413.270025.825.862.853.11803.459.616.5表5各種材料和硬質(zhì)皮膜耐磨耗行的比較試驗(yàn)片磨耗量（mg）硬質(zhì)皮膜（M.H.C法A1O5O）12.3鍍硬路（HV945）45.6鍍硬縮(HV1003)29.1SK4鋼（淬火）1

12、8.6A5052（無(wú)處理）388.4A1100（無(wú)處理）540.84. 6耐腐蝕性硬質(zhì)氧化皮膜厚耐腐蝕性很髙。除非需要一般不作封孔處理。封孔處理會(huì)降低耐磨耗性。 因此，對(duì)耐腐蝕性有要求時(shí)，可以進(jìn)行低溫封孔或珞酸封孔。耐腐蝕性試驗(yàn)一般用鹽霧實(shí)驗(yàn), 判定方法由合作雙方商定。4. 7絕緣力50”m的氧化膜電阻在20C時(shí)，為4xl015ohm/cm,在各種絕緣材料中是最高的。根據(jù)利用絕緣性的目的，測(cè)試方法有所不同，JIS中指定絕緣力實(shí)驗(yàn)法（JISH8687）。表6皮膜厚度和絕緣破壞電壓（JIS法）材14： 1050升壓速度：25V/sec 封孔處理：沸水30分皮膜厚度封孔未封孔10 /Tin464V4

13、54V2518321556503362229480374225404. 8熱傳導(dǎo)性和耐熱性硬質(zhì)氧化皮膜的熱傳導(dǎo)性特別小。皮膜在短時(shí)間加熱可以耐2000C髙溫，防I匕素材融 化。持續(xù)加熱到200C,皮膜性質(zhì)無(wú)變化。JIS H8603規(guī)左的硬質(zhì)氧化皮膜性質(zhì)中，最重要的硬度和耐磨性如表7所示。種類(lèi)皮膜硬度（HV）耐磨耗性測(cè)試約往復(fù)運(yùn)動(dòng)平面摩擦茨3噴射磨耗%姨3平板轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦Mg1類(lèi)400以上80以上80以上15.0以下2 類(lèi)(a)250以上30以上30以上35.0以下鋁氧化技術(shù)基礎(chǔ)講座第18講表面技術(shù)硬質(zhì)陽(yáng)極氧化處理2 類(lèi)(b)300以上55以上55以上25.0以下3 類(lèi)(a)250以上媒2滋2孤23

14、類(lèi)(b)務(wù)2姨2*2孤2注嚴(yán)1在當(dāng)事者雙方選擇孤2根據(jù)當(dāng)事者雙方的協(xié)左派3跟耐磨耗性基準(zhǔn)片的比（）5. 其他事項(xiàng)5. 1零件加工硬質(zhì)處理的零件除非式樣書(shū)上以有規(guī)定，一般都是在熱處理、機(jī)械加工、溶接、成形等 處理厚進(jìn)行陽(yáng)極氧化。5. 2關(guān)于和重要部分的接點(diǎn)mark硬質(zhì)氧化和普通氧化皮膜不同，需要在高電流下長(zhǎng)時(shí)間電解，需要一個(gè)結(jié)實(shí)的通電接點(diǎn)。 所以需要制定產(chǎn)品功能性上重要和允許作接點(diǎn)的部分。5.3拐角部分陽(yáng)極氧化對(duì)于銳角和內(nèi)角不能充分氧化，需要將其事先打磨為圓弧角，一般為了避免拐 角處無(wú)法生成氧化膜，要根據(jù)需要的膜厚表8對(duì)拐角進(jìn)行打磨（圖1）。5. 4 masking在不需要氧化膜的地方用1）用橡膠或塑料的防氧化栓2）涂特殊的涂料3）粘膠布等 方法進(jìn)行遮蔽。5. 5潤(rùn)滑性的賦予為提高硬質(zhì)皮膜褶動(dòng)磨耗初期的，降低摩擦系數(shù)，提高耐久性，在硬質(zhì)皮膜上浸漬 或吸附各