硬质阳极氧化处理.doc
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1、铝氧化技术基础讲座第18讲 表面技术 硬质阳极氧化处理 新井 元彦1、序在阳极氧化皮膜中,具有优良皮膜硬度和耐磨性的皮膜叫做硬质阳极氧化皮膜,多用在工业机械上和运动部或流体接触的需要耐磨性和硬度的部分。我国的硬质铝氧化大概从昭和25年开始在一些研究者和工厂技术人员中尝试,此时还没有关于硬质氧化的明确定义,开始只是按照比普通氧化膜硬的品质式样进行处理的。然后,随着工业处理方法的确立,品质性能的标准也开始明确。作为处理对象的铝合金,为了提高机械性能和加工性能添加了多种合金成分,这些合金给硬质氧化造成了一定困难。本讲中,参照1995年制定今年8月修订的JIS H8603铝及铝合金的硬质氧化皮膜对一些
2、必要的事项进行解说,希望对使用硬质氧化产品时有所帮助。2、铝合金和硬质皮膜阳极氧化皮膜由于是铝材本身作阳极得到的,铝合金材料对皮膜的性能救护有很大影响。硬质氧化的皮膜大多在50左右,与一般的氧化膜的10相比更能反映素材的性质,而表现为皮膜性能差异。在JIS H8603规格中根据素材性质将皮膜分为5类,来表示皮膜性能差异。表1是最据代表性的硬质皮膜种类。种类延伸材铸造才压铸材1类A1080,A1070,A1050,A1100A,A3003,A3004,A5005,A5N01,A6061,A6063,A6N012类(a)A2011,A2014,A2017,A20242类(b)A5052,A5056
3、,A5083,A7075,A7N013类(a)AC4C,AC7AADC5,ADC63类(b)AC1B,AC2A,AC3AC3A,AC4B,AC5A,ACB8A,AC9AADC1,ADC3,ADC10,ADC12注)工业中常用铝合金在JIS规格分类中的归属。铝合金根据添加的合金分为1000系列7000系列,根据其特长可以分别使用。1类合金指能获得良好硬质皮膜的合金。2类(a)的2000系列以硬铝(2017)和超硬铝(2024)为代表,具有于钢相匹敌的强度,但是为了增强强度添加的铜,作为CuAl2对硬质皮膜有影响,无法得到性能良好的皮膜。只有在处理方法上进行各种改善。或在上面压延表面处理性能良好的
4、铝合金再进行氧化。2类(b)的7000系列合金含锌和镁,以超超硬铝(7075)为代表具有最高强度的铝合金。硬质氧化时合金成分会溶解难以得到性能良好的皮膜。5000系列中的2类(b)指定的合金含有大量镁,氧化时镁会溶解难以得到性能良好的皮膜。3类(a)中制定的材料是铸造铝和压铸铝,铜不到2,硅不到8,是铸造铝和压铸铝中表面处理性能较好的材料。3类(b)中制定的材料合金成分添加量大,表面处理特别困难,皮膜性能由合作双方商定。3硬质氧化处理硬质皮膜比普通皮膜厚、硬,处理方法是尽量有效、快速的生成皮膜厚度,并且要组合具有生成硬质皮膜条件的溶液和此处理条件。处理法方法一般:1)增大阳极氧化的电流密度,加
5、快氧化速度2)降低电解液的温度,抑制皮膜的溶解。随着电解的进行膜厚逐渐增加,处理电压也要随之升高。处理电压升高,孔径增大,孔数减少,孔壁增厚,皮膜变硬。表2是代表性的硬质氧化处理方法。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18DC603.50标准硫酸草酸添加浴硫酸15草酸1DC251001.53.5010硫酸浴 交直重叠法硫酸25DC80AC 602413052000系等草酸法 交直重叠法草酸510DC3060AC 406023121520除这些处理方法外,还有有机酸混合法、芳香族磺酸或改变电源波形的电流反转法等,根据皮膜的用途和目的选择使用。另外,还有皮膜溶解少
6、可以在常温下处理的溶液。4硬质皮膜性质41皮膜厚度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。硬质氧化厚度只有普通氧化膜的1/31/2,在材料的外测成长,需要注意对产品尺寸的影响。42皮膜颜色硬质皮膜的颜色根据合金种类、处理方法、厚度不同。根据硫酸溶液标准法处理A1100时,皮膜的颜色随着膜厚的增加,呈淡灰色灰褐色浓灰褐色变化。根据合金种类,一般呈现暗灰色或黑褐色。不过,直交重叠法或电流反转法得到的皮膜颜色比较淡。43表面粗糙度通常随着膜厚的增加而变得粗糙。电解液温度越低,电流密度越高,越粗糙。另外,直交重叠法或改变电
7、源波形的电解法得到的皮膜表面较粗糙。因此当指定处理后的粗糙度时,在处理前需要将粗糙度调整至指定粗糙度的1/2。44皮膜硬度从皮膜用途来看,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,JIS中的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。JIS中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
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