铝合金硬质阳极氧化工艺研究_张胜宝

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
( Harbin Dongan engine group corporation Ltd. ,Harbin 150066,China)
Abstract: The electrolyte composition,technological process and parameters satisfying simultaneously the hard anodizing of three aluminum alloys were determined by a large number of experiments. The results showed that a dense and uniform hard anodizing film with higher corrosion and wear resistances could be formed on aluminum alloy by selecting suitable process parameters. Key words: hard anodizing; pulse; hardness
余量
材料牌号 7075
ZL114A 2A12
δ / μm 60 ~ 90 60 ~ 90 60 ~ 90
表 2 硬质阳极氧化膜层质量验收标准
σ / ( HV200 ) ≥250 ≥300 ≥250
磨损量 / mg ≤10 ≤10 ≤15
外观
耐蚀性
颜色应为灰色、暗灰 色至黑色或黄褐色,膜 层连续、均匀、完整
编号 1 2 3
θ/℃ -3 ~ -6 -3 ~ -6 -3 ~ -6
表 4 ZL114A 铝合金硬质阳极氧化试验结果
I/A
t / min
10
120
δ平均 / μm 90
磨损质量 / mg 5
10
80
70
4
10
70
65
2
σ平均 / HV200 326 333 386
结论 合格 合格 合格
从试件外观质量、厚度测量、检验报告得出,该 工艺所获得的硬质阳极氧化膜达到了硬质阳极氧 化膜层质量验收标准。
于受制冷设备的制约,受到一定的限制[7-9]。 本研究课题对三种不同的材料,摸索筛选出在
同一种溶液 中,用 一 个 电 源,只 是 变 换 电 源 的 输 出 方式和其它工艺参数,就能获得符合它们各自标准 要求的硬质阳极氧化膜的工艺方法。 1. 2 工艺方案 1. 2. 1 工艺流程
铝合金硬质阳极氧化工艺流程如下: 产品验收→ 有 机 溶 剂 除 油 → 装 挂 绝 缘 → 化 学 除油→流动热水洗→流动冷水洗 →铬酸和硫酸混 合溶液酸 洗 → 冷 水 逆 流 水 洗 → 硬 质 阳 极 氧 化 → 流 动冷水洗→干燥→卸卡→检验。 1. 2. 2 硬质阳极氧化工艺参数 为使三种不同的铝合金材料,能在同一种阳极 氧化槽液中进行生产,减少生产线上同时有多个硬 质阳极氧化槽和整流电源,节约投资和降低生产费 用、降低管 理 成 本,同 时 又 能 满 足 在 三 种 不 同 的 铝 合金材料的零件上获得符合标准的硬质阳极氧化 膜,根据 ZL114A、2A12、7075 三种不同的铝合金材 料的标准( 表 1) 和铝及铝合金硬质阳极氧化膜层质 量标准 HB5057-93 及对零件 具 体 的 质 量 要 求 ( 表 2) ,确定了硬质阳极氧化槽液,通过工艺实验进行 筛选,优选出最佳的工艺配方。
引言
铝是一种比较活泼的金属,在空气中和氧发生 作用,在表面生成一层很薄的自然氧化膜( Al2 O3 ) , 将铝合金零件作阳极在一定温度、一定浓度的硫酸 溶液中,施加一定的电流和电压,经过一定的时间, 即可在其表面获得一层比在自然条件下产生的自 然氧化膜厚得多的、可控的、有一定厚度( > 50μm) 的、硬度大于 250HV 的硬质阳极氧化膜。它具有较 强的硬度和 耐 磨 性、有 很 好 的 绝 热 性、有 优 良 的 电 绝缘性、有 很 高 的 耐 蚀 性、还 有 很 强 的 结 合 力。 该 膜层的产生极大地改变了铝合金的使用性能,这种 具有独特使用价值的工艺技术,使之在航空和航天 领域得到了广泛应用[1-4]。
2011 年 8 月
电镀与精饰
文章编号: 1001-3849( 2011) 08-0043-04
第 33 卷第 8 期( 总 221 期)
·43·
铝合金硬质阳极氧化工艺研究
张胜宝, 师玉英, 张 旭
( 哈尔滨东安发动机集团有限公司,黑龙江 哈尔滨 150066)
摘要: 通过大量的工艺试验,确定了能够同时满足三种铝合金硬质阳极氧化的溶液配方、工艺流程
确定 从 表 1 中 可 知,ZL114A 铝 合 金 中 w ( Cu ) ≥ 0. 1% ,w( Si) 为 6 . 5 % ~ 7 . 5 % ,因 为 硅 的 存 在 极 大地降低了零件的 导 电 性,进 而 影 响 硬 质 阳 极 氧 化膜的生成,使用普 通 的 硬 质 阳 极 氧 化 电 源 所 获 得的硬质阳极氧化膜的硬度和厚度是达不到质 量标准的。采用脉冲电源 进 行 试 验,获 得 了 合 格
170 ~ 180g / L ≤20g / L
起始电流密度 0. 5A / dm2 ,经过 17min ~ 20min
逐渐升至 2. 5 ~ 25A / dm2 ,然后根据所需的膜层厚
度,确定所保持的时间,要得到 60 ~ 80μm 的膜层厚
度,保持时间为 70 ~ 90min,θ 为 - 2 ~ - 6℃ 。
2. 1. 3 2A12 铝合金硬质阳极氧化工艺试验与参数 的确定
从表 1 中 2A12 铝合金可知,w( Cu) 为 3. 8% ~
试验结果见表 3。
编号 1 2 3
θ/℃ -3 ~ -5 -3 ~ -5 -3 ~ -5
表 3 7075 铝合金硬质阳极氧化试验结果
I/A
t / min
δ / μm
磨损质量 / mg
10
80
70
3
10
70
60
3
10
100
85
4
σ平均 / HV200 274 296 287
结论 合格 合格 合格
从试件外观质量、厚度测量、检验报告得出,该工 艺所获得的硬质阳极氧化膜达到了硬质阳极氧化膜 层质量验收标准。 2. 1. 2 ZL114A 铝合金硬质阳极氧化工艺与参数的
阳极氧化膜的影响是随着铜含量的升高,所生成的
硬质阳极氧化膜的硬度是降低的,当 w( Cu) ≥4%
时,Βιβλιοθήκη Baidu用普通的硬质阳极氧化电源所获得的硬质阳
极氧化膜的硬度和厚度是达不到要求的。经过实
验,获得了合格的硬质阳极氧化膜层。
7075 铝合金硬质阳极氧化槽液成分与工艺参数:
槽液组成:
H2 SO4 Al3 +
的、满足硬质阳极氧 化 膜 层 质 量 验 收 标 准 的 硬 质 阳极 氧 化 膜 层,在 实 验 中 采 用 壳 体 零 件 直 接 进行。
ZL114A 铝合金硬质阳极氧化槽液成分与工艺 方法: 氧化槽液成分同 2. 1. 1。
电源: t通∶ t断 = 3 ∶ 1,脉冲频率: 50Hz,起始平均 电流密度 0. 5A / dm2 ,经过 17 ~ 20min 持续升至 2 ~ 2. 5A / dm2 ,然后根据所需的膜层厚度,确定所保持 的时间,要得到 60 ~ 80μm 的膜层厚度,保持时间为 80 ~ 100min。试验结果见表 4。
铝合金硬质阳极氧化加工行业现实的情况是,要获得 合格的硬质阳极氧化膜,所采用的工艺,对不同的铝 合金材料,要采用不同的溶液、不同的工艺参数进行 加工,所用电源有直流、交直流叠加、直流叠加脉冲及 脉冲等方式,这需要几套槽液,几种电源,这是由于铝 合金材料不同、所含元素不同、所含元素质量的不同 决定的。也就是技术难点所在。
和工艺参数。实验结果表明,通过选择适当的工艺参数,能够在铝合金表面形成均匀、致密、高耐
磨、高耐蚀性的硬质阳极氧化层。
关 键 词: 硬质阳极氧化; 脉冲; 硬度
中图分类号: TG174. 45
文献标识码: A
Hard Anodizing Technology of Aluminum Alloy
ZHANG Sheng-bao,SHI Yu-ying,ZHANG Xu
另外,由 于 部 分 零 件 外 露,需 要 在 保 证 硬 度 的 情况下,提高其耐蚀性,盐雾试验时间要求达到 336 h 以上无腐蚀。
为此,要 研 制 开 发 在 同 一 种 成 份、同 一 种 浓 度 的硬质阳极 氧 化 槽 液 中、使 用 同 一 个 电 源,在 不 同 的铝合金材料制作的产品上获得符合标准的硬质 阳极氧化膜的生产工艺是必要的。
≤0. 50 0. 18 ~ 0. 28 余量
ZL114A
0. 1 6. 5 ~ 7. 50 0. 45 ~ 0. 75 0. 10
0. 10 0. 08 ~ 0. 25
0. 20
余量
2A12 3. 8 ~ 4. 9 ≤0. 50 1. 20 ~ 1. 80 ≤0. 30 0. 30 ~ 0. 90 ≤0. 15 ≤0. 10 ≤0. 50
达到盐雾试 验336 h以上
在硬 质 阳 极 氧 化 温 度 的 选 择 和 确 定 上,由 于 2A12 的材料含铜量较高,达到 3. 8% ~ 4. 9% ,而膜
2011 年 8 月
电镀与精饰
第 33 卷第 8 期( 总 221 期)
·45·
层硬度要求达 到 ≥250 HV,所 以 要 选 用 较 低 的 硬 质 阳极氧化温 度,结 合 生 产 线 上 现 有 的 制 冷 设 备,初 步将温度定在( - 2 ~ - 6) ℃ 。
在电源上,利用生产线一台多用整流器进行试 验,电源为多波型全自动脉冲电源( 型号为 KMF) , 采用直流、直流叠加脉冲、脉冲等工艺进行试验,优 选出最佳的工艺参数。
2 工艺试验
2. 1 硬质阳极氧化工艺参数确定 2. 1. 1 7075 铝合金硬质阳极氧化工艺与参数的
确定 从 表 1 中 可 知 7075 铝 合 金 其 铜 质 量 分 数 为 1. 2% ~ 2. 0% ,相对较高,而铜含量对其生成的硬质
收稿日期: 2011-05-30
修回日期: 2011-06-23
·44· Aug. 2011
Plating and Finishing
Vol. 33 No. 8 Serial No. 221
1 原理简介与工艺方案
1. 1 原理简介 用硫酸电解液进行铝合金硬质阳极氧化的机
理,与铝合 金 普 通 硫 酸 阳 极 氧 化 的 原 理 基 本 相 同。 普通的硫酸阳极氧化,槽液温度在 16 ~ 20℃ ,电压 在 12 ~ 20V,氧化膜的生成速度与溶解速度很快就 达到动态平衡了。氧化的过程中伴有大量的热产 生,这也提 高 了 反 应 界 面 的 温 度,使 氧 化 膜 的 溶 解 速度更快,此 时 即 使 延 长 阳 极 氧 化 时 间,膜 层 厚 度 也不会增加,反而零件的几何尺寸会不断减小[5-6]。 因此,为了 获 得 合 格 的 硬 质 阳 极 氧 化 膜 层,在 膜 的 “生长”和“溶 解 ”这 对 矛 盾 中,要 促 进 膜 的“生 长 ” 速度,同时还要抑制膜的“溶 解”速 度。促 进 膜 的 “生长”速度的措施一般是提高阳极氧化的电压,以 加快阳极 反 应,使 膜 层 迅 速 生 成。 另 外,降 低 槽 液 温度,降低 槽 液 的 硫 酸 浓 度,这 都 会 抑 制 膜 的“溶 解”速度。 但 是 过 度 提 高 阳 极 氧 化 的 电 压,会 造 成 阳极氧化膜 的 电 击 穿 故 障,烧 损 零 件,造 成 零 件 报 废( Al2 O3 的阳极氧化膜层具有高绝缘性) 。槽液中 硫酸浓度过低,虽然降低了膜层的溶解速度,但溶液 的导电性也会随之降低,且还会降低阳极的反应速 度,抑制膜层的生成。降低槽液的温度是一个较好的 方法,它能够降低硫酸溶液对膜层的溶解速度,但由
表 1 三种铝合金材料的组成
铝合金的组成
材料牌号 w( Cu) / % w( Si) / % w( Mg) / % w( Zn) / % w( Mn) / % w( Ti) / % w( Ni) / % w( Fe) / % w( Cr) / % w( Al) / %
7075 1. 2 ~ 2. 0 ≤0. 40 2. 10 ~ 2. 90 5. 10 ~ 6. 10 ≤0. 30 ≤0. 20
相关文档
最新文档