【氧化联盟】铝与铝合金的氧化处理工艺教程 第二节 硬质阳极氧化
第二节 硬质阳极氧化
一、硬质阳极氧化的特点、用途和类型
铝及其合金经硬质阳极氧化后，所获的膜层具有以下的特点：
（1）色泽膜层的外观有褐色、深褐色、灰色到黑色，一般是随铝材和采用工艺的差异而有所区别，膜层愈厚，电解温度愈低，颜色愈深。
（2）厚度膜层厚度可达250um左右，因此硬质阳极氧化又称为厚膜阳极氧化。
（3）硬度氧化膜的硬度非常高，在铝合金上可达HV400～600，在纯铝上可达HV 1500；其氧化膜内层硬度比外层高。不仅硬度高，而且耐磨性能极好。由于膜层具有大量的微小孔隙可吸附各种润滑剂，故还可进一步提高减摩能力。
（4）抗热硬质阳极氧化膜的熔点高达2050℃，导热系数低至67kW/（m·K），是极好的耐热材料。
（5）绝缘硬质阳极氧化膜的电阻率极大，特别经封闭处理（浸绝缘漆或石蜡）后，它的击穿电压可高达2000V。
（6）耐蚀膜层在大气中，具有较高的抗蚀能力。在3 %的NaCl盐雾气氛中，能经受数千小时而不腐蚀。
（7）结合力膜层与基体金属具有牢固的结合力。这是由于基体金属本身在电场作用下发生氧化过程而形成的，使用一般机械方法难以从基体金属表面除去。
根据上述特点，说明硬质阳极氧化工艺的重要性，在国防工业和机械零件的制造工业方面应用极其广泛。主要用于制造对耐磨、耐热、绝缘等性能要求高的铝及铝合金零件．如各种罐筒的内壁、活塞座、活塞、汽缸、轴承、飞机货仓的地板、滚棒和导轨，水力设备的叶轮、齿轮、缓冲垫等零件。在一定条件下，可用来修复受磨损的铝合金零件。还可用来代替
传统的镀硬铬工艺。此工艺与镀硬铬工艺相比较，具有成本低，膜层结合力牢固和电解液、清洗废液处留力，便等优点，获得硬质阳极氧化膜的溶液很多。如硫酸、多种有机酸（如草酸、丙二酸、苹果酸、磺基水杨酸等）的混合溶液。所用电源，有直流电、交流电、交直流叠加以及各种脉冲电流。目前应用较广的有下列两种类型：硫酸硬质阳极氧化直流法和混合酸硬质阳极氧化交直流叠加法。
二、硬质阳极氧化工艺
（一）硫酸硬质阳极氧化工艺
1、 硫酸硬质阳极氧化工艺流程
铝制件–化学除油–清洗–中和–清洗–硬质阳极氧化–清洗–封闭–成品检验。
2、 各种因素的影响
（1）电解液浓度用硫酸电解液进行硬质阳极氧化时，一般用10～30%的浓度范围。浓度低时，膜层硬度高。特别对纯铝，更为明显，但对含铜量高的铝合金（LY12)例外。因为含铜量较高的铝合金中的CuAl,化合物在氧化过程中溶解速度较快，易使这部位成为电流聚集中心而被烧毁击穿，所以一般用高浓度（200～300g/L）的硫酸电解液进行氧化处理。
（2）温度电解液的温度对膜层的硬度和耐磨性影响极大。通常，温度下降，硬度和耐磨性能增强。为了获得较高的硬度和耐磨性能，电解液的温差应控制在低温并以±2℃为宜。
（3）阳极电流密度提高电流密度氧化膜生成速度加快，氧化时间缩短，膜层受到硫酸化学溶解的时间相应减少，膜层硬度和耐磨性也相应提高。但超过了极眼电流密度时由于氧化时发热量大为增快。阳极铝制件的界面温度过高，膜层溶解速度加快，膜层硬度也低。因此，要获得理想硬度的氧化膜层，应该根据不同材料来选择适当的电流密度。
（4）合金成分合金元素和杂质对铝合金硬质阳极氧化膜的质量有很大影响，它影响膜层的均匀性和完整性等。例如，合金元素硅易使膜层颜色变灰。当硅的含量超过7.5%时，采用直流电氧化获得的膜层，薄而多孔，硬度低，耐磨性差，抗蚀能力也低。因此，对于高组分的铝铜、铝硅、铝锰合金的硬质阳极氧化困难较大。一般不适合用直流电进行硬质阳极氧化。采用交直流电叠加法，或脉冲电流法进行氧化，可获得较为满意的膜层。
3、 硫酸硬质阳极氧化工艺要求
为了得到质量好的硬质阳极氧化膜，并能保证工件所需要的尺寸，必须根据下列要求进行。
（1）锐角倒圆。工件如有尖角，锐边和毛刺，这些部分易使电流集中，产生大量热，导致工件烧焦。当膜层较厚时，这些部分会产生大量微裂纹，并出现灰白色疏松易脱落的膜层。因此，工件上的锐角均应倒圆，半径不应小于0.5mm。
（2）表面粗糙度对原来表面较粗糙的，经硬质阳极氧化处理后，可变得平整些，而对原来表面粗糙度较低的工件，经阳极处理后，表面粗糙度反而提高约1～2级。
（3）尺寸余量经硬质阳极氧化后会增加工件的尺寸，大致是膜层厚度的一半左右。因此，机加工零件在氧化前的尺寸，还必须根据膜层厚度和尺寸允许公差来决定，以便经氧化后达到规定的公差范围。对于氧化后要进一步加工的零件应留有加工余量。
（4）专用夹具硬质阳极氧化过程中，工件要承受很高的电压和电流。因此，一定要使工件与夹具保持良好的接触。杏则，由于接触不良而击穿和烧毁工件。为此，要求设计合理的专用夹具。
（5）局部保护对需要在工件表面局部进行硬质阳极氧化时，应把不要求氧化的部位进行绝缘保护。
绝缘方法：将已配制好的绝缘胶用喷涂、刷涂或浸涂涂覆于表面。涂层要求薄而均匀，每涂一层，烘干一次，共涂2～4次。经阳极氧化后，绝缘胶可用稀料洗去或用50～70℃的热水浸热剥去即可．
4、 绝缘胶配制方法：
(1)Q98-1 硝基胶 5份
Q04-3 红色硝基磁漆 1份（或少量甲基红）
用X-1稀释剂 稀释搅拌均匀
工作粘度刷涂 60～80s
喷涂 20～30s（四号粘度计）
烘干温度 室温
烘干时间 30～60min
(2)G98-1过氯乙烯胶液 100g
G52-1红色过氯乙烯防腐漆 15、20g
用X-3稀释剂稀释搅拌均匀，调至适当粘度，刷涂或浸涂。
(3)聚乙烯醇 10Og
香蕉水 500mL
调匀，刷涂．
配制方法：将聚乙烯醇溶解于香蕉水中成胶液状，室温固化4小时；如在60～70℃下烘干，30分钟即可。
检测用试样为了在不损坏零件的情况下，检测硬质阳极氧化膜的性能，二则检测零件必须采用与产品同批材料制成的，并随产品零件同槽进行阳极氧化处理。一般作检测用试样只要形状大致相同即可，不必精制。
5、 操作须知
硬质阳极氧化常用恒电流法，用直流电源。氧化开始电流密度一般为O.5A/dm2,在25分钟内分5～8次逐渐升高到2.5 A/dm2然后保持电流密度恒定，并每隔5分钟调整次电流密度，至氧化结束。开始电压为9～12V，最终电压可根据膜层的厚度和材料的不同而定。在氧化过程中，要经常注意电压与电流表，如有电流突然增加，电压突然下降现象，说明有的零件膜层局部已溶解。应立即断电，检查并取出已溶解的零件，其他零件可继续进行氧化处理，电流可一次给足。
6、 挂具设计及设备条件
（1）硬质阳极氧化挂具设计
硬质阳极氧化挂具应有足够的机械强度和刚度，以免制件在搅拌电解液的急流中脱落，并且有良好导电性能和重量轻、坚固耐用、装卸制件方便、装载量适当的要求。常用挂具有两种类型：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、铝硅镁合金制成。除了制件与接触点有导电要求外，其他部位都要做绝缘保护处理。这样可以节约挂具的金属材料和电能的消耗。
（2）冷冻设备
由于硫酸硬质阳极氧化过程中，在工作表面通过较大电流，使热金大部分集中于膜层的界面处，从而影响氧化过程的正常进行和膜层的质量。因此，必须使用配套的冷冻装置和搅拌设备，使电解液及时冷却，始终保持氧化过程在低温溶液中进行。
（3）电气设备
硫酸硬质阳极氧化直流法，只需要直流发电机域整流器。其中使用整流器效率较高，并要求设置恒电流控制和电压上升的自动装置。
（二）混合酸硬质阳极氧化
硫酸硬质阳极氧化一般在低温下进行。因此，必须备有配套的冷冻设备和无油的、最好是经冷却的压缩空气搅拌。这样，给生产增加一定的困难，如果在硫酸或草酸电解液中加入适量的有机酸，如丙二酸、乳酸、苹果酸、磺基水杨酸、柠檬酸等，就允许提高硬质氧化温度。这对便于生产、降低成本和提高膜层质量都有一定好处。