2、观、无磁性、耐热性好，以及塑性和成形性好，无低温脆性等优点，是一种具有优良综合性能的有色金属材料，因此在许多部门得到广泛应用。铝及铝合金暴露在空气中，其表面会自然行成一层致密的氧化膜，但这层氧化膜的厚度极薄，只有几纳米到几十纳米，不足以防止恶劣环境下的腐蚀，同时，铝的硬度也不高，在使用过程中不能防止磨擦而造成的破坏。因此，铝及铝合金制品需要针对其不同用途采取不同的保护措施。对铝和铝合金进行阳极氧化就是一种十分有效的方法。通过阳极氧化可以获得530m厚的人工氧化膜(在一些特殊条件下氧化膜的厚度可以达到100m以上)，从而可显著提高铝及铝合金的各种性能，包括耐蚀性、耐磨性、耐候性、绝缘性及吸附性
3、等。2铝阳极氧化膜形成的基本原理铝阳极氧化实际上就是水的电解。电解液通电后在电流的作用下发生水解，在阴极上放出氢，即H+e1/2H2在阳极上释放电子，即4HO4e2H2O+2O其中一部分新生(原子)氧与铝(阳极)反应，生成氧化铝膜，2Al3+3O22Al2O3+热量。产生氧气形成Al2O3释放氢气H2并产生热量阳极阴极电解液图1铝阳极氧化示意图在不同的处理条件下，阳极上可能发生如下几种情况：a阳极上的生成物是可溶的，即边生成边溶解，这可理解为不能在阳极上生成氧化膜。b反应生成物几乎不溶解，在阳极的表面形成附着性很强的绝缘性薄膜，一般将其称之为阻挡性
8、自然发色法、电解着色法用各种不同阳极氧化方法生产的氧化膜，在外观、性质、色调上都有很大的差异。通常都根据用途来选择适当的氧化方法。阳极氧化的种类及用途如表1所示。从表1所列可以看出，在众多的阳极氧化方法中，硫酸法是应用最普遍的一种方法。4硫酸法阳极氧化工艺4.1硫酸阳极氧化的特点铝及铝合金在10%20%硫酸电解液中获得的氧化膜具有许多特点：有极强的吸附能力(即着色和封闭性能好)，较高的硬度(150400HV左右)，比未氧化的钝铝高出510倍(钝铝的硬度为3040HV)，良好的耐磨性和抗蚀性。纯铝的膜层厚度可达40m，一般防护-装饰性氧化膜厚度为5m25m。氧化处理后的制件尺寸会有
9、所增大,表面粗糙度亦会相应增加。纯铝和铝镁合金上所得膜层透明，染色后色彩鲜艳，经过抛光的铝制件，进行阳极氧化后，可得到镜面的光洁光亮表面。几乎所有的铝及铝合金都可以采用硫酸阳极氧化，但不适用于搭接、铆接、点焊及有焊缝隙的零组件，较疏松的铸件亦不宜采用。硫酸阳极化电解液具有成分十分简单、允许杂质含量范围大、操作简便极易掌握和生产成本低等优点，因而被广泛应用于各个工业领域。4.2硫酸阳极氧化的工艺流程(略)4.3硫酸阳极氧化的配方及工艺规范硫酸阳极化的配方及规范见表2。从表2可以看表2硫酸阳极氧化配方及工艺规范成分及条件应用范围最佳条件硫酸(比重)1.84)1
14、要因素。温度变化对氧化膜的影响同硫酸浓度变化对氧化膜的影响基本相同。电解液温度升高，氧化膜的溶解速度加大，成膜速度就减小，氧化膜的厚度必然随着减小。图4、5、6分别列出了温度对氧化膜性能的影响。温度对膜的硬度和耐蚀性也会产生很大影响。最氧60初40化溶膜解30重40率量201220103010203040500203040500温度温度温度1-30%H2SO4；2-15%H2SO43-5%H2SO4图5温度对膜成长的影响图6温度对膜溶解速度的影响图7温度对膜耐磨性的影响一般将温度控制在1820时获得的氧
15、化膜多孔，吸附性好，但耐磨性较差。温度高于26，膜的质量会明显下降，超过30有出现过腐蚀的危险。在装饰性氧化工艺中，温度控制在03，温度波动1，硬度可以达到400HV以上，缺点是当制件受力发生变形或弯曲时，氧化膜会发生脆裂，对于易变形的制件宜将电解液温度控制在810范围内。由于阳极氧化过程伴随着放热反应，膜的生成热相当大，氧化膜的形成加大了电解液的电阻，将大量电能转变成热能，促使溶液温度上升，加速膜的溶解，使膜表面起粉。温度更高时，氧化膜甚至会变得不连续。因此，需要及时启动降温系统，严格控制电解液的温度在规定的工艺范围内。为了防止阳极氧化过程中溶液升温过快，给氧化槽的体积电流密度，提出了
16、要求，即体积电流密度不应大于0.3A/L，即以现有的1000L槽，其最大工作电流强度不应超过300A。4.4.3电压和阳极电流密度的影响电压和阳极电流密度在阳极氧化过程中，有密切的关系(见图8)，随着电流密度的增加电压也缓缓上升。2015105012345电流密度Adm2电流密度Adm2图9电流密度对膜成长速度的影响图8电流密度与电压的关系阳极氧化的初始电压对膜的结构影响很大。电压较高生成的膜孔较大，但孔隙率低；电压过高电流也会很大，致使膜层十分粗糙。且制件的棱角边缘处易被严重击穿。氧化开始时，电压应逐步升高，此操作对提高氧化膜的外观质量有一定作用
17、。在氧化过程中，电压的波动应很小，一般只允许12V的波动。腐25蚀20试15验1020%H2SO4，20时5间min012345电流密度A/dm2图10阳极电流密度与氧化膜防护性能的关系在一定限度内，提高电流密度，可以加快氧化膜的成长速度，但继续增大到一个限值时氧化膜的成长速度非但不能加速，有时反而处于停止。这是因为在高电流密度下，氧化膜内的热效应加大，促使氧化膜加速溶解。氧化膜的质量还随电流密度的不同而有所区别。当电流密度超过一定范围时，氧化膜的防护性能会有所降低(图10)。通常阳极电流密度应控制在11.5A/dm2，电压在1520V范围内为宜
21、杂质主要从铝合金氧化时溶解后进入电解液。阴极挂钩和极棒使用不当，亦是导致溶液中铜增加的原因之一。当铜的含量达到0.2g/L时氧化膜会出现暗色条纹或黑色斑点。硅是以悬浮状态存在于电解液中，使电解液变得混浊。4.4.7电解液的混浊度电解液的混浊度对氧化膜光亮性的影响极大。前已讲到铝氧化膜的主要成分是Al2O3，这层膜透明而多孔，吸附性能很好，封闭和着色就是利用这个特性，一旦溶液混浊，溶液中的固体物就会同样吸附，导致膜的质量下降。4.4.8搅拌的影响在氧化过程中会产生大量的生成热和焦耳热，如得不到及时排除会导致膜的质量下降。因此必须采取措施排除电解液中的热量，采用空气搅拌或阳极移动可
25、计的可控硅整流电源供电,方可满足工艺要求。硬质阳极氧化工艺氧化膜生成过程中发生放热反应和氢气排放。放热致使电解液温度急剧上升而加速氧化膜的溶解,倘若不能及时排除,局部表面会被烧蚀而发白,膜层疏松。控制与制订溶液温度参数决定着氧化工艺的成败。氢气的排除不容忽视,否则在氧化过程中将产生气阻,增大电阻,使电压急剧上升而中断氧化过程.因而设计合理而先进的氧化工艺装备也是至关重要的.常规硬质阳极氧化工艺我国活塞行业利用阳极氧化工艺源于80年代初.国外起始于50年代,到60年代后半期氧化膜厚达90m.维氏硬度HMV400kg/mm2以上,且有专业化、大批量的生产线。现行的常规氧化工艺为:采用单位溶
27、快速硬质阳极氧化的主要特点是冲破传统认识,越过氧化一焦化曲线,采用有效手段制止氧化膜的溶解,从而达到80-l00m/min氧化膜生长速率,实现快速阳极氧化。工艺过程工艺过程为上挂-化学除油-冷水清洗-热水清洗-烘干-下挂-气动装夹活塞-氧化反应-卸活塞-上挂-冷水清洗一热水清洗-封闭处理-烘干-上油包装。对上述工艺过程我们取消了酸蚀、光化处理及绝缘处理,在化学除油槽液配方上进行专门研制,集除油、光化于一体,简化了工艺,实践证明可行.活塞顶面非氧化部位设有采用传统的涂2-3次绝缘漆的方法,而是利用本工艺特点在设计兼作保护套用的绝缘定位胎具时,设计仿形的定位胎和耐腐蚀性仿形密封垫。操作方法
29、、半自动悬挂行车等,占地面积l20m2。注意事项a.氧化过程应密切注意槽液温度变化。若工作过程槽液温度达到10以上应停止氧化,采取降温措施。b.冷冻机应由专人严格按操作规程操作,否则有可能出现严重安全事故。c.应注视氧化过程中电流、电压参数的变化,如电流突然增加,电压下降,或电压突然急升都要立即关闭电源,不过本整流控制柜会自动报警和自动切断氧化电源。d.槽液应严加保护,防止油污及其他杂质污染a槽液应定期化验、调整和电化学处理。质量检验标准与检测仪器HB5057铝及铝合金硬质阳极氧化膜层质量检验标准规定:外观a.颜色应为灰色、暗灰色、黑色或黄褐色；b.膜层应是连续、均匀、完整
30、的；c.允许缺陷有轻微水印、基体缺陷引起的膜层缺陷、膜层有网纹等；d.不允许的缺陷为:局部无膜层、金属过腐蚀.电烧伤.疏松和易擦掉的膜层。厚度膜层厚度应符合零件图纸和工艺文件的规定。硬度膜层硬度应大于维氏硬度250kg/mm2。膜层厚度采用涡流测厚仪,膜层上测三点取平均值。硬度检测是在试片切面上采用显微硬度计测定三点取平均值,试片制取方法同活塞金相制样。1566105422007-01-2514:01如果有一个铝制品带有内螺纹阳极氧化会不会影响螺纹的尺寸hiky02172007-05-3117:13有一点点内尺寸变大,不过很轻微.zhaoyq57192008-
31、04-0320:06又没有那个大侠知道如何得到黄色的硬质阳极化膜？这里先谢过了哈海风海浪2009-03-1511:01硬质阳极氧化又称厚膜氧化，厚度一般大于微米（低于微米大于微米称为伪硬质氧化，一般用来做着色），极限厚度为微米，硬度在纯铝上可达到度，在铝合金硬度明显降低，一般为.。颜色：伪硬质氧化为银白色，理论上可染任何颜色。硬质氧化颜色跟材质有关，含硅量高颜色偏灰色（例如），含铜量偏高颜色偏绿偏黄（例如），随着膜厚的增加颜色愈深。硬质氧化只适合做黑色染色。尺寸变化：单边厚度的分之约为只存增加量，例如氧化微米厚度，几何尺寸rome2009-03-1515:396楼太专
32、业了，佩服wuqf2007Quote:2009-03-1515:44引用第3楼156610542于2007-01-2514:01发表的:如果有一个铝制品带有内螺纹阳极氧化会不会影响螺纹的尺寸会，如果螺纹要求很严的话（要求通止规），氧化前先用橡胶条把螺纹堵上，氧化后再旋下即可。wuqf2007Quote:2009-03-1515:49引用楼主danielxl于2007-01-0314:36发表的硬质阳极氧化可以做成什么颜色:请问谁知道硬质阳极氧化可以做成什么颜色，通常硬质阳极氧化的膜厚会是多厚？硬度可以达到HRC多少度？阳极氧化可以做成很多种颜色，跟氧化时
33、加入的色子有关，可以说什么颜色的都能做，厚度和硬度不是太清楚shaweyQuote:2009-03-1713:25引用第9楼wuqf2007于2009-03-1515:49发表的:阳极氧化可以做成很多种颜色，跟氧化时加入的色子有关，可以说什么颜色的都能做，厚度和硬度不是太清楚铝合金硬质阳极氧化只有本色和黑色。而所谓本色，有点黄/灰色.becker_gu2009-03-1720:11铝材硬阳后的颜色跟基材(就是铝材牌号)有很大的关系,像6061-T6可以做成黄色,6082可以做成本色或黑色;所以要确认基材的牌号!另外,回答一下3楼的问题,阳极会影响内螺纹的尺寸,因为阳
36、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
37、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12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、
39、液状，室温固化4小时；如在60-70C下烘干，30分钟即可。(6）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2.5A/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，
40、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
41、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，使电解液及时怜却，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胜、（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
42、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。硬质阳极氧化是一种厚膜阳极氧化法，这是一种铝和铝合金特殊的阳极氧化表面处理工艺。此种工艺，所制得的阳极氧化膜最大厚度可达250微米左右，在纯铝上能获得1500kg/mm2的显微硬度氧化膜，而在铝合金上则可获得400600kg/mm2的显微硬度氧化膜。其硬度值，氧化膜内层大于外层，即阻挡层大于带有孔隙的氧化膜层，因氧化膜内有松孔，可吸附各种润滑剂，增加了减摩能力，氧化膜层导热性很差，其熔点为2050，电阻系数较大，经封闭处理（浸绝缘物或石蜡）击穿电压可达2000V，在大气中较高的抗蚀能力，具有很高的耐磨性，也是一种理想的隔热膜层，
43、也有良好的绝缘性，并具有与基体金属结合得很牢固等一系列优点，因此在国防工业和机械零件制造工业上获得及其广泛的应用。主要应用于要求高耐磨、耐热、绝缘性能好等的铝和铝合金零件上。如各种作为圆筒的内壁，活塞、汽塞、汽缸、轴承、飞机货舱的地板、滚棒和导轨、水利设备、蒸汽叶轮、适平机、齿轮和缓冲垫等零件。用硬质氧化工艺来代替传统的镀硬铬镀层，与硬铬工艺相比它具有成本低，膜层结合牢固，镀液，清洗废液处理方便等优点。但此工艺所得膜层的缺点是膜层厚度较大时，对铝和铝合金的机械疲劳强度指标有所影响。硬质阳极氧化电解方法很多，例如：硫酸、草酸、丙二醇、磺基水杨酸及其它的无机盐和有机酸等。所用电源可分为直流、交流
44、和交直流叠加电源等几种，目前广泛应用的有下列两种硬质阳极氧化。（1）硫酸硬质阳极氧化直流法；（2）草酸硬质阳极氧化交直流重选法。其中，硫酸法是目前得到较广泛应用的一种硬质氧化法。1硬质阳极氧化原理铝合金硬质阳极氧化原理，就是在电场的作用下，加速铝合金表面氧化膜的形成即用铅板作阴极，铝合金制作阳极，稀硫酸溶液作电解液，当通过直流电时，H+便向阴极移动，产生阴极反应：4H2+4e=2H2而OH-便向阳极运动产生阳极反应：4OH4e=2H2O+2O当在阳极上失去多余的电子，所析出的氧呈原子状态,由于原子状态的氧要比分子状态的氧更为活泼，更易与铝起反应：2A1+3OA12O3上
46、除电阻大的影响，而使电流密度保持一定，但电流较大时会产生激烈的发热现象，加上生成氧化膜时会放出大量的热量，使零件周围电解液温度剧烈上升，温度上升将会加速氧化膜的溶解，使氧化膜无法变厚。另外，发热现象在膜层与金属的接触处最严重，如不及时解决，加工零件的局部表面会因温度上升而被烧坏。解决办法，就是采用冷却设备和搅拌相结合。冷却设备使电解液强行降温，搅拌是为了使整槽电解液温度均匀，以利于获得较高质量的硬质氧化膜。2硬质阳极氧化法工艺要求为了得到质量较好的硬质阳极氧化膜，并能保证零件所需要尺寸，必须按下列要求来进行加工。2.1锐角倒圆被加工零件不允许有锐角、毛刺以及其它各种尖锐的有棱角的
48、或以后需要装配的零件，应事先留有一定的加工余量，及指定装夹部位。因硬质阳极氧化时，要改变零件尺寸，故在机械加工时，要事先预测，氧化膜的可能厚度和尺寸公差，而后在确定阳极氧化前的零件实际尺寸，以便处理后，符合规定的公差范围。一般来说，零件增加的尺寸大致为生成氧化膜厚度的一半左右。2.4专用夹具因硬质阳极氧化的零件在氧化过程中，要承受很高的电压和较高的电流，一定要使夹具和零件能保持极良好的接触，否则将因接触不良而造成击穿或烧伤零件接触部位的毛病。所以要求对不同形状的零件，以及零件氧化后的具体要求来设计和制造专用夹具。2.5局部保护如在同一个零件上，既有普通阳极氧化又要有硬质阳极氧化
49、的部位因根据零件的光洁度和精密度来安排具体工序。通常首先进行普通的阳极氧化，在进行硬质阳极氧化，把不需要进行硬质阳极氧化的表面加以绝缘，绝缘的方法有用喷枪或毛刷，将以配制好硝基胶或过氢乙烯胶涂抹于不需要处理的表面，绝缘层要涂的薄而均匀，每涂一层应在低温下干燥3060分钟共涂24层即可。绝缘胶的配制：（1）硝基液（Q981）5份，红色硝基液（Q043）1份（其中红色硝基液可用少量甲基红来代替），用X1稀释剂稀释到工业粘度，刷涂为6080s，喷涂为2030s，（用四号粘度剂）。（2）过氯乙烯胶液（G981）100克，红色过氯乙烯防腐液（G521）1520g，稀释剂用X3调到适当粘度，一般为
51、522搅拌需空气搅拌需空气搅伴需空气搅伴4.2操作方法（1）首先打开降温设备，将电解液温度降低到工艺所规定的温度范围内，阴极挂铅版，然后把装挂好的零件放置在阳极导电杠上卡紧，零件与零件之间，零件与阴极之间一定要保持较大的距离，绝对不能接触。打开压缩空气电解液搅拌（注意：压缩空气一定要进行除油处理）。（2）送以直流电源，开始的电流密度一般为0.5A/dm2,在25分内分58次逐步升高到2.5A/dm2。以后保持电流密度2.5A/dm2,均每隔5分钟，调查一次电流开始电压为812V，最终电压可根据膜层的厚度和材料不同而定。（3）在硬质阳极氧化过程中，须经常注意电压和电流表，如发现有电流突然增加，电压下降的现象，这说明零件膜层局部已溶解，应立即关闭电源，检查并取出溶解的零件，其它零件可继续进行氧化处理，电流可一次给足。4.3各种因素对氧化膜硬度和生长速度的影响铝和铝合金表面上能否生成优质的硬质氧化膜层，主要取决于电解液的成份浓度，温度，电流密度，及