摘要：硬质阳极氧化工艺可有效的对铝合金材料性能方面的缺陷进行改善，使其具备较好的耐腐蚀性、耐磨性及加强材料硬度，值得被广泛进行应用。本文基于冶金选铝合金硬质阳极氧化的现状，对冶金选铝合金硬质阳极氧化工艺采取试验的形式从工业流程、工业参数等方面进行研究。最终得出氧化膜厚度和电流密度、氧化时间、氧化温度之间的关系。
关键词：铝合金；硬质阳极氧化工艺；研究
前言
我国，大部分硬质阳极氧化工艺均是以20世纪五六十年代所使用的工艺作为基础。当前由于铝合金材料没有较好的耐腐蚀性、耐磨性以及较强的硬度，因此要采取硬质阳极氧化工艺来对铝合金材料进场处理，在其表面上获得一层具备适当厚度的薄膜，进而加强铝合金材料耐腐蚀性、耐磨性以及让其硬度有所提升。从而使铝合金材料在现代工艺中更好被进行使用。
1冶金选铝合金硬质阳极氧化的现状
铝合金材料由于其具备强度高、质量小、易成型、可焊接、及成本低等优点，目前在国防装备、机械工业、汽车工业等领域被人们进行大量使用，铝合金的使用量仅次于钢铁材料。但由于其自身硬度较差以及耐腐蚀性、耐磨性均不理想，因此需对其进行硬质阳极氧化处理，具体可将其分为两种，首先为传统的硬质阳极氧化技术，其次是采取现代制膜工艺在铝质材料表面直接进行成膜。硬质阳极氧化膜，一般是膜层硬度在3500之上且厚度在20μm之上的膜层[1]。而硬质阳极氧化工艺主要作用是把氧化膜的耐磨性及耐腐蚀性进行加强。在二战时期且在五十年代后就已经将铝合金硬质阳极氧化工艺大量运用于多方领域内。当前得以普遍使用的工艺为，第一、在有机酸电解溶液内对铝合金进行硬质阳极氧化。第二、在硫酸电解溶液内对铝合金进行硬质阳极氧化。第三、在混合电解溶液内对铝合金进行硬质阳极氧化。
2冶金选铝合金硬质阳极氧化工艺研究
2.1工艺流程
本次试验选取电解溶液为浓度180g/L的硫酸电解液，选取的试验材料是6063铝合金，材料尺寸是50×60×2毫米，成分含量主要为Al、其他化学成分为Ti、Zn、Cr、Mn、Cu、Fe、Si、Mg，整体氧化面积时60平方厘米。选取的阳极氧化装置包括的结构有：铅板阴极、PVC氧化槽、钛丝挂具、直流电源、制冷压缩机等。硬质氧化工艺具体操作步骤为先进行化学除油，随后进行自来水冲洗，随后进行碱性腐蚀，随后进行自来水冲洗，随后进行电解质中和，随后进行自来水冲洗，随后进行硬质阳极氧化，随后进行自来水冲洗，最后进行封孔处理。
2.2硬质阳极氧化工艺参数
选取的硬质阳极氧化工艺参数为电流密度、氧化时间、氧化温度，在各个工艺参数上分别选择三种不同的情况，选取L9(34)正交表格来对其实行试验设计，探寻氧化层厚度及硬度在各种工艺参数的条件下所呈现的形态[2]。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆先选取TT260覆层测厚仪来对膜厚进行测量，该仪器由北京时代之峰科技公司制造而成。采取涡流法作为测定基础，分别在各个试件上选取5个试验测量点，抛出极小值与极大值进行平均值的获取。随后选择显微硬度计来对膜层硬度进行获取。依循金相试样的规定对试件进行抛光及打磨，准备工作完毕后方可进行试验操作。
2.3工艺试验分析
首先，试件显微硬度及膜厚受电流密度的影响。从试验结果来看，膜厚会伴随电力密度的不断加大而增大。其造成原因是由于氧化膜一旦在阳极处生成完毕，随后就会被电解溶液进行溶解，必须在溶解速率小于氧化膜形成速率的情况下，才可实现氧化膜留存的目的。氧化膜形成会随着电流密度的加大而提高形成速度，因此可使得氧化膜厚度得以加大。氧化膜硬度会由于电流密度的提升而逐步增大，造成其原因为电流密度提升促进氧化膜形成的速度，从而氧化时间被压缩，电溶解液对于氧化膜进行溶解的时间也会被减小，从而致使膜层硬度得以增大。若一旦电流密度太大，会造成进行氧化时出现大量的热能，导致氧化膜溶解速度又一步提高，随即使得膜层硬度有所下降，甚至会导致零件受到烧蚀。结合总体电流密度对于氧化膜的影响来看将其设置为4.0 A/cm2效果最佳。其次，试件显微硬度及膜厚受氧化时间的影响。从试验结果来看，膜厚会伴随氧化时间的不断拉长而增大，若氧化时间太长，则会出现膜层稀松、表面不平和容易脱落的情况。通常氧化时间不可长于90分钟。若氧化时间在60—75分钟区间内，氧化膜硬度会持续增大，但一旦长于75分钟则氧化膜硬度又会适当减小。其原因是因为伴随氧化时间的拉长，导致氧化膜内部温度呈现上升趋势，从而致使氧化膜受到电解溶液的影响，致使氧化膜致密度会有所减少，氧化膜硬度也会随之降低。结合总体氧化时间对于氧化膜的影响来看将其设置为75分钟效果最佳。最后，试件显微硬度及膜厚受氧化温度的影响。从试验结果来看，膜厚会伴随氧化温度的不断提高而减小，其原因是因为由于温度提高，氧化膜受到电解溶液的加强溶解影响，从而氧化膜厚度减小，显微硬度也明显减小。所以，实际氧化流程内需使用一定的方式来对电解溶液温度进行降低，利用强力拌和及强制降温的形式来对电解液温度进行降低。但需注意不可将氧化温度降至太低，否则会出现膜层变脆的情况。从试验中可以得出，氧化温度为-2℃时，膜层即会普遍呈现微小裂痕，但氧化温度为0℃时，则无裂痕出现，结合总体氧化温度对于氧化膜的影响来看将其设置为0℃效果最佳[3]。
总结
综上所述，利用硬质阳极氧化工艺可对铝合金性能缺陷进行弥补，从上述内容可以看出，进行硬质阳极氧化时氧化膜会受到电流密度、氧化时间、氧化温度等工艺参数的影响，从试验中所展示的结果可以得出，电流密度会对氧化膜膜厚造成极大的影响，而三者会同时对膜层显微硬度进行影响。综合上述实验最终确定当电流密度为4.0 A/dm2，氧化时间为75分钟，氧化温度为0℃时氧化膜成膜情况最好。
参考文献
[1] 许海华. 汽车用6063铝合金硬质阳极氧化工艺的研究[J]. 电镀与环保, 2017, 37(4):47-49.
[2] 曹歆昕, 李吉丹, 张晶,等. 2A12铝合金硬质阳极氧化工艺研究[J]. 电镀与精饰, 2017, 39(9):38-41.
[3] 何潘亮, 沈士泰, 卫国英. 硫酸-有机酸混合酸体系中铝合金硬质氧化膜的研究[J]. 电镀与环保, 2017, 37(6):25-28.
论文作者:薛莹
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/19
标签：阳极论文; 铝合金论文; 硬度论文; 工艺论文; 密度论文; 温度论文; 电流论文; 《基层建设》2019年第8期论文;