硬质阳极氧化处理.docx
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硬质阳极氧化处理
硬质阳极氧化处理
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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JISH8603[铝及铝合金的硬质氧化皮膜]对一些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。
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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JISH8603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,A3
004,A5005,A5N01,A6061,A6063,A6N01
2类（a）A2011,A2014,A2017,A20242类（b）A5052,A5056,A5083,A7075,A7N013类（a）AC4C,AC7AADC5,ADC63类（b）AC1B,AC2A,AC3AC3A,ACADC1,ADC3,A
4B，AC5A,ACB8A,AC9ADC10,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CuAl
对硬质皮膜有影响，无法得到性能良好的皮膜。
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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。
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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。
2处理方法电解液主成分电源?
电压V电流密度A/dm浴温度?
参考硫酸浴硫酸18％标准DC?
~603.50硫酸?
草酸添加浴硫酸15％草酸1％DC?
25~1001.5~3.50~10硫酸浴交直重叠法硫酸～25％DC＋~802000系等2~40~5
AC~601~3
草酸法交直重叠法草酸5～10％DC＋30~602~315~20
AC40~601~2
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，还有皮膜溶解少可以在常温下处理的溶液。
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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1/3~1/2,在材料的外测成长，需要注意对产品尺寸的影响。
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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。
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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。
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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，表面硬度越低。
皮膜越厚，
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此差越大。
因此测量要在皮膜中央进行。
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耐磨耗性大多使用平板旋转磨耗试验（taper磨耗试验），JIS中使用往复运动平板摩擦
和喷射磨耗试验，平板旋转摩耗实验，三种方法任选其一。
磨耗状态多种多样，耐磨耗试验
也要根据其使用选择相应的试验方法。
平板旋转摩擦是在一个方向上的褶动磨耗实验，往复
运动平面磨耗反转、反复褶动磨耗方向的实验，喷射磨耗则是在一定压力下喷射人造研削材
料的实验。
阳极氧化皮膜容易受湿度影响，求磨耗导致的重量减少量时，对实验室的环境特别是适
度管理有要求。
往复运动平面磨耗试验和喷射磨耗实验使用的磨耗机、研磨纸、研磨剂、实
验时期、环境都会导致数据变动，所以每个试验结果缺乏相关性。
为解决这个问题，JIS中采用了耐磨耗试验基准试验片（H8601附属书1），用基准实验片的测定值和比率表示。
另
外，硬质皮膜除对耐腐蚀性有要求外，一般不仅行封孔处理。
因为封孔处理回导致耐磨耗性
降低。
表3表示的是在平板旋转磨耗实验中，封孔处理对耐磨耗性的影响。
表4往复运动平面磨耗、喷射磨耗、平板旋转磨耗的相互关联。
表5各种材料和硬质皮膜耐磨性的比例关系。
表3皮膜硬度和平板旋转摩擦
材料膜厚25?
50?
80?
皮膜硬度平板磨耗皮膜硬度平板磨耗皮膜硬度平板磨耗A5052未封孔422HV10.2mg409HV11.0mg416HV18.6mg
封孔42727.141822.542538.4A1050未封孔41811.242510.541111.1
封孔43316.243617.442719.2注）平板摩擦根据CS-17。
封孔镍盐90?
?
20分
表4JISH8603硬质皮膜耐磨耗性试验
材料往复运动平面摩擦喷射摩擦平板旋转摩擦
ds磨耗d/?
比率?
秒S/?
比率CS-17.mg
量?
105070016.243.2110051.12855.71008.18.99.3201430024.212.4028.749.21302.645.622.8－－
30024.112.4428.852.11202.340.322.3－－202430025.311.8627.452.41302.543.9－24.8－
30021.314.0832.648.61302.747.4－23.6－707570028.224.8257.449.11503.154.4－－13.2
70025.825.862.853.11803.459.6－－16.5表5各种材料和硬质皮膜耐磨耗行的比较
试验片磨耗量（mg）
硬质皮膜（M.H.C法?
A1050）12.3
镀硬铬（HV945）45.6
镀硬铬（HV1003）29.1
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SK4钢（淬火）18.6
A5052（无处理）388.4
A1100（无处理）540.8
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硬质氧化皮膜厚耐腐蚀性很高。
除非需要一般不作封孔处理。
封孔处理会降低耐磨耗性。
因此，对耐腐蚀性有要求时，可以进行低温封孔或铬酸封孔。
耐腐蚀性试验一般用盐雾实验，
判定方法由合作双方商定。
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1550?
的氧化膜电阻在20?
时，为4×10ohm/cm，在各种绝缘材料中是最高的。
根据利
用绝缘性的目的，测试方法有所不同，JIS中指定绝缘力实验法（JISH8687）。
表6皮膜厚度和绝缘破坏电压（JIS法）
材料：
1050升压速度：
25V/sec封孔处理：
沸水30分
皮膜厚度封孔未封孔
10?
464V454V
2518321556
5033622294
8037422540
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硬质氧化皮膜的热传导性特别小。
皮膜在短时间加热可以耐2000?
高温，防止素材融化。
持续加热到200?
，皮膜性质无变化。
JISH8603规定的硬质氧化皮膜性质中，最重要的硬度和耐磨性如表7所示。
※耐磨耗性测试1
种类皮膜硬度（HV）往复运动%喷射磨耗平板转动摩擦
※※平面摩擦3%3Mg
1类400以上80以上80以上15.0以下
2类（a）250以上30以上30以上35.0以下
2类（b）300以上55以上55以上25.0以下
※※※3类（a）250以上222
※※※※3类（b）2222
※※※注）1在当事者双方选择2根据当事者双方的协定3跟耐磨耗性基准片的比（%）
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硬质处理的零件除非式样书上以有规定，一般都是在热处理、机械加工、溶接、成形等
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处理厚进行阳极氧化。
52mark
硬质氧化和普通氧化皮膜不同，需要在高电流下长时间电解，需要一个结实的通电接点。
所以需要制定产品功能性上重要和允许作接点的部分。
5.3
阳极氧化对于锐角和内角不能充分氧化，需要将其事先打磨为圆弧角，一般为了避免拐
角处无法生成氧化膜，要根据需要的膜厚表8对拐角进行打磨（图1）。
54masking
在不需要氧化膜的地方用1）用橡胶或塑料的防氧化栓2）涂特殊的涂料3）粘胶布等方法进行遮蔽。
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为提高硬质皮膜褶动磨耗初期的，降低摩擦系数，提高耐久性，在硬质皮膜上浸渍
或吸附各种润滑剂、分散固体润滑剂形成涂层。
表8公称皮膜膜厚和角部曲率半径
公称皮膜膜厚MIL表示的R要求R25?
0.8mm1.0mm50?
1.62.075?
2.43.0100?
3.24.0注）MILA8625TYPE?
硬质皮膜表示值
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今年8月修订的JISH8603中已取消工业限定，硬质氧化今后可以用在个多产品上。
因此，处理金属的性质会有所增加，皮膜性能也会继续增加。
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