硬质阳极氧化.docx
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硬质阳极氧化
硬质阳极氧化
通常将氧化膜在20µm以上,硬度（HV）在3500以上的阳极氧化.氧化膜按其硬度分类如下
阳极氧化膜
超硬质
硬质
半硬质
普通
软质
硬度HV
>4500
3500~4500
2500~3500
1500~2500
<1500
获得硬质氧化膜溶液很多,如;硫酸.多种有机酸（’）电源则有交流电，交直流叠加脉冲电流等
硬质阳极氧化处理条件为：
高电流密度低温搅拌。
电流密度为普通阳极氧化的2~3倍。
低温，是为了抑制溶液对膜的溶解，通过搅拌降温。
光用硫酸作电解液，则因硫酸腐蚀
性大，故要求温度小于10°C，此为硫酸硬质阳极氧化法。
若是硫酸中添加有机酸（如苹果酸、乳酸、丙二酸等）则可在常温下氧化，此混合酸硬质阳极氧化法。
这两种方法是目前生产中应用较多的方法。
硬质氧化膜性质
1）硬度铝合金上可达HV400~600,在纯铝上可达HV500以上。
在铝合金中。
LC4合金最易获得硬质氧化膜。
2）耐磨性硬质阳极氧化膜、硬度高、耐磨性好。
由于膜层具有大量微小孔隙可吸附各种润滑亮剂，故可以提高其减摩能力。
各种材料耐磨性比较如下
材料
LG1
L5-1
LF2
硬度镀铬层
硬质镀铬层HV947
硬质阳极氧化膜
磨耗量（mg）
632
540.8
288.2
45.6
29.1
12.3
备注
表中数据为2*10⁴次回转磨耗量，磨耗数为CS-17,压力为10N
3）疲劳性能工件经硬质阳极氧化后，疲劳性能要下降。
下降的原因是膜层内微观裂纹顶端的应力集中造成。
例如，LC₄合金经硬质阳极氧化后疲劳性能下降50%。
硬质阳极氧化对铝合金应力疲劳影响不大，对高应力疲劳性能影响较大。
4）耐热性硬质阳极氧化膜熔点达2050℃，导热系数低至67KW/（m·K）,耐热性极好。
在短时间内经爱1500~2000℃高温没问题。
5）电绝缘性硬质阳极氧化膜电阻率大，经封闭处理（浸绝缘或石腊），击穿电压可达2000V
膜厚µm
未封孔
沸水封孔
沸水和石腊浸渍封孔
25
250
250
550
50
950
1200
1500
75
1250
1850
2000
100
1850
1400
2000
6）耐蚀性耐大气腐蚀。
在3%NaCL盐雾试验中，可经受数千小时。
7）结合强度膜与基体结合强度高。
用一般机械方法难除去氧化膜。
硫酸硬质阳极氧化工艺
1）工艺流程铝工件→化学除油→清洗→中和→清洗→硬质阳极氧化→清洗→封闭→成品
2）溶液配方及工艺条件
配方及工艺条件
1
2
3
硫酸：
ρ＝1.84
200~300g/L
15%
10%
电流密度（A/dm2）
2~5
20~25
25~100
电源
直流
直流
直流
槽端电压（V）
40~90
25→↑60
40→↑120
温度（℃）
-8~10
0
-5~5
搅拌
机械或空气
机械或空气
机械或空气
阴极材料
纯铝或铅板
纯铝或铅板
纯铝或铅板
时间（H）
2~3
2
2
3）溶液配制用蒸馏水或去离子水，CL—含量应≤10%；Mg≤5g/L，否则会影响氧化质量与硫酸进行配制。
4）各种影响膜质量的因素
a）温度影响极大通常，溶液温度下降膜硬度及耐磨性提高，一般温度应在↑↓2℃为宜。
b）溶液浓度硫酸含量一般在10~30%，浓度低，膜硬度高，特别结纯AL件，更是。
对含Cu量较高的铝合金（LY12除外）。
可用高浓度（200~300g/L）硫酸溶液氧化处理
c）阳极电流密度电流密度增大，氧化膜生成速度快，氧化时间短，膜硬度及耐磨性提高。
但超过极限电流密度时，氧化时发热增快，阳极（工件）界面温度过高，膜溶解速度加快膜的硬度下降。
d）合金成分合金元素及杂技影响膜的均匀性及质量。
如Si影响膜的颜色。
含3%以上的Cu或7.5%以上的Si的铝合金不适于用硬质阳极氧化处理，但若提高电流密度，采用交直流重叠法，或脉冲电流法氧化可得到成功
5）操作要求
a）局部硬质氧化绝缘对工件需进行局部硬质阳极氧化时，应对其余部分进行绝缘保护。
绝缘保护方法是：
将配好的绝缘胶喷涂（或刷或浸）于需保护部位，刷一次烘干一次，共2~4次。
氧化后，胶可用50~70℃热水洗去，绝缘配制如下
配方
成分
备注
1
Q98-1硝基胶5份
用X-1稀释搅拌均匀，工作粉度，刷涂为20~30s（4号粘度计）
Q04-3红色硝基磁漆
烘干温度室温
烘干时间30~60min
2
G98-1过氯乙烯胶液100g
用X-3稀释搅拌均匀，调至适当粘度刷涂或浸涂
G51-1红色过氯乙烯防腐漆15~20g
3
聚乙烯醇100g
将聚乙烯醇溶于香蕉水中成胶液状或烘干，60~70℃30min
香蕉水500L
固化时间、温度4H
4
地蜡40%
于140~170℃溶解混匀后刷涂
蜂蜡50%
凡士林10%
（2）J电压电流控制
电压控制：
开始氧化时间电压为9~12V，最终电压可根据膜厚度及材料再定。
电流控制：
用直流电恒电流法。
氧化开始电流密度为0.5A/dm2,在25min内分5~8次逐渐升高到5A/dm2,然后保持电流密度恒定，每隔5分种调节一次电流，至氧化结束。
氧化过程中，要经常注意电压与电流状况，若有电流突增或电压突降现象发生，应立即断电检查工件一般是由于工件膜层溶解造成。
（3）对工件的要求工件表面粗糙度应低于0.8µm；所有锐边、锐角均应倒圆角、半径不小于0.5mm；有螺纹表面不得划伤，，如LF2,LF21.LC4.ZL101等合金工件，螺纹顶部和根部应倒圆角，其半径为0.2mm，氧化处理表面粗糙度应低于1.6mm此外，硬质氧化后工件尺寸会增加（约为膜层厚度的一半），因此，对氧化后要进一步加工件应留出加工余量。
（4）对挂具、夹具要求
挂具：
所有挂具与工件触点，均由铝、铝镁合金、铝硅镀合金制，要求导电好，其余部分进行绝缘保护处理
夹具：
设计专用夹具，保证与工件良好电接触并可高电压及电流。
6）常见缺陷及处理方法
缺陷
原因
处理方法
氧化膜厚度不够
a）氧化时间短
b）电流密度小
c）氧化面积计算不准
1）加长时间
2）加大电流
3）重算氧化面积
氧化硬度不高
a）溶液温度太高
b）电流密度太大
c）厚度太厚
1）降低温度
2）减小电流
3）缩短氧化时间
氧化膜被击穿（或烧杯工件）
a）合金中Cu含量过高
b）工件散热不好
c）工件与挂具接触不良
d）氧化时通电太急
1）换铝材
2）加强搅拌
3）改善接触
4）改善操作条件
混合酸硬质阳极氧化
混合酸硬质阳极氧化溶液配方及工艺条件
不同牌号铝合金的典型用途
1050食品、化学和酿造工业用挤压盘管，各种软管，烟花粉
1060要求抗蚀性与成形性均高的场合，但对强度要求不高，化工设备是其典型用途
1100用于加工需要有良好的成形性和高的抗蚀性但不要求有高强度的零件部件，例如化工产品、食品工业装置与贮存容器、薄板加工件、深拉或旋压凹形器皿、焊接零部件、热交换器、印刷板、铭牌、反光器具
1145包装及绝热铝箔，热交换器
1199电解电容器箔，光学反光沉积膜
1350电线、导电绞线、汇流排、变压器带材
2011螺钉及要求有良好切削性能的机械加工产品
2014应用于要求高强度与硬度（包括高温）的场合。
飞机重型、锻件、厚板和挤压材料，车轮与结构元件，多级火箭第一级燃料槽与航天器零件，卡车构架与悬挂系统零件
2017是第一个获得工业应用的2XXX系合金，目前的应用范围较窄，主要为铆钉、通用机械零件、结构与运输工具结构件，螺旋桨与配件
2024飞机结构、铆钉、导弹构件、卡车轮毂、螺旋桨元件及其他种种结构件
2036汽车车身钣金件
2048航空航天器结构件与兵器结构零件
2124航空航天器结构件
2218飞机发动机和柴油发动机活塞，飞机发动机汽缸头，喷气发动机叶轮和压缩机环
2219航天火箭焊接氧化剂槽，超音速飞机蒙皮与结构零件，工作温度为-270~300℃。
焊接性好，断裂韧性高，T8状态有很高的抗应力腐蚀开裂能力
2319焊拉2219合金的焊条和填充焊料
2618模锻件与自由锻件。
活塞和航空发动机零件
2A01工作温度小于等于100℃的结构铆钉
2A02工作温度200~300℃的涡轮喷气发动机的轴向压气机叶片
2A06工作温度150~250℃的飞机结构及工作温度125~250℃的航空器结构铆钉
2A10强度比2A01合金的高，用于制造工作温度小于等于100℃的航空器结构铆钉
2A11飞机的中等强度的结构件、螺旋桨叶片、交通运输工具与建筑结构件。
航空器的中等强度的螺栓与铆钉
2A12航空器蒙皮、隔框、翼肋、翼梁、铆钉等，建筑与交通运输工具结构件
2A14形状复杂的自由锻件与模锻件
2A16工作温度250~300℃的航天航空器零件，在室温及高温下工作的焊接容器与气密座舱
2A17工作温度225~250℃的航空器零件
2A50形状复杂的中等强度零件
2A60航空器发动机压气机轮、导风轮、风扇、叶轮等
2A70飞机蒙皮，航空器发动机活塞、导风轮、轮盘等
2A80航空发动机压气机叶片、叶轮、活塞、涨圈及其他工作温度高的零件
2A90航空发动机活塞
3003用于加工需要有良好的成形性能、高的抗蚀性可焊性好的零件部件，或既要求有这些性能又需要有比1XXX系合金强度高的工作，如厨具、食物和化工产品处理与贮存装置，运输液体产品的槽、罐，以薄板加工的各种压力容器与管道
3004全铝易拉罐罐身，要求有比3003合金更高强度的零部件，化工产品生产与贮存装置，薄板加工件，建筑加工件，建筑工具，各种灯具零部件
3105房间隔断、档板、活动房板、檐槽和落水管，薄板成形加工件，瓶盖、瓶塞等
3A21飞机油箱、油路导管、铆钉线材等；建筑材料与食品等工业装备等
5005与3003合金相似，具有中等强度与良好的抗蚀性。
用作导体、炊具、仪表板、壳与建筑装饰件。
阳极氧化膜比3003合金上的氧化膜更加明亮，并与6063合金的色调协调一致
5050薄板可作为致冷机与冰箱的内衬板，汽车气管、油管与农业灌溉管；也可加工厚板、管材、棒材、异形材和线材等
5052此合金有良好的成形加工性能、抗蚀性、可烛性、疲劳强度与中等的静态强度，用于制造飞机油箱、油管，以及交通车辆、船舶的钣金件，仪表、街灯支架与铆钉、五金制品等
5056镁合金与电缆护套铆钉、拉链、钉子等；包铝的线材广泛用于加工农业捕虫器罩，以及需要有高抗蚀性的其他场合
5083用于需要有高的抗蚀性、良好的可焊性和中等强度的场合，诸如舰艇、汽车和飞机板焊接件；需严格防火的压力容器、致冷装置、电视塔、钻探设备、交通运输设备、导弹元件、装甲等
5086用于需要有高的抗蚀性、良好的可焊性和中等强度的场合，例如舰艇、汽车、飞机、低温设备、电视塔、钻井装置、运输设备、导弹零部件与甲板等
5154焊接结构、贮槽、压力容器、船舶结构与海上设施、运输槽罐
5182薄板用于加工易拉罐盖，汽车车身板、操纵盘、加强件、托架等零部件
5252用于制造有较高强度的装饰件，如汽车等的装饰性零部件。
在阳极氧化后具有光亮透明的氧化膜
5254过氧化氢及其他化工产品容器
5356焊接镁含量大于3%的铝-镁合金焊条及焊丝
5454焊接结构，压力容器，海洋设施管道
5456装甲板、高强度焊接结构、贮槽、压力容器、船舶材料
5457经抛光与阳极氧化
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