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电化学氧化处理 阳极氧化 电化学氧化处理 阳极氧化 铝及其合金在相应的电解液和特定的工艺条件下 由于外加电流的作用 在铝制品 阳 极 上形成一层氧化膜的过程称为阳极氧化 阳极氧化按其电解液种类和膜层性质可分为硫 酸 铬酸 草酸 混酸 硬质及瓷质阳极氧化法 近年来由于建筑业和汽车工业大量使用铝合金型材 铝阳极氧化和着色技术获得了迅速 的发展 一 各种电解液阳极氧化的工艺特点 一 各种电解液阳极氧化的工艺特点 1 硫酸法 成分简单稳定 操作容易 成本低廉 常温阳极氧化可获得厚 5 m 25 m 的无色透明膜 多孔吸附性强 容易着色 硫酸低温硬质氧化可获得数十至百微米的硬质 膜 2 铬酸法 所得膜层厚度只能达 2 m 5 m 膜层质软弹性高 能保持原来零件的精 度和表面粗糙度 基本上不降低材料的疲劳强度 膜不透明呈灰白至深灰色 孔隙少不能着 色 铬酸膜与有机物结合强固 不但是油漆的良好底层 而且广泛用作与橡胶的粘结件 3 草酸法 草酸对膜层溶解力小 容易获得硬而厚的膜层 膜孔隙小 耐蚀 耐磨和 绝缘性比硫酸法高 但不容易着色 草酸法成本高 电耗大且有毒性 应用受到局限 主要 用作绝缘保护膜 外观呈淡草黄色 也常作日用品的防护 装饰用 4 混酸法 以硫酸为主 加入少量草酸等二元酸 以获得较厚的膜 同时扩大使用温 度的上限值 氧化膜的特性与硫酸相似 5 瓷质阳极化 在特殊的电解液中 在硬铝的抛光表面上可获得光滑的 类似搪瓷般 的不透明白色膜而得名 其特点是有瓷质感 硬度高 耐磨性好 其绝热 绝缘 耐蚀性优 于硫酸膜 有良好的吸附活性 可染成各种颜色 在仪器仪表和日用品方面有广泛的应用前 景 缺点是成本高 生产控制较难 二 铝硫酸阳极氧化机理 二 铝硫酸阳极氧化机理 一 电极反应 铝阳极反应是相当复杂的 至今仍有不少问题未弄清楚 这里描述两种观点 仍然不是 定论 早期的观点认为阳极上产生的活性氧直接氧化铝 其反应为 现代应用电子显微镜 示踪原子等手段研究后 对氧化膜形成过程 生成膜的地点提出 了新的观点 在阳极上铝原子失去电子而氧化 与铝结合的氧离子来源于哪个原子团或离子呢 仍不得而知 一种假说认为由 OH 电离而 来 在硫酸电解液中用 180 和160 同位素进行实验表明 在电场下氧离子的扩散速度比铝离子 扩散速度快 氧化膜是由于氧离子扩散到阻挡层内部与铝离子结合而形成的 新的氧化膜在 铝基 阻挡层界面上生长 氧化膜内的离子电流 60 由氧离子 40 由铝离子输送的 氧化膜为双层结构 内层为致密无孔的 Al2O3 称为阻挡层 外层是由孔隙和孔壁组成 的多孔层 在氧化膜 溶液界面上 即孔底和外表面 则发生氧化膜的化学溶解 阴极上发生氢离子的还原反应 二 氧化膜的生成过程 二 氧化膜的生成过程 氧化膜的生成是在生长和溶解这对矛盾运动中发生和发展的 通电瞬间 由于氧和铝有 很大亲和力 在铝上迅速形成一层致密无孔的阻挡层 其厚度取决于槽电压 一般为 l5nm 左右 它具很高的绝缘电阻 由于氧化铝比铝原子体积大故发生膨胀 阻挡层变得凹凸不平 这就造成了电流分布不均匀 凹处电阻较小而电流大 凸处则相反 凹处在电场作用下发生 电化学溶解 以及由硫酸的浸蚀作用而产生化学注解 凹处加深逐渐变成孔穴 继而变成孔 隙 凸处变成孔壁 阳极氧化时阻挡层向多孔层转移的模型 如图 9 3 1 所示 铝氧化膜的生长规律可通过测定硫酸阳极氧化时的电压 时间特性曲线来说明 见图 9 3 2 图 9 3 2 的曲线可分为三段 每段都反映氧化膜的生长特点 图 9 3 1 铝阳极氧化膜生长阶段示意图 图 9 3 1 铝阳极氧化膜生长阶段示意图 图 9 3 2 铝阳极氧化的特性曲线 图 9 3 2 铝阳极氧化的特性曲线 A 段通电瞬间电压直线上升 说明形成了电阻很大的阻挡层 这时膜的生成占主导 阻 挡层的厚度取决于外电压 每增加 1V 阻挡层增厚 1nm 例如 15V 时阻挡层为 15nm A 段为 阻挡层形成段 B 段阳极电压达到最大值后开始下降 最大值就是阻拦层在某一外电压下达到的极限厚 度 此时由于阻挡层膨胀 凹处受电化学和化学溶解出现孔穴 电阻下降 电压下降 0 2 离子通过孔穴扩散与 Al 3 结合成新的阻拦层 C 段约经 20s 后 电压和电流均趋于平稳 反应在阻挡层和铝基界面上不断增厚 孔穴 逐渐加深成孔隙 由孔隙和孔壁构成的多孔层在不断增厚 孔壁与电解液接触部分的氧化膜 不断被溶解 而且氧化膜也被水化 内部阻挡层的生长和溶解的速度达到动态平衡 阻挡层 厚度维持不变 这是电流和电压平稳的原因 多孔层的厚度取决于电解液的种类 浓度及工艺条件 氧化膜的成长依然遵循法拉第定 律 在一定电流密度下 厚度随时间成比例增加 但由于氧化生成热和电解液的焦耳热使溶 液温度升高 多孔层的溶解加速 当多孔层的形成速度和溶解速度达到动态平衡时 膜厚达 到极限值 所以欲得厚膜一定要强制冷却电解液 三 电渗现象 三 电渗现象 氧化膜生长过程的电渗现象是氧化膜生长的必备条件 它使电解液在孔内不断循环更 新 电渗产生的原因可作如下解释 在电解液中水化了的外层氧化膜带负电荷 而在其周围 的液层中紧贴着带正电荷的铝离子 由于电位差的作用 带电质点相对于固体壁发生电渗液 流 即贴近孔壁带正电荷的液层向外部流动 而外部的新鲜电解液则沿孔的中心轴向孔内流 动 使孔内电解液不断更新 导致孔隙加深扩大 见图 9 3 3 四 铝阳极氧化膜的结构 四 铝阳极氧化膜的结构 氧化膜是由阻挡层和多孔层组成的 多孔层是由许多具有六角柱状的氧化物基组 膜胞 组成的 见图 9 3 4 每个膜胞的中心有一个星形小孔 形似蜂窝状结构 孔壁的厚度是 孔隙直径的两倍 在硫酸中阳极氧化膜平均孔隙率为 l0 l5 l m 2的表面上大约有 800 个小孔 图 9 3 3 氧化膜孔中的电渗液流动 图 9 3 3 氧化膜孔中的电渗液流动 图 9 3 4 阳极氧化膜结构示意图 图 9 3 4 阳极氧化膜结构示意图 三 硫酸法防护 装饰性阳极氧化 三 硫酸法防护 装饰性阳极氧化 一 防护 装饰阳极化工艺流程一般铝制零件 机械 磨 抛光 除油脂 清洗两次 化学抛光或电解抛光 清洗两次 阳极氧化 清 洗 中和 清洗 染色 清洗 封 孔处理 机械光亮 成品检验 建筑铝型材 装料 脱脂 清洗 碱蚀 热水洗 冷水洗 中和出光 清洗两次 阳极氧化 清洗 两次 电解着色 清洗 捕子水叫誓蒙篆嚣二瑟瑟焉靓 卸架龇 二 建筑铝型材的碱蚀工艺 1 碱蚀的目的 碱蚀是建筑铝型材氧化之前最关键的预处理工序 其目的为除去残存的自然氧化膜 脱 脂溶解基体的残留物 深入基体表面层的油脂等污物 除去型材表面的变质合金层 消除模 具痕 划伤等其他表面缺陷 调整和整平基体表面使其均匀一致 2 碱蚀工艺规范 见表 9 3 4 表 9 3 4 铝型材碱蚀工艺规范 表 9 3 4 铝型材碱蚀工艺规范 3 成分和工艺条件的影响 I 氢氧化钠 碱蚀槽中的苛性碱系指游离量 其含量对于保障碱蚀质量 防止水解 均起重要作用 有长寿命碱蚀剂存在时 40g L 之间碱蚀速度基本相同 大于 70g L 碱蚀 速度又随浓度升高而加快 所以保持 50g L 60g L 之间最好 生产中每日分析一次游离 碱 及时补充 2 长寿命碱蚀剂 是防止偏铝酸钠水解形成硬铝石的必要成分 它是由多种化合物 络 合剂 加速剂 缓蚀剂 整平光亮剂及润湿剂等 复配而成的 国产品的质量和功能已达到 进口品的水平 通常加 20g L 浓缩液即可 一般凭经验进行补加 含量不足时碱蚀液泛白 气泡消失 也可按碱量补加 即苛性钠与碱蚀剂按 5 l 的比例添加 3 温度 随温度升高 碱蚀速度呈线性升高 温度大于 70 易产生过腐蚀 出现砂面 亚光等现象 温度过高还会导致晶间腐蚀加剧 温度低于 40 碱蚀速度很慢 挤压丝纹不 易消除 最好在 50 60 下使用 不用时亦应保温 防止温度低偏铝酸钠水解生成 Al OH 3 沉淀 4 时间 碱蚀时间受碱浓度 温度 铝离子溶存量的影响 通常在 50g L 60g L 碱量和 50 60 下碱蚀 4min 6min 是适当的 时间太短 挤压纹不能消除 太长则易产 生过腐蚀 一般银白材比着色材碱蚀时间要长一点 5 溶存铝离子浓度的影响 碱蚀液中要有一定的铝离子存在才能正常工作 新配槽液 要加 些铝屑溶于液中 铝离子小于 30g L 碱蚀时间要特别控制 这时易发生过腐蚀 30g L 45g L 时碱蚀操作最容易 碱蚀质量好 铝离子更高时 缓蚀作用显著 不易发生过 腐蚀 整平性能提高 碱蚀时间可延长 适合于得亚光和砂面层 铝离子溶存量对碱蚀质量影响的基本规律 列于表 9 3 5 表 9 3 5 碱蚀质量与铝离子溶存量的关系 表 9 3 5 碱蚀质量与铝离子溶存量的关系 三 铝及其合金防护装饰阳极氧化工艺 三 铝及其合金防护装饰阳极氧化工艺 1 硫酸阳极氧化工艺规范 见表 9 3 6 表 9 3 6 硫酸阳极氧化工艺规范 表 9 3 6 硫酸阳极氧化工艺规范 2 混酸阳极氧化工艺规范 见表 9 3 7 表 9 3 7 混酸阳极氧化工艺规范 表 9 3 7 混酸阳极氧化工艺规范 3 溶液的配制方法 在槽中加人总体积 3 4 的去离水 启动空气搅拌机 将计算量的硫酸缓慢加入槽中 按配方要求加入二元酸和多元醇 混合搅拌至完全溶解 加水至总体积 加一些脱脂的铝屑 或旧氧化液 使铝离子含量达到 1g L 左右 即可使用 4 各成分和工艺参数的影响 1 硫酸 在一定的氧化时问内 氧化膜的厚度取决于氧化膜的溶解和生长速度的比率 通常随硫酸浓度增加氧化膜溶解速度增大 反之亦然 氧化开始时氧化膜的成长速度浓溶液 比稀溶液快 但随氧化时间延长 浓溶液中膜的成长速度反而比稀溶液慢 硫酸浓度偏高孔隙率增加 容易染色 一般防护一装饰氧化采用 18 20 的硫酸 由于浓度高时膜层的硬度 耐磨性 耐蚀性下降 带出损失多 故建筑铝型材阳极氧化采用 l5 左右下限浓度 加有镍盐的电解液 可使用较高的电流密度 为保持膜层的高生长速度 和溶液的导电性 故采用较高的硫酸 2 铝离子 新配槽时 必须要有 lg L 以上的铝离子存在才能获得均匀的氧化膜 以 后在生产中由于膜的溶解 铝离子会不断积累 铝离子的浓度影响电流密度 电压 耐蚀性 和耐磨性 铝离子积累导致游离硫酸降低 导电性下降 当定电压生产时 电流密度则降低 造成膜厚度不足 透明性下降 甚至出现白斑等不均匀现象 对控制电流工作时 会引起电 压升高 电耗增大 若溶液无铝离子 膜层耐蚀 耐磨性差 Al 3 1g L 5g L 耐蚀 耐磨性好 Al3 继续 增加耐蚀 耐磨性明显下降 一般铝离子控制在 2g L 12g L 范围内 极限浓度为 20g L 大于此值必须部分更 新溶液 即抽出 1 3 的溶液补充去离子水和硫酸 旧氧化液可用于铝型材的脱脂工序 3 镍盐 在快速氧化液中加入 8g L 10g L 硫酸镍可提高氧化速度 扩大电流密度 和温度的上限值 其作用机理不明 4 添加剂 交流氧化时加入添加剂可获得厚度均匀 不发黄 硬度较高的膜层 克服 了常规交流氧化存在的厚度不能增加 膜层均匀性差 膜硬度低 外观发黄等缺点 膜层质 量可与直流氧化媲美 5 草酸和甘油 加入二元酸和三元醇 可提高氧化膜硬度 耐磨和耐蚀性 一般认为 它们可吸附于氧化膜上 形成一层使 H 浓度大为降低的缓冲层 致使膜溶解速度降低 温 度的上限值亦可提高 6 温度 氧化温度是一个影响膜层性质起主导作用的参数 温度升高溶液黏度降低 电流密度升高 电压恒定时 或电压降低 电流恒定时 有利于提高生产率和降低电耗 但却带 来电解液对膜溶解的加剧 造成膜生成率 膜厚和硬性度降低 耐磨和耐蚀性下降 若同时 电流密度也低则会出现粉状膜层 氧化温度高还会出现膜层透明度和染色性降低 着色不均 匀 最优质的氧化膜是在 20 l 的温度下获得的 高于 26 膜质量明显降低 而低于 l3 氧化膜脆性增大 阳极氧化是放热反应 膜的生成热很高 同时电解液内也产生焦耳热 Q 12R 氧化时溶 渡温度会不断升高 所以必须采用强制冷却法降低温度 每 m 3电解液需要用 4180kJ h 的 制冷量 7 电流密度 是阳极氧化的重要参数 提高电流密度 嗅生成速度加快 生产效率提 高 孔隙率增加易于着色 但温度不能过高 否则温升加快 膜溶解加快 对复杂零件还会 造成电流分布不均引起厚度和着色不均匀 严重还会烧蚀零件 在搅拌强 制冷好的前提下 可采用电流密度上限值 以提高工作效率 但电流密度也不宜低于 0 8A dm 2 否则质量降 低 8 电源波形和电压的影响 铝阳极氧化可使用直流电源 脉冲电源 交流电源以及交 直流叠加电源 硫酸法一般用连续波直流电源 电流效率高 硬度高和耐蚀性好 当操作条件掌握不当 时易出现 起粉 和 烧焦 等现象 采用不连续波直流电时 如单相半波 由于周期内存 在瞬间断电过程 创造了表面附近热量及时散失的条件 与脉冲电流类似 降低了膜层溶解 速度 因此可提高极限厚度 允许提高电流密度和温度的上限值 能避免 起粉 烧焦 和孔蚀现象 但是生产效率降低 脉冲电源阳极氧化比直流电源阳极氧化膜层性能好 可全面提高氧化质量和氧化速度 见表 9 3 8 还可避免 起粉 和 烧焦 等现象 可使用较高的电流密度 缩短氧化 时间 30 节约电能 7 现在用于建筑铝型材阳极化的大功率的单向脉冲电源已问世 如 日本的 慢 脉冲电源 意大利的 快 脉冲电源 国产 5000A 10000A 的脉冲电源已用于 生产 表 9 3 8 脉冲阳极化膜与直流阳极化膜的比较 表 9 3 8 脉冲阳极化膜与直流阳极化膜的比较 交流电氧化是一种不用整流设备 将市电经变压器降压后直接可作电源 两极均可氧化 因此交流电氧化具有成本低 功效高 节能等一系列优点 由于存在负半周 所以获得的氧 化膜孔壁薄 孔隙率高 质软 透明度高 染色性好 但硬度低 耐磨性差 膜层带黄色 难以获得 l0 m 以上的厚度 往电解液中加入添加剂 可获得硬度高 耐蚀性好 无黄色的 较厚的氧化膜 既适用 于 Al Si A1 Cu 系等难氧化的铝合金 又可适用于一般纯铝和建筑铝型材 因此是一种 大有发展前途的氧化电源 交直流叠加电源 常用于草酸阳极氧化 日本和德国应用较多 电压与阻挡层厚度和电流密度有依赖关系 电压高阻挡层增厚 孔壁增厚 耐蚀和耐磨 性提高 但孔隙率降低 着色性能下降 电压升高电流密度也高时 还容易造成氧化膜 烧 焦 电压升高电能耗损增大 电压也不能低于 12V 否则硬度低 耐磨 耐蚀性差 一般 装饰性氧化采用 l2V 16V 铝型材采用 18V 一 22V 9 搅拌 阳极氧化时产生的热量如积存在氧化膜表面附近的液层 会导致氧化膜溶解 和综合性能下降 因此除冷却电解液外尚需搅拌电解液 使零件附近的热量迅速散失 搅拌 可采用电解液体外循环 从表面吸入经热交换后再从槽底管子中喷入 也可从槽底吹入干燥 的压缩空气 空气吹入量为 12m 3 h 36m3 h 空气压力取决于槽深度 槽深 lm 压力为 l 5kPa 5kPa 槽深 3m 为 8kPa 15kPa 10 氧化时间 硫酸法氧化膜的厚度与氧化时间的关系取决于槽温和电流密度 通常防 护一装蚀性氧化膜厚度 一般零件 6 m 12 m 建筑铝型材要求 l5 m 3 m 因此 氧 化时间为 20min 50min 氧化时间长 氧化厚度并不会按正比增加 还会降低膜层质量 若采用电流密度为 1A dm 2氧化 膜厚在 6 m 14 m 内 可按下列经验公式粗略计算 膜层平均厚度 膜厚 m 0 25 氧化时间 min 以上各种因素对硫酸阳极氧化膜综合影响结果列于表 9 3 9 表 9 3 9 成分和工艺参数对膜层综合性能的影响 表 9 3 9 成分和工艺参数对膜层综合性能的影响 11 生产管理注意事项 挂具和氧化零件的材质应相同 并且一定要绑紧 防止移动时松动 铝型材在进入氧 化前还要紧一下绑扎线 形状各异或合金成分不同的制品 不宜在同一槽中氧化 否则厚度不均引起着色不均 匀 一般氧化初期中断电流影响不明显 但氧化一段时间后断电将产生两层结构 膜层性 能恶化 每槽氧化面积与槽液体积有关 每立方米电解液最多一次氧化 3 3m 2的零件 通电量与溶液体积的关系 体积电流密度为 0 3A L 为限 阳极氧化可能产生和带入的杂质有 C1 N0 F一 CrO 4 2 Al3 Cu2 Pb2 Fe2 Mn2 M92 等 阴离子对氧化影响最大 允许量为 C1 0 05g L F 0 01g L N0 3 0 02g L 这些离子含量高时孔隙率升高 氧化膜表面粗糙和疏松 甚至造成局部腐蚀 严重时造成制 品穿孔 Cu 2 Pb2 Mn2 使氧化膜产生黑条纹 发蒙等 着色困难 用低电流密度电解除去 A1 3 Si 影响膜色泽 透明性和抗蚀性 Al3 前已述及 Si 常悬浮溶液中 通过过滤除 去 5 常见故障及纠正方法 见表 9 3 10 表 9 3 10 常见故障及纠正方法 表 9 3 10 常见故障及纠正方法 四 硬质阳极氧化 一 硬质阳极化的特点和用途 四 硬质阳极氧化 一 硬质阳极化的特点和用途 1 色泽 膜层外观呈灰 褐至黑色 与材质成分和工艺有关 而且温度愈低 膜层愈 厚则色泽愈深 2 厚度 厚度最高可达 250 m 所以又称为厚膜氧化 3 硬度 氧化膜硬度很高 在纯铝上 HVl200 HVl500 在铝合金上硬度显著降低 HV400 左右 由于微孔可吸附润滑剂 故能提高耐磨能力 4 耐蚀 具有很高的抗蚀性 尤其在工业大气和海洋性气候中有卓越的耐蚀性 5 结合力 与基体结合十分强固 6 绝缘和约热性 硬质膜电阻大 膜厚 l00 m 可耐 2000V 以上 熔点达 2050 导 热系数低至 67kW m K 是极好的耐热材料 由于硬质氧化膜的优良特性 故应用很广 主要用于制造耐热 耐磨 绝缘性要求很高 的铝质零件 如活塞 汽缸 轴承 水电设备叶轮等 二 硬质膜的生长过程和结构特点 氧化膜的生成机理与普通硫酸阳极化相同 但为获得厚而硬的膜层需强制冷却电解液 采用高电压和大电流使膜的生成速度远大于溶解速度 由于氧化条件的改变 使膜层结构亦 发生变化 构成了硬质膜生长过程的新特点 见图 9 3 5 由图 9 3 5 可知特性曲线与普通阳极化相似 又有其自身的特点 第 1 段是阻挡层形 成段 其厚度达 l00nm 120nm 第 2 段为孔穴的生成 这两段与普通阳极化相同 第 3 段 为多孔层形成和加厚 与常规氧化明显不同 这时随膜 图 9 3 5 铝硬质阳极氧化特性曲线 图 9 3 5 铝硬质阳极氧化特性曲线 增厚电阻增加 孔隙率减小 故电压升高 这阶段时间越长 生长速度与溶解速度达到 平衡的时间也越长 其厚度不断增加 第 4 段电压急剧上升 达到一定值时发生电火花击穿 这是由于电压高 膜孔内析氧加速 且扩散困难 积累的氧气又导致膜电阻增加 电压剧增 孔内热量引起气体放电产生火花 电火花击穿电压 所以第 4 段氧化时间不宜太长 通常为 90min 100min 硬质层也是双层结构 其区别在于比普通膜的阻挡层厚度约大 10 倍 孔壁也如此 这 是硬度高的基本原因 然而孔隙率比普通膜少 7 倍 8 倍 只有 2 6 硬质膜基组杂乱 无章 互相干扰 出现一种特殊的棱柱状 导致膜内应力大 甚至引起开裂 合金元素和电 解分解产物在膜壁中的残留 引起膜色泽深暗 两种膜物理性能区别 列于表 9 3 11 表 9 3 11 硬质膜与普通膜的物理性能比较 表 9 3 11 硬质膜与普通膜的物理性能比较 三 硬质氧化工艺 三 硬质氧化工艺 1 硫酸硬质氧化工艺规范 见表 9 3 12 表 9 3 12 硫酸硬质氧化工艺规范 表 9 3 12 硫酸硬质氧化工艺规范 2 混酸硬质常温氧化工艺规范 见表 9 3 13 表 9 3 13 混酸硬质常温阳极氧化工艺规范 表 9 3 13 混酸硬质常温阳极氧化工艺规范 3 操作方法 硬质阳极氧化常采用恒电流法 氧化开始电流密度为 0 5A dm 2 在 25min 内分 5 次 8 次逐步升高电流密度至 2 5A dm 2 3A dm2 然后保持电流恒定 并每 5min 用升高电压 的方法调整电流密度 直至氧化终结 氧化过程中应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 说明有些零件膜层已局部腐蚀溶解 这时应立即断电 检查和取 出已破损的零件 其他零件再继续氧化 可一次给足电流 4 成分和工艺参数的影响 1 溶液浓度 用硫酸硬质氧化时一般采用 10 30 的浓度范围 浓度偏低时膜层硬 度高 尤以纯铝更加明显 但含铜高的烧毁零件 故不适合低浓度氧化 必须采用 3101g L 350g L 的硫酸 用交直流叠加或脉冲电流氧化 2 有机酸 在硫酸溶液中加人适量的有机酸如丙二酸 乳酸 苹果酸 磺基水杨酸等 可扩大温度的上限值到常温 这样不但使操作简化 节约能源 降低成本 而且能使膜层质 量有所提高 3 DP lll 添加剂 高硅铸铝合金采用常规氧化 电流分布不均 导致氧化膜 不连续 局部易烧焦 加入 DP 添加剂的作用是改善了铝合金表面的电流分布 有利于提 高氧化速度和硬度 在 20 以下氧化可达到 5 时氧化膜的硬度 4 温度 温度对膜层的硬度和耐磨性影响很大 一般来说低温氧化硬度高 耐磨性好 但温度过低膜脆性大 零件尖棱部位质量变差 适宜的温度要视硫酸浓度 电流密度和合金 成分而定 一般控制在 5 10 范围内 对纯铝应控制在 6 ll 0 左右硬度和耐磨 性反而降低 5 电流密度 提高电流密度则膜层生长速度加快 氧化时间缩短 膜硬度提高 耐磨 性好 但当电流密度超过某一值 8A dm 2 时 因发热量大膜层硬度反而降低 若电流密度 太低 则成膜慢 化学溶解时间长 因而膜硬度降低 为了获得优质膜层就要根据不同材质 的零件选择适当的电流密度 一般选择 2A dm 2 5A dm2 6 合金成分 铝合金成分和杂质对硬质氧化有较大影响 它影响氧化膜的均匀性和完 整性铝 铜 铝 硅 铝 锰合金硬质氧化比较因难 当合金中铜含量大于 5 或硅含量大于 7 5 时 不宜用直流氧化 而要用交直流叠加方法 电流波形的改变还可放宽铜 硅含量范围 不同材质硬质氧化膜的硬度值 列表于 9 3 14 表 9 3 14 不同材质硬质氧化膜的断面硬度 表 9 3 14 不同材质硬质氧化膜的断面硬度 5 注意事项 1 为防止电流集中引起局部过热导致零件烧伤 零件所有棱角要倒圆 半径不应小于 0 5mm 不允许有毛刺 2 零件表面应较光滑 因为硬度氧化后表面粗糙度会降低一级 3 一般来说硬质氧化后零件增加的厚度为氧化膜厚度的 50 左右 所以零件在机加工 时应考虑氧化前后的尺寸公差 4 硬质氧化时零件地承受很高的电压和电流 因此零件与夹具要保持良好的接解 以 免烧伤零件 夹具要专门设计使用具有压紧螺钉或用螺栓连接板的夹具 5 对只需局部硬质氧化的零件 不氧化部位应绝缘 将配好的绝缘胶涂在零件上 涂 层要均匀 每涂一次烘干一次 共涂 2 次 4 次 氧化后绝缘层用稀释剂洗去或用 50 70 热水浸泡剥离 绝缘胶用 Q98 1 硝基胶 5 份 Q04 3 红色硝基磁漆 l 份 用 X 1 稀释剂搅 匀 涂后在室温下干燥 30min 60min 6 硬质阳极氧化常见故障及纠正方法 见表 9 3 15 表 9 3 l5 硫酸和混酸硬质阳极氧化故障及纠正方法 表 9 3 l5 硫酸和混酸硬质阳极氧化故障及纠正方法 五 草酸阳极氧化 五 草酸阳极氧化 草酸阳极氧化可获得 8 m 20 m 厚度的膜层 该法成本较高 电耗大 故在应用方面 受到一些限制 一般在特殊条件下才应用 如制作电气绝缘保护膜 日用品表面装饰 铝锅 盆 饭盒等 还在建筑 机械 电气工业上有所应用 在纯铝和不含合金上可获得银白 草黄色和黄褐色氧化膜 一 草酸阳极氧化工艺规范 见表 9 3 16 表 9 3 16 草酸阳极氧化工艺规范 表 9 3 16 草酸阳极氧化工艺规范 到草酸全部溶解 然后再加入其他成分 加水至总体积 充分搅匀 分析调整后试用 小电流密度 为防止氧化膜不均匀 在高压区出现电击 穿 ll0V 60min 90min 下降 可能是膜被电击穿 所以生产中一定要用清洁的压 缩空 酸 0 1 液中的 Al 3 是杂质 不得超过 2g L C1 不大于 0 2g L 否则需稀释更换部分溶 液 四 草酸阳极氧化常 表 9 3 l7 草酸阳极氧化常见故障及纠正方法 表 9 3 l7 草酸阳极氧化常见故障及纠正方法 二 配制方法 先在槽中放入 4 5 体积的去离子水 加热到 70 80 在搅拌下缓慢加入草酸 直 三 使用和维护要点 以绝缘用氧化为例 1 操作方法 零件带电人槽 必须采用阶梯式升压方式 0V 60V 5min 使电流密度保持在 2A dm 2 2 5A dm2 90V 110V 15min 70V 5min 90V 5min 电压继续升高时也不许超过 l20V 氧化过程中电流突然上升 电压 气缓慢搅拌和冷却电解液 2 溶液补充和调整 氧化中草酸参与电极反应而消耗 一定要定期分析草酸总量 游 离草酸和 Al 3 含量 及时补加 草酸消耗还可按电量进行估算 每通电 1A h 消耗草 3g 0 14g 产生 0 08g 0 09g A1 3 每 1g 铝会与 5g 草酸结合生成草酸铝 溶 见故障及纠正方法 见表 9 3 17 六 铬酸阳极氧化 铬酸阳极化膜呈灰白到深灰色 不透明 孔隙极少 氧化后可以不封孔 铬酸阳极化无 论溶液成本或电耗都比硫酸法贵 因而使用受局限 一 铬酸阳极氧化工艺规范 见表 9 3 18 表 9 3 18 铬酸阳极氧化工艺规范 表 9 3 18 铬酸阳极氧化工艺规范 二 溶液的配制 二 溶液的配制 在槽中加入总体积 4 5 的去离子水 将计算量的铬酐加入槽中 搅拌至铬酐完全溶解 再稀至总体积 搅匀后经分析调整即可投产 三 操作方法 1 配方 l 2 4 在氧化开始 15min 内将电压由零升到 40V 在 40V 下氧化 45min 至终 点 2 配方 3 氧化时在 5min 内使电压由零升至 20V 并保持该电压至氧化结束前 1min 内 将电压降至零 断电后 2min 后取出零件 四 杂质的影响及除去 溶液中硫酸根不得超过 0 5g L 氯离子不得超过 0 2g L 否则氧化膜变粗糙 此 外 由于氧化过程中六价铬还原成三价铬 Cr 3 增多会使氧化膜发暗无光 抗蚀性降低 溶 液中 SO4 2 含量可添加 0 2g L 0 3g L BaC0 3沉淀除去 氯离子过高必须更换部分溶液 溶液中的 Cr 3 用电解法除去 用铅做阳极 钢铁做阴极 在阳极电流密度为 0 25A dm 2 阴极电流密度为 l0A dm2下电解 使 Cr3 在阳极上氧化成 Cr6 五 电解液的维护和调整 由于氧化过程中铝溶解 铝离子与铬酸反应生成 A12 Cr04 3 及碱式铬酸铝 Al OH Cr04 导致游离铬酸降低 氧化能力下降 因此需定期化验适时补加铬酐 由于不断加铬酐 电解液中含铬量增加 在 3 5 的铬酸氧化液中 铬的总含量 换 算成 Cr03 超过 709 L 这是氧化能力亦下降 应稀释或更换部分溶液 六 铬酸阳极氧化常见故障及纠正方法 见表 9 3 19 表 9 3 l9 铬酸阳极氧化常见故障及纠正方法 表 9 3 l9 铬酸阳极氧化常见故障及纠正方法 七 铝瓷质阳极氧化 见表 9 3 20 七 铝瓷质阳极氧化 见表 9 3 20 一 电解液种类 1 在革酸或硫