硬质阳极氧化

这有一篇铝质活塞的处理

硬质阳极氧化工艺要点

铝及其合金在相应的电解液中,在特定的工作条件下,在外加电流的作用下,在阳极上形成氧化膜的过程,称做阳极氧化.活塞合金经氧化反应后生成A12O3氧化膜,该膜硬度很高,维氏显微硬度可达250-500kg/mm2,故称硬质阳极氧化。该氧化膜熔点高达2050℃,导热系数小于0.16w/m2·k,可使活塞顶部燃烧室承受瞬时高温,并可起绝热作用.经实践证明,用直流电源进行阳极氧化可以得到优质氧化膜。鉴于氧化膜具有较强的绝缘性,其形成过程随膜层的增厚而电阻增大,电流减小,因此,应选用经专门设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90µm.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:

采用单位溶剂配制电解液, 溶液温度在273K以下,

非氧化部位涂绝缘漆和整体密封保护

电流密度P<5A/dm2,电压40-90v;氧化时间1-l.5h,活塞横卧式装挂在电解槽内。上述工艺存在如下不足:

a.活塞需全密封,装卸活塞需3-5min,且塑制螺栓使用寿命较短;

b.导电较易产生接触不良,导致接触部分击穿或烧伤;

c.涂绝缘漆比较麻烦,且不易保持很规则的轮廓;

d.氧化时间太长,生产率极低,难以实现自动化生产。

快速硬质阳极氧化

鉴于常规硬质阳极氧化的不足,我们结合出国考察的经验并参阅相关情报资料,自行设计制造了一条年产l5万只可与机加工生产线同步的半自动活塞阳极氧化生产线,现已批量生产。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-l00µm/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

活塞经清洗干净后,放入氧化槽定位胎内,打开气缸阀门使活塞定位准确并夹紧,确保接触良好.启动充液耐蚀泵,使氧化槽内液而高于顶面即可启动氧化电源,氧化电源置于“自动”状态,氧化过程按输入的电流电压曲线运行,氧化结束后自动报警并切断电源停止氧化,若中途电压、电流波动,将自动报警并断电保护,氧化结束即松开气缸,取出活塞进行清洗和封闭处理。

主要工艺参数

电流密度(A/m2) 0-l2000 槽端电压(V) 0-l00 电解液温度(℃) 5-l5 氧化时间(min/工

位) 3-5 电解液硫酸浓度(g/L) 200-250

主要设备

主要设备有数控数整电源、冷冻机、冷冻箱、氧化槽、7工位清洗槽、5工位烘干器、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。

硬质阳极氧化又称厚膜氧化，厚度一般大于２０微米（低于２０微米大于１０微米称为伪硬质氧化，一般用来做着色），极限厚度为２００微米，硬度在纯铝上可达到ＨＶ１２００度，在铝合金硬度明显降低，一般为ＨＶ３５０－ＨＶ６５０.。

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６０６１６０６３），含铜量偏高颜色偏绿偏黄（例如６Ａ０２），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２分之１约为只存增加量，例如氧化１００微米厚度，几何尺寸增加５０微米。

硬质氧化全称硬质阳极氧化处理。铝合金的硬质阳极氧化处理主要用于工程或军事目的，它既适用于变形铝合金，更多可能用于压铸造合金零件部件。硬质阳极氧化膜一般要求厚度为25-150um，大部分硬质阳极氧化膜的厚度为50-80um，膜厚小于25um，的硬质阳极氧化膜，用于齿键和螺线等使用场合的零部件，耐磨或绝缘用的阳极氧化膜厚度约为50um，在某些特殊工艺条件下，要求生产厚度为125um以上的硬质阳极氧化膜，但是必须注意阳极氧化膜越厚，其外层的显微硬度可以越低，膜层表面的粗糙度增加。硬质阳极氧化的槽液，一般是硫酸溶液以及硫酸添加有机酸，如草酸、氨基磺酸等。另外，可通过降低阳极氧化温度或降低硫酸浓度来实现硬质阳极氧化处理。对于铜含量大于5%或硅含量大于8%的变形铝合金，或者高硅的压铸造铝合金，也许还应考虑增加一些阳极氧化的特殊措施。例如：对于2XXX系铝合金，为了避免铝合金在阳极氧化过程中被烧损，可采用385g/L的硫酸加上15g/L 草酸作为电解槽液，电流密度也应该提高到2。5A/dm以上。

铝是钝化型金属，与钛、钽、铌等金属一样，表面钝态氧化膜是提供保护的重要因素，因