鋁合金硬質(zhì)陽極氧化工藝優(yōu)選

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第29卷第3期2008年3月

腐蝕與防護

CORROSION&PROTECTION

Vol.29　No.3March2008

鋁合金硬質(zhì)陽極氧化工藝優(yōu)選

趙建華,趙占西,李薇,李崢

(河海大學機電工程學院,江蘇常州213022)

摘　要:利用正交試驗,6063鋁合金硬質(zhì)陽極氧化的優(yōu)化工藝。試驗結(jié)果表明:氧化膜的硬度影響較大。較好的氧化工藝參數(shù)為:020℃,氧化時間75min。關(guān)鍵詞:正交試驗;硬質(zhì)陽極氧化;膜厚;中圖分類號:TG178　　　10052748X(2008)0320149203

TofHardAnodicOxidationofAluminumAlloy6063

ZHAOJian2hua,ZHAOZhan2xi,LIWei,LIZheng

(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,HohaiUniversity,Changzhou213022,China)

Abstract:Processparametersof6063aluminumalloyanodicoxidationwereoptimizedthroughorthogonaltest.

Thecurrentdensityhadthegreatestimpactonthethicknessoftheoxidefilm,temperatureandcurrentdensityhadmoreimportantimpactonthehardnessoftheoxidefilm.

Keywords:orthogonaltest;hardanodizing;filmthickness;hardness

0　引　言

鋁合金硬質(zhì)陽極氧化膜因其具有膜層厚、硬度高、抗腐蝕、耐高溫、高壓和優(yōu)良的耐磨性等特點而受到廣泛的重視。它特別適合于在各種惡劣環(huán)境下使用的高速運轉(zhuǎn)的發(fā)動機活塞和航空、航天,光電子產(chǎn)業(yè),汽車工業(yè),海洋艦船,醫(yī)療衛(wèi)生等高科技尖端領(lǐng)域[1]。

本工作采用硫酸硬質(zhì)陽極氧化,通過正交試驗對硬質(zhì)陽極氧化工藝參數(shù)影響氧化膜厚度、顯微硬度的情況進行分析,得到了優(yōu)化的工藝參數(shù)并進行了驗證試驗。

表1　6063鋁合金的化學成分分析結(jié)果(%)

Mn0.10

0.45～0.900.20～0.600.350.100.100.100.10余量

1.2　工藝及測試方法

硬質(zhì)氧化工藝流程:化學除油→自來水沖洗→堿蝕→自來水沖洗→中和→自來水沖洗→硬質(zhì)陽極氧化→自來水沖洗→封孔。

采用北京時代之峰科技有限公司生產(chǎn)的TT260覆層測厚儀測定膜厚。利用渦流法原理測

量非磁性基體上非導電覆蓋層的厚度(N型測頭)。每個試樣測量5個點,去掉最大值和最小值后取平均值。使用HXD21000TC型顯微硬度計測定膜層的硬度。試樣按照金相試樣的要求磨平、拋光。測試載荷為100g,加載時間為15s,每個數(shù)據(jù)取膜層5個不同區(qū)域的測試值,去掉最大值和最小值后取

1　試驗部分

1.1　材　料

試驗采用的電解液是含量為180g/L的硫酸。

試驗材料6063鋁合金,其成分見表1。試樣尺寸為50mm×60mm×2mm,有效氧化面積為60cm2。

陽極氧化裝置:GBA200A/0-25V硅整流直流電源、PVC氧化槽、FSV22F制冷壓縮機、鈦絲掛具、壓縮空氣攪拌、鉛板陰極。

收稿日期:2007207210;修訂日期:2007209208

平均值。

選擇氧化溫度、氧化時間和電流密度3個因素,

每個因素取3個水平,采用L9(34)[2]正交表進行試驗設(shè)計,研究不同工藝參數(shù)對氧化層厚度和顯微硬度的影響。試驗因素水平見表2。

?149?

趙建華等:鋁合金硬質(zhì)陽極氧化工藝優(yōu)選

表2　正交試驗因素水平表

水平

123

氧化溫度,℃

-202

因素

氧化時間,min

607590

電流密度,A/dm2

2.03.0

4.0

2　試驗結(jié)果及分析

2.1　氧化溫度對膜厚和顯微硬度的影響

氧化溫度對氧化膜厚度和顯微硬度的影響如圖1所示。隨著溫度的升高,能力增強,故膜層厚度減小,降。,必要手段。。本試驗在-2℃進行氧化時,膜層經(jīng)常出現(xiàn)細小裂紋,而在0℃時沒有裂紋,綜合考慮氧化溫度對膜層硬度與脆性的影響,氧化溫度以0℃為宜

。

圖圖3　電流密度對膜厚和顯微硬度的影響

才能順利生長。增加電流密度有助于增大氧化膜生成的電化學反應(yīng)速度,從而促進了氧化膜的增厚。

隨著電流密度的升高,氧化膜硬度變大。這是因為提高電流密度使氧化膜生成速度加快,氧化時間縮短,膜層受到硫酸化學溶解的時間相應(yīng)減少,膜層硬度也隨之提高。但是若電流密度過高,則氧化

圖1　氧化溫度對膜厚和顯微硬度的影響

2.2　氧化時間對膜厚和顯微硬度的影響

氧化時間對氧化膜厚度和顯微硬度的影響如圖

2所示。氧化膜厚度隨氧化時間的延長而增厚,基本呈線性關(guān)系。但氧化時間過長,膜層粗糙、疏松且易脫落。氧化時間一般不超過90min[2]。當氧化時間在60～75min之間時,硬度呈上升趨勢。超過75min后,硬度又有所下降。這是由于隨著氧化時間的進一步延長,氧化膜細孔內(nèi)溫度不斷提高,電解液對氧化膜的溶解作用加大,導致氧化膜的致密度降低,從而硬度下降。綜合氧化時間對膜厚和顯微硬度的影響,氧化時間以75min左右為宜。2.3　電流密度對膜厚和顯微硬度的`影響

電流密度對氧化膜厚度和顯微硬度的影響如圖3所示。由圖可知:隨著電流密度的升高,膜厚變大。因為氧化膜在陽極生成的同時又不斷被電解液溶解,只有當氧化膜的生成速度大于溶解速度時,

氧化膜

?150?

過程中的發(fā)熱量增大,又將加快氧化膜的溶解,同樣也會使膜層硬度降低,而且零件被燒蝕的可能也會增大[3]。綜合電流密度對膜厚和顯微硬度的影響,電流密度以4.0A/cm2為宜。2.4　綜合結(jié)果正交試驗的結(jié)果及分析見表3,電流密度是影響膜厚最大的因素,氧化溫度、電流密度和溫度是影響膜層顯微硬度的重要因素。對三種因素對氧化膜厚度和顯微硬度影響的綜合分析可知,推薦工藝參數(shù)為:氧化溫度0℃,氧化時間75min,電流密度4.0A/dm2。

按照上述優(yōu)化方案進行硬質(zhì)氧化,在其它條件相同的情況下,測得氧化膜的厚度為53.5μm,顯微硬度為552.7HV,膜層較厚且硬度高,具有很好的綜合性能。

3　結(jié)　論

(1)　對6063鋁合金硬質(zhì)陽極氧化工藝的三個

趙建華等:鋁合金硬質(zhì)陽極氧化工藝優(yōu)選

表3　正交試驗結(jié)果及分析

試驗

號

123456789

氧化溫度,℃

111222333143.7124.1123.320.41471.41365.51235.7235.8

氧化時間,min

123123123116127.921309.51404.81358.395.3

電流密度,A/dm2

12323131298.8871.11277.01333.41462.2185.2

膜厚μm

30.445.867.534.851.537.850.830.641.9

顯微硬度,HV

455.8508.1507.5413.0514.0438.5440.7382.7主要因素進行優(yōu)化,得出了最佳工藝參數(shù):氧化溫度0℃、氧化時間75min、電流密度4.0A/dm2,在此工藝條件下得到的硬質(zhì)氧化膜厚度為50μm左右,硬度為550HV左右,具有很好的綜合性能。

(2)在溫度為-2～2℃、氧化時間為60～90min、電流密度為2.0～4.0dm2的范圍內(nèi),電流,溫度及電流密。

,楊家祥.鋁合金渦旋盤的硬質(zhì)陽極氧化處理

膜T1

厚T2　T3　R硬T′1度T′2　T′3　R′

工藝研究[J].表面技術(shù),2005,34(3):46-47.

[2]　蘇紀文,李琪敏.鋁及鋁合金硬質(zhì)陽極氧化[J].四川

兵工學報,2002,9(3):31-34.

[3]　王祝堂.鋁材及其表面處理手冊[M].江蘇:江蘇科

學技術(shù)出版社,1992.

(上接第148頁)

現(xiàn)饅頭峰。Cr和SiC的衍射強度都很高,說明鍍層的主要成分是Cr和SiC。

(2)鍍層形貌檢測　利用掃描電鏡對最佳工藝所得鍍層進行形貌觀測,可以看到復合鍍層中SiC粉體沒有嚴重結(jié)團現(xiàn)象,分散情況較好,見圖3。