铝合金硬质阳极氧化工艺优选
第29卷第3期2008年3月
腐蚀与防护
CORROSION&PROTECTION
Vol.29 No.3March2008
铝合金硬质阳极氧化工艺优选
赵建华,赵占西,李薇,李峥
(河海大学机电工程学院,江苏常州213022)
摘 要:利用正交试验,6063铝合金硬质阳极氧化的优化工艺。试验结果表明:氧化膜的硬度影响较大。较好的氧化工艺参数为:020℃,氧化时间75min。关键词:正交试验;硬质阳极氧化;膜厚;中图分类号: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
铝合金硬质阳极氧化膜因其具有膜层厚、硬度高、抗腐蚀、耐高温、高压和优良的耐磨性等特点而受到广泛的重视。它特别适合于在各种恶劣环境下使用的高速运转的发动机活塞和航空、航天,光电子产业,汽车工业,海洋舰船,医疗卫生等高科技尖端领域[1]。
本工作采用硫酸硬质阳极氧化,通过正交试验对硬质阳极氧化工艺参数影响氧化膜厚度、显微硬度的情况进行分析,得到了优化的工艺参数并进行了验证试验。
表1 6063铝合金的化学成分分析结果(%)
Mg
Si
Fe
Cu
Mn0.10
Cr
Zn
Ti
Al
0.45～0.900.20～0.600.350.100.100.100.10余量
1.2 工艺及测试方法
硬质氧化工艺流程:化学除油→自来水冲洗→碱蚀→自来水冲洗→中和→自来水冲洗→硬质阳极氧化→自来水冲洗→封孔。
采用北京时代之峰科技有限公司生产的TT260覆层测厚仪测定膜厚。利用涡流法原理测
量非磁性基体上非导电覆盖层的厚度(N型测头)。每个试样测量5个点,去掉最大值和最小值后取平均值。使用HXD21000TC型显微硬度计测定膜层的硬度。试样按照金相试样的要求磨平、抛光。测试载荷为100g,加载时间为15s,每个数据取膜层5个不同区域的测试值,去掉最大值和最小值后取
1 试验部分
1.1 材 料
试验采用的电解液是含量为180g/L的硫酸。
试验材料6063铝合金,其成分见表1。试样尺寸为50mm×60mm×2mm,有效氧化面积为60cm2。
阳极氧化装置:GBA200A/0-25V硅整流直流电源、PVC氧化槽、FSV22F制冷压缩机、钛丝挂具、压缩空气搅拌、铅板阴极。
收稿日期:2007207210;修订日期:2007209208
平均值。
选择氧化温度、氧化时间和电流密度3个因素,
每个因素取3个水平,采用L9(34)[2]正交表进行试验设计,研究不同工艺参数对氧化层厚度和显微硬度的影响。试验因素水平见表2。
?149?
赵建华等:铝合金硬质阳极氧化工艺优选
表2 正交试验因素水平表
水平
123
氧化温度,℃
-202
因素
氧化时间,min
607590
电流密度,A/dm2
2.03.0
4.0
2 试验结果及分析
2.1 氧化温度对膜厚和显微硬度的影响
氧化温度对氧化膜厚度和显微硬度的影响如图1所示。随着温度的升高,能力增强,故膜层厚度减小,降。,必要手段。。本试验在-2℃进行氧化时,膜层经常出现细小裂纹,而在0℃时没有裂纹,综合考虑氧化温度对膜层硬度与脆性的影响,氧化温度以0℃为宜
。
图图3 电流密度对膜厚和显微硬度的影响
才能顺利生长。增加电流密度有助于增大氧化膜生成的电化学反应速度,从而促进了氧化膜的增厚。
随着电流密度的升高,氧化膜硬度变大。这是因为提高电流密度使氧化膜生成速度加快,氧化时间缩短,膜层受到硫酸化学溶解的时间相应减少,膜层硬度也随之提高。但是若电流密度过高,则氧化
图1 氧化温度对膜厚和显微硬度的影响
2.2 氧化时间对膜厚和显微硬度的影响
氧化时间对氧化膜厚度和显微硬度的影响如图
2所示。氧化膜厚度随氧化时间的延长而增厚,基本呈线性关系。但氧化时间过长,膜层粗糙、疏松且易脱落。氧化时间一般不超过90min[2]。当氧化时间在60～75min之间时,硬度呈上升趋势。超过75min后,硬度又有所下降。这是由于随着氧化时间的进一步延长,氧化膜细孔内温度不断提高,电解液对氧化膜的溶解作用加大,导致氧化膜的致密度降低,从而硬度下降。综合氧化时间对膜厚和显微硬度的影响,氧化时间以75min左右为宜。2.3 电流密度对膜厚和显微硬度的`影响
电流密度对氧化膜厚度和显微硬度的影响如图3所示。由图可知:随着电流密度的升高,膜厚变大。因为氧化膜在阳极生成的同时又不断被电解液溶解,只有当氧化膜的生成速度大于溶解速度时,
氧化膜
?150?
过程中的发热量增大,又将加快氧化膜的溶解,同样也会使膜层硬度降低,而且零件被烧蚀的可能也会增大[3]。综合电流密度对膜厚和显微硬度的影响,电流密度以4.0A/cm2为宜。2.4 综合结果正交试验的结果及分析见表3,电流密度是影响膜厚最大的因素,氧化温度、电流密度和温度是影响膜层显微硬度的重要因素。对三种因素对氧化膜厚度和显微硬度影响的综合分析可知,推荐工艺参数为:氧化温度0℃,氧化时间75min,电流密度4.0A/dm2。
按照上述优化方案进行硬质氧化,在其它条件相同的情况下,测得氧化膜的厚度为53.5μm,显微硬度为552.7HV,膜层较厚且硬度高,具有很好的综合性能。
3 结 论
(1) 对6063铝合金硬质阳极氧化工艺的三个
赵建华等:铝合金硬质阳极氧化工艺优选
表3 正交试验结果及分析
试验
号
123456789
氧化温度,℃
111222333143.7124.1123.320.41471.41365.51235.7235.8
氧化时间,min
123123123116127.921309.51404.81358.395.3
电流密度,A/dm2
12323131298.8871.11277.01333.41462.2185.2
膜厚μm
30.445.867.534.851.537.850.830.641.9
显微硬度,HV
455.8508.1507.5413.0514.0438.5440.7382.7主要因素进行优化,得出了最佳工艺参数:氧化温度0℃、氧化时间75min、电流密度4.0A/dm2,在此工艺条件下得到的硬质氧化膜厚度为50μm左右,硬度为550HV左右,具有很好的综合性能。
(2)在温度为-2～2℃、氧化时间为60～90min、电流密度为2.0～4.0dm2的范围内,电流,温度及电流密。
:
1
,杨家祥.铝合金涡旋盘的硬质阳极氧化处理
膜T1
厚T2 T3 R硬T′1度T′2 T′3 R′
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(上接第148页)
现馒头峰。Cr和SiC的衍射强度都很高,说明镀层的主要成分是Cr和SiC。
(2)镀层形貌检测 利用扫描电镜对最佳工艺所得镀层进行形貌观测,可以看到复合镀层中SiC粉体没有严重结团现象,分散情况较好,见图3。
碳化硅粒度40μm;电镀温度45℃;电流密度30A/dm2。
(3)经对比检测,证明采用最佳电镀工艺获得的镀层,可以显著提高弹簧钢表面的硬度和耐磨性,延长其使用寿命。
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3 结 论
(1)采用在弹簧钢表面预镀铜工艺,解决了电
镀铬中的电流效率低下而引起弹簧钢表面复合镀层
结合强度不良的问题。
(2)通过正交试验,分析了电流密度、温度以及碳化硅粒度和浓度对镀层性能的影响,并最终得到弹簧钢表面铬基复合的最佳工艺:碳化硅35 g/L;
?151?
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