硬質氧化

硬質氧化全稱硬質陽極氧化處理。鋁合金的硬質陽極氧化處理主要目的是，提高鋁及鋁合金的各種性能，包括耐蝕性、耐磨性、耐候性、絕緣性及吸附性等。它既適用於變形鋁合金，也可能用於壓鑄造鋁合金零部件。

基本介紹

• 中文名：硬質氧化
• 外文名：Hard anodized
• 學科：材料工程
• 領域：工程技術

簡介

硬質氧化全稱硬質陽極氧化處理。硬質陽極氧化膜一般要求厚度為25-150um，大部分硬質陽極氧化膜的厚度為50-80um，膜厚小於25um的硬質陽極氧化膜，用於齒鍵和螺線等使用場合的零部件，耐磨或絕緣用的陽極氧化膜厚度約為50um，在某些特殊工藝條件下，要求生產厚度為125um以上的硬質陽極氧化膜，但是必須注意陽極氧化膜越厚，其外層的顯微硬度可以越低，膜層表面的粗糙度增加。硬質陽極氧化的槽液，一般是硫酸溶液以及硫酸添加有機酸，如草酸、氨基磺酸等。另外，可通過降低陽極氧化溫度或降低硫酸濃度來實現硬質陽極氧化處理。對於銅含量大於5%或矽含量大於8%的變形鋁合金，或者高矽的壓鑄造鋁合金，也許還應考慮增加一些陽極氧化的特殊措施。例如：對於2XXX系鋁合金，為了避免鋁合金在陽極氧化過程中被燒損，可採用385g/L的硫酸加上15g/L草酸作為電解槽液，電流密度也應該提高到2.5A/dm以上。

合併圖冊

工藝方法

硬質陽極氧化電解方法很多，例如：硫酸、草酸、丙二醇、磺基水楊酸及其它的無機鹽和有機酸等。所用電源可分為直流、交流，交直流疊加，脈衝及疊加脈衝電源等幾種，廣泛套用的有下列幾種硬質陽極氧化。

（1）硫酸硬質陽極氧化法；

（2）草酸硬質陽極氧化法。

（3）混酸型硬質陽極氧化

其中，硫酸法是得到較廣泛套用的一種硬質氧化法。

原理

硬質陽極氧化原理

單純硫酸型鋁合金硬質陽極氧化原理和普通陽極氧化沒有本質區別，如果是混酸型硬質氧化則存在一些附反應。

1 .陰極反應：4H+ +4e=2H2↑

2. 陽極反應：4OH－－4e=2H2O+O2↑

3. 鋁氧化：陽極上析出的氧呈原子狀態,比分子狀態的氧更為活潑，更易與鋁起反應：2Al+3O→Al2O3

4 .氧化於陽極膜溶解的動平衡： 氧化膜隨著通電時間的增加，電流增大而促使氧化膜增厚。與此同時，由於（Al2O3）的化學性質有兩重性，即它在酸性溶液中呈鹼性氧化物，在鹼性溶液中呈酸性氧化物。無疑在硫酸溶液中氧化膜液發生溶解，只有氧化膜的生成速度大於它的溶解速度，氧化膜才有可能增厚，當溶解速度與生成速度相等時，氧化膜不再增厚。當氧化速度過分大於溶解速度時，鋁和鋁合金製件表面易生成帶粉狀的氧化膜。

工藝要求

為了得到質量較好的硬質陽極氧化膜，並能保證零件所需要尺寸，必須按下列要求來進行加工。

銳角倒圓

銳角倒圓

被加工零件不允許有銳角、毛刺以及其它各種尖銳的有稜角的地方因為硬質氧化，一般陽極氧化時間均是很長的，而且氧化過程（Al+O2→A12O3+ Q ）本身就是一個放熱反應。又由於一般零件稜角的地方往往又是電流較為集中的部位所以這些部位最易引起零件的局部過熱，使零件被燒傷。因此鋁和鋁合金所有稜角均應進行倒角處理，並且倒角y圓半徑不應小於0.5毫米。

表面光潔度

硬質陽極氧化後，零件表面的光潔度是有所改變的，對於較粗糙的表面來說，經此處理後可以顯得比原來平整一些，而對於原始光潔度較高的零件來說，往往經過此種處理後，顯示的表面光潔光亮度反而有所降低，降低的幅度在1～2級左右。

尺寸餘量

因硬質氧化膜的厚度較高，所以如需要進一步加工的鋁零件或以後需要裝配的零件，應事先留有一定的加工餘量，及指定裝夾部位。

因硬質陽極氧化時，要改變零件尺寸，故在機械加工時，要事先預測，氧化膜的可能厚度和尺寸公差，而後在確定陽極氧化前的零件實際尺寸，以便處理後，符合規定的公差範圍。

一般來說，零件增加的尺寸大致為生成氧化膜厚度的一半左右。

夾具

因硬質陽極氧化的零件在氧化過程中，要承受很高的電壓和較高的電流，一定要使夾具和零件能保持極良好的接觸，否則將因接觸不良而造成擊穿或燒傷零件接觸部位的毛病。所以要求對不同形狀的零件，以及零件氧化後的具體要求來設計和製造專用夾具。

局部保護

如在同一個零件上，既有普通陽極氧化又要有硬質陽極氧化的部位因根據零件的光潔度和精密度來安排具體工序。通常首先進行普通的陽極氧化，在進行硬質陽極氧化，把不需要進行硬質陽極氧化的表面加以絕緣，絕緣的方法有用噴槍或毛刷，將以配製好硝基膠或過氫乙烯膠塗抹於不需要處理的表面，絕緣層要塗的薄而均勻，每塗一層應在低溫下乾燥30～60分鐘共塗2～4層即可。

工藝特點

硬質陽極氧化的電解液時在-10℃～+5℃左右的溫度下電解 。由於硬質陽極氧化所生成的氧化膜層具有較高的電阻，會直接影響到電流強度的氧化作用。為了取得較厚的氧化膜，勢必要增加外電壓，其目的是為了消除電阻大的影響，而使電流密度保持一定，但電流較大時會產生激烈的發熱現象，加上生成氧化膜時會放出大量的熱量，使零件周圍電解液溫度劇烈上升，溫度上升將會加速氧化膜的溶解，使氧化膜無法變厚。另外，發熱現象在膜層與金屬的接觸處最嚴重，如不及時解決，加工零件的局部表面會因溫度上升而被燒壞。

解決辦法：就是採用冷卻設備和攪拌相結合。冷卻設備使電解液強行降溫，攪拌是為了使整槽電解液溫度均勻，以利於獲得較高質量的硬質氧化膜。

工藝影響因素

鋁和鋁合金表面上能否生成優質的硬質氧化膜層，主要取決於電解液的成份濃度，溫度，電流密度，及其原材料的成分。

電解液的濃度

採用硫酸電解液進行硬質陽極氧化時，一般在10%～30%濃度範圍內，濃度低時，氧化膜硬度高，特別是純鋁比較明顯，但對銅含量較高的鋁合金（CY12）例外。因為含銅量較高的鋁合金易生成CuAl2的化合物，這種化合物在氧化時溶解速度較快，極易燒毀鋁零件。所以一般不適合用低濃度的硫酸電解液，必須在高濃度（H2SO4在 300～400g/L）中進行氧化處理或採用交直流電疊加法處理。

溫度對膜層的影響

電解液溫度對氧化膜的耐磨性影響極大，一般來說，如果溫度下降，那么鋁和鋁合金的陽極氧化膜耐磨性能就增高，這是由於電解液對於膜的溶解速度下降所造成的，為了獲得較高硬度的氧化膜。我們要掌握溫度在±2℃範圍內進行硬質陽極氧化處理為好。