硬质阳极氧化处理

时间：2023-05-01 01:10:48 资料我要投稿

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硬质阳极氧化处理

新井元彦

1、序

在阳极氧化皮膜中，具有优良皮膜硬度和耐磨性的皮膜叫做硬质阳极氧化皮膜，多用在工业机械上和运动部或流体接触的需要耐磨性和硬度的部分。

我国的硬质铝氧化大概从昭和25年开始在一些研究者和工厂技术人员中尝试，此时还没有关于硬质氧化的明确定义，开始只是按照比普通氧化膜硬的品质式样进行处理的。然后，随着工业处理方法的确立，品质性能的标准也开始明确。作为处理对象的铝合金，为了提高机械性能和加工性能添加了多种合金成分，这些合金给硬质氧化造成了一定困难。

本讲中，参照1995年制定今年8月修订的JIS H8603[铝及铝合金的硬质氧化皮膜]对一些必要的事项进行解说，希望对使用硬质氧化产品时有所帮助。

2、铝合金和硬质皮膜

阳极氧化皮膜由于是铝材本身作阳极得到的，铝合金材料对皮膜的性能救护有很大影响。硬质氧化的皮膜大多在50?左右，与一般的氧化膜的10?相比更能反映素材的性质，而表现为皮膜性能差异。在JIS H8603规格中根据素材性质将皮膜分为5类，来表示皮膜性能差异。表1是最据代表性的硬质皮膜种类。

注）工业中常用铝合金在JIS规格分类中的归属。

铝合金根据添加的合金分为1000系列～7000系列，根据其特长可以分别使用。 1类合金指能获得良好硬质皮膜的合金。

2类（a）的2000系列以硬铝（2017）和超硬铝（2024）为代表，具有于钢相匹敌的强度，但是为了增强强度添加的铜，作为CuAl2对硬质皮膜有影响，无法得到性能良好的皮膜。只有在处理方法上进行各种改善。或在上面压延表面处理性能良好的铝合金再进行氧化。

2类（b）的7000系列合金含锌和镁，以超超硬铝（7075）为代表具有最高强度的铝合金。硬质氧化时合金成分会溶解难以得到性能良好的皮膜。5000系列中的2类（b）指定的合金含有大量镁，氧化时镁会溶解难以得到性能良好的皮膜。

3类（a）中制定的材料是铸造铝和压铸铝，铜不到2％，硅不到8％，是铸造铝和压铸铝中表面处理性能较好的材料。

3类（b）中制定的材料合金成分添加量大，表面处理特别困难，皮膜性能由合作双方商定。

3．硬质氧化处理

新井元彦

硬质皮膜比普通皮膜厚、硬，处理方法是尽量有效、快速的生成皮膜厚度，并且要组合具有生成硬质皮膜条件的溶液和此处理条件。处理法方法一般：1）增大阳极氧化的电流密度，加快氧化速度2）降低电解液的温度，抑制皮膜的溶解。随着电解的进行膜厚逐渐增加，处理电压也要随之升高。处理电压升高，孔径增大，孔数减少，孔壁增厚，皮膜变硬。表2 是代表性的硬质氧化处理方法。

除这些处理方法外，还有有机酸混合法、芳香族磺酸或改变电源波形的电流反转法等，根据皮膜的用途和目的选择使用。另外，还有皮膜溶解少可以在常温下处理的溶液。

4．硬质皮膜性质 4．1皮膜厚度

皮膜厚度使用平均值，以防止合金导致的厚度不均。硬质氧化的国外规格：标准50?，误差±10?。膜厚制定为100?时，误差范围不变。硬质氧化厚度只有普通氧化膜的1/3~1/2,在材料的外测成长，需要注意对产品尺寸的影响。

4．2皮膜颜色

硬质皮膜的颜色根据合金种类、处理方法、厚度不同。根据硫酸溶液标准法处理A1100时，皮膜的颜色随着膜厚的增加，呈淡灰色?灰褐色?浓灰褐色变化。根据合金种类，一般呈现暗灰色或黑褐色。不过，直交重叠法或电流反转法得到的皮膜颜色比较淡。

4．3表面粗糙度

通常随着膜厚的增加而变得粗糙。电解液温度越低，电流密度越高，越粗糙。另外，直交重叠法或改变电源波形的电解法得到的皮膜表面较粗糙。因此当指定处理后的粗糙度时，在处理前需要将粗糙度调整至指定粗糙度的1/2。

4．4皮膜硬度

从皮膜用途来看，硬质皮膜最重要的就是耐磨性，也就是耐磨性。硬质皮膜是素材被氧化为氧化膜形成的，因此硬度受合金种类、电解液、处理条件影响较大。人们根据合金种类研究了各种处理方法，以提高皮膜的性能，JIS中的材质皮膜硬度几乎是固定的。

在阳极氧化处理工艺中，不溶解的元素：硅、铅；溶解但以氧化物或其他不溶性化合物存在的元素：镁、锌；溶解性强，不会在皮膜中以安定化合物存在的元素：铜、镍等添加成分的影响会残留在氧化皮膜中。

JIS中规定硬质皮膜的硬度进行断面测定。素材硬度越高，表面硬度越低。皮膜越厚，

新井元彦此差越大。因此测量要在皮膜中央进行。

4．5耐磨耗性

耐磨耗性大多使用平板旋转磨耗试验（taper磨耗试验），JIS中使用往复运动平板摩擦和喷射磨耗试验，平板旋转摩耗实验，三种方法任选其一。磨耗状态多种多样，耐磨耗试验也要根据其使用选择相应的试验方法。平板旋转摩擦是在一个方向上的褶动磨耗实验，往复运动平面磨耗反转、反复褶动磨耗方向的实验，喷射磨耗则是在一定压力下喷射人造研削材料的实验。

阳极氧化皮膜容易受湿度影响，求磨耗导致的重量减少量时，对实验室的环境特别是适度管理有要求。往复运动平面磨耗试验和喷射磨耗实验使用的磨耗机、研磨纸、研磨剂、实验时期、环境都会导致数据变动，所以每个试验结果缺乏相关性。为解决这个问题，JIS中采用了耐磨耗试验基准试验片（H8601附属书1），用基准实验片的测定值和比率表示。另外，硬质皮膜除对耐腐蚀性有要求外，一般不仅行封孔处理。因为封孔处理回导致耐磨耗性降低。

表3表示的是在平板旋转磨耗实验中，封孔处理对耐磨耗性的影响。表4往复运动平面磨耗、喷射磨耗、平板旋转磨耗的相互关联。表5各种材料和硬质皮膜耐磨性的比例关系。表3皮膜硬度和平板旋转摩擦注）平板摩擦根据CS-17。封孔镍盐90℃·20分

新井元彦

4．6耐腐蚀性

硬质氧化皮膜厚耐腐蚀性很高。除非需要一般不作封孔处理。封孔处理会降低耐磨耗性。

因此，对耐腐蚀性有要求时，可以进行低温封孔或铬酸封孔。耐腐蚀性试验一般用盐雾实验，判定方法由合作双方商定。

4．7绝缘力

50?的氧化膜电阻在20℃时，为4×1015ohm/cm，在各种绝缘材料中是最高的。根据利用绝缘性的目的，测试方法有所不同，JIS中指定绝缘力实验法（JIS H8687）。表

6皮膜厚度和绝缘破坏电压（JIS法）

30分 4．8热传导性和耐热性

硬质氧化皮膜的热传导性特别小。皮膜在短时间加热可以耐2000℃高温，防止素材融化。持续加热到200℃，皮膜性质无变化。

注）1在当事者双方选择 2根据当事者双方的协定 3跟耐磨耗性基准片的比（%）

5．其他事项 5．1零件加工