提高導(dǎo)紙輥零件的陽極氧化質(zhì)量

黃曉芳

（許昌煙草機(jī)械有限責(zé)任公司， 河南 許昌 461000）

引言

7075鋁合金由于強(qiáng)度高，可使用性好，易于加工，是熱處理強(qiáng)化鋁合金中性能優(yōu)良的結(jié)構(gòu)材料[1]，大量的應(yīng)用于航空工業(yè)及煙草機(jī)械產(chǎn)品中。許昌煙草機(jī)械有限責(zé)任公司采用該材料生產(chǎn)的導(dǎo)紙輥零件在硬質(zhì)陽極氧化過程中，經(jīng)常出現(xiàn)零件尺寸超差及著色不良的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。本文在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析了陽極氧化的工藝特點(diǎn)，對(duì)生產(chǎn)中存在的問題進(jìn)行分析，并提出解決的辦法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 硬質(zhì)陽極氧化著黑色工藝流程

除油→水洗→堿腐蝕→水洗→出光→流水洗→硬質(zhì)陽極氧化→流水洗→染色→水洗→封閉→干燥→檢驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)條件及主要氧化工藝參數(shù)

試件外形為：外圓Φ33 mm，長度為86 mm，兩端各有一個(gè)Φ22 M6公差內(nèi)孔。

材料為7075鋁合金，成分為：w（Si）=0.40%、w（Fe）=0.50%、w（Cu）=1.2～2.0%、w（Mn）=0.30%、w（Mg）=2.1～2.9%、w（Cr）=0.18～0.28%、w（Zn）=5.1～6.1%、w（Ti）=0.20%、w（Al）：余量。

硬質(zhì)陽極氧化液成分組成為：ρ（硫酸）=195～220g/L、ρ（硫酸鎳）=8～12 g/L、ρ（草酸）=11～17 g/L、ρ（丙三醇）=1.5～2 g/L及余量蒸餾水。

染色槽液成分及要求為：染料酸性黑ATT，ρ（ATT）=10～20 g/L，余量蒸餾水；染液酸堿度 pH=4.5～5.5。

工藝要求：Al/Et.A50hd.Cl(BK)，即：硬質(zhì)陽極氧化著黑色，膜層厚度50 μm。

2 故障原因分析及解決方法

2.1 針對(duì)尺寸超差問題結(jié)合

設(shè)備及生產(chǎn)的實(shí)際情況，從多個(gè)方面進(jìn)行了原因分析，最終確定了3個(gè)主要因素。

1）卡具（零件）與電極及電極之間接觸部位有污漬和氧化物，卡具（零件）、電極電接觸不良，導(dǎo)致氧化零件在電解液中電流分配紊亂，影響氧化膜生長及零件尺寸控制。

2）氧化中，卡具表面氧化膜具有高電阻，產(chǎn)生大量焦耳熱，引起過熔、燒損。卡具鋁絲燒損，引起局部電流短路，電流分配紊亂，導(dǎo)致零件陽極氧化尺寸失去控制。

3）卡具形狀、尺寸設(shè)計(jì)不合理，無法實(shí)施在線檢測零件內(nèi)孔尺寸，不能精確控制零件內(nèi)孔尺寸。

針對(duì)以上問題，分別通過下面的方法予以解決.

1）清理鉛板、電極輸出銅棒，使陰、陽極輸出環(huán)節(jié)的接觸面潔凈，保證導(dǎo)電良好。

2）對(duì)除位于零件內(nèi)孔的鋁絲卡具部分外的卡具用塑料管、膠帶覆蓋，進(jìn)行絕緣處理。

3）重新設(shè)計(jì)卡具，將需要檢測的輥?zhàn)恿慵?nèi)孔空間變?yōu)樽杂煽臻g，實(shí)現(xiàn)內(nèi)孔尺寸在線檢測。

2.2 針對(duì)染色不良問題

1）氧化后水洗時(shí)間3 min，氧化膜微孔中殘留的硫酸槽液清理不徹底，使得微孔內(nèi)局部的pH值小于4.5，染色效果差。

2）氧化溫度2℃±0.5℃，氧化溫度降低，氧化膜的染色性會(huì)下降[2]。

針對(duì)以上問題，分別通過下面的方法予以解決。

1）增加水洗時(shí)間，第一次自來水水洗時(shí)間為8～12 min，第二次軟水洗為2～3 min。

2）提高氧化溫度，提高至8℃±0.5℃。

3 實(shí)驗(yàn)分析及驗(yàn)證

保證以上故障均排除的情況下，分別在工藝溫度-2℃～10℃范圍內(nèi)選取四個(gè)溫度-2℃、2℃、5℃、8℃進(jìn)行氧化實(shí)驗(yàn)，確定最佳硬質(zhì)陽極氧化工藝溫度。導(dǎo)電端及自由端的平均膜層厚度增長值見表1。

表1 導(dǎo)電端及自由端的平均膜層厚度增長值及染色效果

從表1可以得到，同一溫度條件下，導(dǎo)電端和自由端內(nèi)孔的平均膜層厚度增長值不一致，導(dǎo)電端的小于自由端的，這可能由導(dǎo)電端和自由端處的電流分配不均勻?qū)е碌摹４送?，隨著氧化溫度的降低，導(dǎo)電端和自由端內(nèi)孔的平均長膜差距逐漸減小，在-2℃時(shí)二者僅相差0.004 mm，但染色效果一般，因此可以提高氧化溫度來改善陽極氧化膜的染色質(zhì)量，考慮設(shè)備的功率消耗以及生產(chǎn)成本等因素，在保證染色質(zhì)量最優(yōu)的前提下，氧化溫度選用8℃。并以此為基礎(chǔ)，將零件兩端的公差在車削過程中差別0.005 mm，以保證氧化后尺寸的一致性。

后續(xù)加工了4批次170件，經(jīng)檢驗(yàn)，質(zhì)量穩(wěn)定，均滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

本文通過對(duì)導(dǎo)紙輥零件硬質(zhì)陽極氧化著色后出現(xiàn)的質(zhì)量問題，進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證及分析得到以下結(jié)論。

1）通過保證陰、陽極輸出環(huán)節(jié)的接觸面潔凈、并對(duì)位于零件內(nèi)孔外的鋁絲卡具部分外的卡具進(jìn)行絕緣處理和設(shè)計(jì)新卡具實(shí)現(xiàn)內(nèi)孔尺寸在線檢測，將兩端公差在車削過程中區(qū)分，可以解決導(dǎo)紙輥零件硬質(zhì)陽極氧化后尺寸出現(xiàn)超差的問題。

2）導(dǎo)紙輥零件硬質(zhì)陽極氧化后導(dǎo)電端內(nèi)孔的平均膜層厚度小于自由端內(nèi)孔的，并且隨著氧化溫度的降低，導(dǎo)電端和自由端內(nèi)孔的平均長膜差距逐漸減小。

3）綜合機(jī)加成本及設(shè)備功率消耗，導(dǎo)紙輥零件的最優(yōu)氧化溫度為8℃。