7075鋁合金硬質(zhì)陽極氧化工藝研究

許文艷

摘 要：研究了7075鋁合金硬質(zhì)陽極氧化，分析了影響7075鋁合金硬質(zhì)陽極氧化相關(guān)工藝參數(shù)對質(zhì)量的影響，通過試驗優(yōu)選出7075鋁合金最佳的硬質(zhì)陽極氧化工藝參數(shù)，經(jīng)檢測7075硬質(zhì)陽極氧化參數(shù)可使零件達(dá)到硬質(zhì)陽極化的質(zhì)量要求。

關(guān)鍵詞：7075鋁合金;硬質(zhì)陽極氧化;硬度;耐磨性

1.試驗材料及方法

試驗所用材料為30mm×30mm×6mm 和100mm×100mm×（2-2.5）mm中心孔為6.35mm 的7075-T7351鋁合金試片。硬氧化采用恒電流操作，試驗選用KYD-1硅整流可調(diào)電源進(jìn)行工藝試驗。

2. 硬質(zhì)陽極氧化工藝流程

堿清洗—溫水洗—冷水洗—脫氧—冷水洗—硬質(zhì)陽極氧化—冷水洗—干燥—檢驗。

3.工藝條件

溶液配方為單組份300～350 g/L的H2SO4;溶液溫度-8℃～-2℃;氧化時間20min～80min;攪拌為壓縮空氣攪拌;陰極材料為鉛板。通過試驗優(yōu)選出適宜的電流給進(jìn)方式和不同氧化時間對應(yīng)的膜層厚度及不同膜層厚度對應(yīng)的最佳硬度及耐磨性能。

4.測試方法

4.1外觀檢查

經(jīng)過硬質(zhì)陽極氧化的零件進(jìn)行目視檢驗。氧化膜顏色從暗灰色至近于黑色、膜層連續(xù)、均勻為合格。氧化膜越厚，顏色越深。不允許存在未被氧化的部分（夾具印除外）及基體金屬發(fā)生腐蝕等缺陷，允許因零件表面加工方法不同引起的氧化膜的色差、夾具接觸痕跡等現(xiàn)象的存在。

4.2厚度及硬度測量

硬質(zhì)陽極氧化后采用維氏硬度機(jī)對氧化膜的厚度及硬度進(jìn)行測量。測量前校正零點(diǎn)，測量時在試樣表面均勻選取10個點(diǎn)，取其平均值分別作為氧化膜的厚度和硬度值。

4.3耐磨性試驗

在溫度為23℃±2℃，相對濕度為50%±5%，試樣至少放置24小時。使用Taber磨損機(jī)，通過在壓力和磨損作用的控制條件下，對試樣表面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)磨擦。將試樣固定在可旋轉(zhuǎn)的平臺上，該平臺可圍繞一垂直的軸旋轉(zhuǎn)，且與兩個磨輪相對移動。其中一個磨輪沿著試樣外側(cè)邊緣磨損，另一個向中心磨損，磨損完成的標(biāo)志是形成一個約30cm2的圓環(huán)區(qū)域。用電子天平稱量磨損前后的試樣的重量，計算磨損重量損失，經(jīng)硬氧化的試樣進(jìn)行試驗時合金重量損失不超過35mg時，試樣的耐磨性能合格。

5試驗過程和結(jié)果分析

5.1溫度的控制

硬質(zhì)陽極化氧化膜的生成過程是電化學(xué)和化學(xué)反應(yīng)同時進(jìn)行的結(jié)果，隨著致密氧化膜的生成，氧化電壓快速上升，同時伴隨大量熱量的產(chǎn)生，從而加速氧化膜的溶解。因此需要嚴(yán)格控制槽液溫度和氧化電壓[2]。硬質(zhì)陽極氧化時電解液溫度對耐磨性影響較大，一般來說，電解液溫度降低，氧化膜的耐磨性就增高，這是由于電解液對氧化膜的溶解速度降低所致，本試驗采用壓縮空氣攪拌對電解液進(jìn)行冷卻，使溶液溫度控制在-8℃～-2℃之間。

5.2電流密度的選擇

7075鋁合金硬質(zhì)陽極氧化采用恒電流法進(jìn)行，電流波形為全波整流波形。試樣下槽后2min內(nèi)通電，15分鐘內(nèi)將電流密度逐漸增加至2.3A/dm2。膜層形成過程中，應(yīng)按實際要求手動調(diào)節(jié)電壓，保持電流密度在2.0～2.5 A/dm2范圍，直至氧化結(jié)束。操作過程中應(yīng)注意電流、電壓的變化，若電流持續(xù)升高或下降，應(yīng)立即關(guān)閉電源并取出零件進(jìn)行檢查。若零件出現(xiàn)打電或過腐蝕坑，應(yīng)更換試樣重新進(jìn)行試驗;否則，零件應(yīng)在濕態(tài)下繼續(xù)進(jìn)行硬質(zhì)陽極化處理，并按實際面積一次給夠所需電流。

該種電流密度的控制方法，較常規(guī)的調(diào)整方法“每隔一定間隔調(diào)整一次電流，以使電流密度在2A/dm2～2.5A/dm2之間逐步升高”具有一定的優(yōu)勢。首先，避免了固定間隔時間的手動調(diào)節(jié)電壓而導(dǎo)致電流密度在更大范圍的波動;因為較高的電流密度，可以明顯改變膜層的生長速度。硬質(zhì)陽極化膜層的生長是膜的“生長”和“溶解”反應(yīng)并行的過程，過高的電流密度，將會導(dǎo)致膜層硬度下降，耐磨性變差[3]。其次，將電流密度控制在中線2.3dm2在氧化的過程中，手動調(diào)節(jié)電壓保證電流密度在2A/dm2～2.5A/dm2范圍波動，電流波動較小，且波動范圍可控，對于進(jìn)一步提高膜層的均勻性和一致性具有較好的效果，同時，提高了零件批次的質(zhì)量穩(wěn)定性。

5.3 氧化時間對氧化膜厚度的影響

隨著氧化時間的延長，氧化膜逐漸增厚，氧化終止電壓時，氧化時間達(dá)到到上限時，膜層厚度達(dá)最大值88μm，氧化終止電壓下降時，隨著氧化時間的增加氧化電壓不升反降，則表明膜層開始不再增加，出現(xiàn)膜層的溶解。這是因為硬鋁合金的硬質(zhì)陽極氧化過程是一個氧化膜的生成與溶解同步進(jìn)行的過程，在初始階段，由于氧化膜的生成率大干溶解率，所以膜層會不斷增厚;當(dāng)氧化過程進(jìn)行時間上限后.氧化膜的生成率與溶解率相等，膜厚達(dá)到一個相對穩(wěn)定的值。若進(jìn)一步延長氧化時間，膜層會變得粗糙、疏松且易脫落。所以，7075鋁合金硬質(zhì)陽極氧化時間一般不宜超過80 min。

5.4膜層厚度對膜層硬度及耐磨性的影響

隨著膜層厚度的增加，氧化膜的顯微硬度逐漸增加。當(dāng)膜層厚度達(dá)到58μm時膜層硬度出現(xiàn)峰值。之后氧化膜的硬度反而逐漸降低;隨著膜層厚度的的增加膜層磨損量逐漸降低，當(dāng)膜層厚度達(dá)到58μm時，膜層磨損量最低，之后隨著膜層厚度的增加膜層磨損量逐漸增加。由此可見，當(dāng)膜層厚度未達(dá)到58μm時，隨著膜層厚度的增加，膜層硬度升高，磨損量隨之降低，膜層耐磨性能最優(yōu)。當(dāng)膜層厚度超出58μm時，隨著膜層厚度的增加，膜層硬度降低，磨損量隨之升高。這是由于電解液與氧化膜的作用時間過長，使得氧化膜的溶解率增大、膜層孔隙率增加，從而使氧化膜的硬度降低，磨損量增高。綜合考慮，7075鋁合金硬質(zhì)陽極氧化膜層厚度控制在40μm～60μm時，膜層硬度值較高，耐磨損性能較優(yōu)。

5.5氧化膜的形貌

當(dāng)7075鋁合金硬質(zhì)陽極氧化后的膜層厚度控制在20μm～60μm范圍時，硬氧化膜層的外觀顏色為深褐色，膜層均勻、連續(xù)、完整。

5.6試驗結(jié)論

（1）7075材料零件鋁合金硬質(zhì)陽極化后膜層的外觀顏色為：深褐色，并且有均勻、連續(xù)、完整的膜層;

（2）研究了7075鋁合金材料硬質(zhì)陽極化處理具體參數(shù)，采用單組份硫酸陽極化溶液，電流密度逐漸增加至2.3A/dm2，直至氧化結(jié)束;

（3）隨著膜層厚度的增加，膜層的顯微硬度隨著膜層厚度的增加呈先增大后減小趨勢，而膜層的磨損量隨著膜層厚度的增加呈先減小后增大趨勢。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張紅軍，鋁合金硬質(zhì)陽極氧化前處理工藝改進(jìn)，電鍍與涂飾，2015.06.26，第34卷，第13期;

[2] 韓克，歐忠文，蒲滕，高璐，鋁及鋁合金硬質(zhì)陽極氧化的研究進(jìn)展，表面技術(shù)，2011年10月，第40卷，第5期;

[3] 王勇，何春生，徐竟一，7A04鋁合金的硬質(zhì)陽極氧化工藝，表面技術(shù)，2010年12月，第39卷，第6期。