鋁合金硬質(zhì)陽極氧化工藝優(yōu)選
第29卷第3期2008年3月
腐蝕與防護(hù)
CORROSION&PROTECTION
Vol.29 No.3March2008
鋁合金硬質(zhì)陽極氧化工藝優(yōu)選
趙建華,趙占西,李薇,李崢
(河海大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,江蘇常州213022)
摘 要:利用正交試驗(yàn),6063鋁合金硬質(zhì)陽極氧化的優(yōu)化工藝。試驗(yàn)結(jié)果表明:氧化膜的硬度影響較大。較好的氧化工藝參數(shù)為:020℃,氧化時(shí)間75min。關(guān)鍵詞:正交試驗(yàn);硬質(zhì)陽極氧化;膜厚;中圖分類號: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
鋁合金硬質(zhì)陽極氧化膜因其具有膜層厚、硬度高、抗腐蝕、耐高溫、高壓和優(yōu)良的耐磨性等特點(diǎn)而受到廣泛的重視。它特別適合于在各種惡劣環(huán)境下使用的高速運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)活塞和航空、航天,光電子產(chǎn)業(yè),汽車工業(yè),海洋艦船,醫(yī)療衛(wèi)生等高科技尖端領(lǐng)域[1]。
本工作采用硫酸硬質(zhì)陽極氧化,通過正交試驗(yàn)對硬質(zhì)陽極氧化工藝參數(shù)影響氧化膜厚度、顯微硬度的情況進(jìn)行分析,得到了優(yōu)化的工藝參數(shù)并進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)。
表1 6063鋁合金的化學(xué)成分分析結(jié)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 工藝及測試方法
硬質(zhì)氧化工藝流程:化學(xué)除油→自來水沖洗→堿蝕→自來水沖洗→中和→自來水沖洗→硬質(zhì)陽極氧化→自來水沖洗→封孔。
采用北京時(shí)代之峰科技有限公司生產(chǎn)的TT260覆層測厚儀測定膜厚。利用渦流法原理測
量非磁性基體上非導(dǎo)電覆蓋層的厚度(N型測頭)。每個試樣測量5個點(diǎn),去掉最大值和最小值后取平均值。使用HXD21000TC型顯微硬度計(jì)測定膜層的硬度。試樣按照金相試樣的要求磨平、拋光。測試載荷為100g,加載時(shí)間為15s,每個數(shù)據(jù)取膜層5個不同區(qū)域的測試值,去掉最大值和最小值后取
1 試驗(yàn)部分
1.1 材 料
試驗(yàn)采用的電解液是含量為180g/L的硫酸。
試驗(yàn)材料6063鋁合金,其成分見表1。試樣尺寸為50mm×60mm×2mm,有效氧化面積為60cm2。
陽極氧化裝置:GBA200A/0-25V硅整流直流電源、PVC氧化槽、FSV22F制冷壓縮機(jī)、鈦絲掛具、壓縮空氣攪拌、鉛板陰極。
收稿日期:2007207210;修訂日期:2007209208
平均值。
選擇氧化溫度、氧化時(shí)間和電流密度3個因素,
每個因素取3個水平,采用L9(34)[2]正交表進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì),研究不同工藝參數(shù)對氧化層厚度和顯微硬度的影響。試驗(yàn)因素水平見表2。
?149?
趙建華等:鋁合金硬質(zhì)陽極氧化工藝優(yōu)選
表2 正交試驗(yàn)因素水平表
水平
123
氧化溫度,℃
-202
因素
氧化時(shí)間,min
607590
電流密度,A/dm2
2.03.0
4.0
2 試驗(yàn)結(jié)果及分析
2.1 氧化溫度對膜厚和顯微硬度的影響
氧化溫度對氧化膜厚度和顯微硬度的影響如圖1所示。隨著溫度的升高,能力增強(qiáng),故膜層厚度減小,降。,必要手段。。本試驗(yàn)在-2℃進(jìn)行氧化時(shí),膜層經(jīng)常出現(xiàn)細(xì)小裂紋,而在0℃時(shí)沒有裂紋,綜合考慮氧化溫度對膜層硬度與脆性的影響,氧化溫度以0℃為宜
。
圖圖3 電流密度對膜厚和顯微硬度的影響
才能順利生長。增加電流密度有助于增大氧化膜生成的電化學(xué)反應(yīng)速度,從而促進(jìn)了氧化膜的增厚。
隨著電流密度的升高,氧化膜硬度變大。這是因?yàn)樘岣唠娏髅芏仁寡趸ど伤俣燃涌?氧化時(shí)間縮短,膜層受到硫酸化學(xué)溶解的時(shí)間相應(yīng)減少,膜層硬度也隨之提高。但是若電流密度過高,則氧化
圖1 氧化溫度對膜厚和顯微硬度的影響
2.2 氧化時(shí)間對膜厚和顯微硬度的影響
氧化時(shí)間對氧化膜厚度和顯微硬度的影響如圖
2所示。氧化膜厚度隨氧化時(shí)間的延長而增厚,基本呈線性關(guān)系。但氧化時(shí)間過長,膜層粗糙、疏松且易脫落。氧化時(shí)間一般不超過90min[2]。當(dāng)氧化時(shí)間在60～75min之間時(shí),硬度呈上升趨勢。超過75min后,硬度又有所下降。這是由于隨著氧化時(shí)間的進(jìn)一步延長,氧化膜細(xì)孔內(nèi)溫度不斷提高,電解液對氧化膜的溶解作用加大,導(dǎo)致氧化膜的致密度降低,從而硬度下降。綜合氧化時(shí)間對膜厚和顯微硬度的影響,氧化時(shí)間以75min左右為宜。2.3 電流密度對膜厚和顯微硬度的`影響
電流密度對氧化膜厚度和顯微硬度的影響如圖3所示。由圖可知:隨著電流密度的升高,膜厚變大。因?yàn)檠趸ぴ陉枠O生成的同時(shí)又不斷被電解液溶解,只有當(dāng)氧化膜的生成速度大于溶解速度時(shí),
氧化膜
?150?
過程中的發(fā)熱量增大,又將加快氧化膜的溶解,同樣也會使膜層硬度降低,而且零件被燒蝕的可能也會增大[3]。綜合電流密度對膜厚和顯微硬度的影響,電流密度以4.0A/cm2為宜。2.4 綜合結(jié)果正交試驗(yàn)的結(jié)果及分析見表3,電流密度是影響膜厚最大的因素,氧化溫度、電流密度和溫度是影響膜層顯微硬度的重要因素。對三種因素對氧化膜厚度和顯微硬度影響的綜合分析可知,推薦工藝參數(shù)為:氧化溫度0℃,氧化時(shí)間75min,電流密度4.0A/dm2。
按照上述優(yōu)化方案進(jìn)行硬質(zhì)氧化,在其它條件相同的情況下,測得氧化膜的厚度為53.5μm,顯微硬度為552.7HV,膜層較厚且硬度高,具有很好的綜合性能。
3 結(jié) 論
(1) 對6063鋁合金硬質(zhì)陽極氧化工藝的三個
趙建華等:鋁合金硬質(zhì)陽極氧化工藝優(yōu)選
表3 正交試驗(yàn)結(jié)果及分析
試驗(yàn)
號
123456789
氧化溫度,℃
111222333143.7124.1123.320.41471.41365.51235.7235.8
氧化時(shí)間,min
123123123116127.921309.51404.81358.395.3
電流密度,A/dm2
12323131298.8871.11277.01333.41462.2185.2
膜厚μm
30.445.867.534.851.537.850.830.641.9
顯微硬度,HV
455.8508.1507.5413.0514.0438.5440.7382.7主要因素進(jìn)行優(yōu)化,得出了最佳工藝參數(shù):氧化溫度0℃、氧化時(shí)間75min、電流密度4.0A/dm2,在此工藝條件下得到的硬質(zhì)氧化膜厚度為50μm左右,硬度為550HV左右,具有很好的綜合性能。
(2)在溫度為-2～2℃、氧化時(shí)間為60～90min、電流密度為2.0～4.0dm2的范圍內(nèi),電流,溫度及電流密。
:
1
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(上接第148頁)
現(xiàn)饅頭峰。Cr和SiC的衍射強(qiáng)度都很高,說明鍍層的主要成分是Cr和SiC。
(2)鍍層形貌檢測 利用掃描電鏡對最佳工藝所得鍍層進(jìn)行形貌觀測,可以看到復(fù)合鍍層中SiC粉體沒有嚴(yán)重結(jié)團(tuán)現(xiàn)象,分散情況較好,見圖3。
碳化硅粒度40μm;電鍍溫度45℃;電流密度30A/dm2。
(3)經(jīng)對比檢測,證明采用最佳電鍍工藝獲得的鍍層,可以顯著提高彈簧鋼表面的硬度和耐磨性,延長其使用壽命。
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3 結(jié) 論
(1)采用在彈簧鋼表面預(yù)鍍銅工藝,解決了電
鍍鉻中的電流效率低下而引起彈簧鋼表面復(fù)合鍍層
結(jié)合強(qiáng)度不良的問題。
(2)通過正交試驗(yàn),分析了電流密度、溫度以及碳化硅粒度和濃度對鍍層性能的影響,并最終得到彈簧鋼表面鉻基復(fù)合的最佳工藝:碳化硅35 g/L;
?151?
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