CN107217284A - 深孔铝件硬质阳极氧化方法及其制作的深孔铝件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深孔铝件硬质阳极氧化方法，用于深孔中待硬质阳极氧化部位设有第一通孔的铝件，在硬质阳极氧化前，用夹具保护深孔中无需硬质阳极氧化的部位，用橡胶塞分别堵住第一通孔和深孔，铝件的其余部位浸蜡保护；保护蜡未完全冷却时拔出橡胶塞使第一通孔和深孔中待硬质阳极氧化部位连通。该方法中第一通孔浸蜡后依然与铝件外部相通，硬质阳极氧化时使溶液能够保持很好的流通，在反应过程中可以将产生的热量及时带走，使反应始终能维持正常的工艺参数，加工过程稳定可控，解决了硬质阳极氧化过程中因温度升高，硬质阳极氧化膜容易被击穿、铝件被烧蚀的问题。

Description

深孔铝件硬质阳极氧化方法及其制作的深孔铝件

技术领域

本发明涉及硬质阳极氧化领域，特别地，涉及一种深孔铝件硬质阳极氧化方法。此外，本发明还涉及一种由上述深孔铝件硬质阳极氧化方法制作的深孔铝件。

背景技术

铝合金硬质阳极化是一种厚层铝阳极氧化工艺，生成的氧化膜硬度高，具有微小孔隙，可吸附润滑剂，能显著提高基体金属的耐磨性。为提高航空发动机使用寿命，通常在铝合金活塞、机匣、轴承座等零件需耐磨部位采用局部硬质阳极氧化工艺。

铝合金硬质阳极氧化过程选用一定浓度的硫酸溶液，把零件作为阳极，铅棒作为阴极，维持电流恒定，在零件表面生成硬质阳极化膜。

阴极反应：4H⁺+4e→2H₂

阳极反应：4OH^--4e→2H₂O+2O↑+大量热量

2Al+3O→Al₂O₃

阴极有H₂析出，阳极生成硬质阳极化膜，多余的氧呈气体状态析出，同时，反应会放出大量热量。硬质阳极氧化过程中，会因反应放出大量热量，使得零件反应界面局部温度会升高，硬质阳极化膜层的电阻率会降低；随着膜层厚度的不断增加，零件所承受的电压也会不断增加，反应热会使反应界面温度升高。若不及时带走反应热，温度上升超出工艺范围时，膜层的电阻值会下降而被击穿，造成零件烧蚀。因此，硬质阳极氧化过程中需要采用压缩空气搅拌等有效的手段，及时带走反应热，使反应界面温度始终维持在工艺范围内。尤其对于小直径的深孔部位，如活门壳体的局部硬质阳极氧化，需硬质阳极氧化的部位在多个台阶深孔的最底部，上述问题是最大的工艺难点。

另外，局部硬质阳极氧化过程中需对非阳极氧化部位进行保护，由于硬质阳极氧化槽液温度低，一般为-6℃～0℃，选用保护材料时需选择耐酸耐低温的绝缘材料，否则将导致零件局部部位漏阳极化膜，影响产品质量。对于结构特殊的零件，如上述提到的活门壳体，硬质阳极氧化孔径小且深，并且硬质阳极氧化部位位于深孔的最底部，相邻非硬质阳极氧化部位保护困难，硬质阳极氧化过程中的保护方法也很关键。

发明内容

本发明提供了一种深孔铝件硬质阳极氧化方法及其制作的深孔铝件，以解决硬质阳极氧化过程中氧化膜层易被击穿出现烧蚀现象的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种深孔铝件硬质阳极氧化方法，用于深孔中待硬质阳极氧化部位设有第一通孔的铝件，在硬质阳极氧化前进行的步骤包括：

(S1)用夹具保护深孔中无需硬质阳极氧化的部位，用橡胶塞分别堵住第一通孔和深孔，铝件的其余部位浸蜡保护；

(S2)步骤(S1)中浸蜡保护后，保护蜡未完全冷却时拔出橡胶塞使第一通孔和深孔中待硬质阳极氧化部位连通。

进一步地，橡胶塞采用氟橡胶材料。

进一步地，硬质阳极氧化之前，还包括：在步骤(S2)中拔出橡胶塞后，用第一铝丝连接待硬质阳极氧化的铝件和采用铝件相同材质制成的辅助试片。

进一步地，第一铝丝在使用前先浸蜡保护。

进一步地，铝件在浸蜡保护之前或浸蜡完成并拔出橡胶塞后，用万用电表分别检测铝件与辅助试片的导电性。

进一步地，在铝件的非硬质阳极氧化部位选择第二通孔，用第二铝丝穿过第二通孔，连接万用电表检测装挂有第二铝丝的铝件导电性，导电性不合格则重新装挂，直至导电性检测合格；用第二铝丝连接辅助试片，连接万用电表检测装挂有第二铝丝的辅助试片的导电性，导电性不合格则重新装挂，直至导电性检测合格。

进一步地，夹具采用中空的象形管状结构，材质为氟橡胶。

进一步地，夹具的尺寸与铝件深孔的尺寸设计为0.3mm～0.5mm的过盈配合。

根据本发明的另一方面，还提供了一种由上述深孔铝件硬质阳极氧化方法制作的深孔铝件。

进一步地，深孔铝件的硬质阳极氧化膜的厚度均匀，膜厚为50～90μm。

本发明具有以下有益效果：

本发明的深孔铝件硬质阳极氧化方法，针对于深孔中硬质阳极氧化部位设有第一通孔的铝件，在浸蜡保护前用橡胶塞堵住第一通孔与深孔，以免第一通孔、深孔被蜡堵塞；浸蜡保护结束后，根据蜡的特性，在其没有完全冷却时，蜡层质软，塑性好，此时分别将橡胶塞拔出，使深孔和第一通孔保持畅通。浸蜡后第一通孔仍然与铝件外部相通，硬质阳极氧化时使溶液能够保持很好的流通，在反应过程中可以将产生的热量及时带走，使反应始终能维持正常的工艺参数，加工过程稳定可控，解决了硬质阳极氧化过程中因温度升高，硬质阳极氧化膜容易被击穿、铝件被烧蚀的问题。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的活门壳体示意图；

图2是本发明优选实施例的活门壳体中深孔A-A1处截面图；以及

图3是本发明优选实施例的夹具与活门壳体中深孔配合后的示意图。

附图标记说明：

1、深孔；2、第四级台阶孔；3、夹具；4、待硬质阳极氧化部位；5、φ3小油孔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明的一方面提供一种深孔铝件硬质阳极氧化方法，用于深孔中待硬质阳极氧化部位设有第一通孔的铝件，在硬质阳极氧化前进行的步骤包括：

(S1)用夹具保护深孔中无需硬质阳极氧化的部位，用橡胶塞分别堵住第一通孔和深孔，铝件的其余部位浸蜡保护；

(S2)步骤(S1)中浸蜡保护后，保护蜡未完全冷却时拔出橡胶塞使第一通孔和深孔中待硬质阳极氧化部位连通。

该深孔铝件硬质阳极氧化方法，针对于深孔中硬质阳极氧化部位设有第一通孔的铝件，在浸蜡保护前用橡胶塞堵住第一通孔与深孔，以免第一通孔、深孔被蜡堵塞；浸蜡保护结束后，根据蜡的特性，在其没有完全冷却时，蜡层质软，塑性好，此时分别将橡胶塞拔出，使深孔和第一通孔保持畅通。第一通孔与铝件外部相通，硬质阳极氧化时溶液能够保持很好的流通，在反应过程中可以将产生的热量及时带走，使反应始终能维持正常的工艺参数，加工过程稳定可控，解决了硬质阳极氧化过程中因温度升高，硬质阳极氧化膜容易被击穿、铝件被烧蚀的问题。

其中优选的，橡胶塞采用氟橡胶材料。橡胶塞分别为与第一通孔、深孔尺寸匹配的锥形结构，用于浸蜡时塞进第一通孔和深孔，并在蜡软化状态下拔出，使深孔保持与铝件外部相通的状态，以便于硬质阳极氧化时溶液能够保持很好的流通，在反应过程中可以将产生的热量及时带走。

其中优选的，硬质阳极氧化之前，还包括：在步骤(S2)中拔出橡胶塞后，用第一铝丝连接待硬质阳极氧化的铝件和采用铝件相同材质制成的辅助试片。其中，辅助试片的尺寸根据用来进行硬质阳极氧化电源的电流表精度选择，此时硬质阳极氧化时电流表的示数精确度高。深孔铝件硬质阳极氧化的面积一般比较小，硬质阳极氧化时需要用第一铝丝连接一个与铝件相同材质的辅助试片，以增加硬质阳极氧化的面积和硬质阳极氧化电流，提高电流的均匀性，提高硬质阳极氧化的精度，以保证硬质阳极氧化的均匀性及氧化膜厚度的均匀性，提高氧化膜的性能。

其中优选的，上述第一铝丝在使用前先浸蜡保护。在硬质阳极氧化过程中，与铝件、辅助试片连接的第一铝丝也会发生硬质阳极氧化，造成电流消耗量大，氧化膜厚度不均。因此，在使用之前，需要对第一铝丝同样进行浸蜡保护，避免第一铝丝发生硬质阳极氧化。

其中优选的，浸蜡保护之前或浸蜡完成并拔出橡胶塞后，用万用电表分别检测铝件与辅助试片的导电性。为确保硬质阳极氧化过程中铝件、辅助试片与电源之间的良好导电，分别用第二铝丝捆扎装挂铝件、辅助试片，采用万用电表检测其导电性。万用电表使用“Ω”档，如果万用电表显示数字小于1，则表示导电性合格，能够进行硬质阳极氧化；否则，需要重新用第二铝丝装挂，直至导电性检测合格。上述第二铝丝用于导电性检测，无需进行浸蜡保护。

其中优选的，在铝件的非硬质阳极氧化部位选择第二通孔，用第二铝丝穿过第二通孔，连接万用电表检测装挂有第二铝丝的铝件导电性，导电性不合格则重新装挂，直至导电性检测合格；用第二铝丝连接辅助试片，用连接万用电表检测装挂有第二铝丝的辅助试片的导电性，导电性不合格则重新装挂，直至导电性检测合格。以上为万用电表检测铝件、辅助试片的具体方法，以确保硬质阳极氧化过程中铝件、辅助试片与电源之间的导电性良好。

其中优选的，夹具采用中空的象形管状结构，材质为氟橡胶。根据深孔铝件的具体结构，本发明采用中空的象形管状结构夹具，并使用耐酸耐碱的氟橡胶材料制作，能够更好地保护深孔内的非硬质阳极氧化部位，保证非硬质阳极氧化部位不与溶液接触，而中空的管状结构又确保了硬质阳极氧化时溶液的有效对流和反应热量的及时带走。

其中优选的，夹具的尺寸与铝件深孔的尺寸设计为0.3mm～0.5mm的过盈配合。铝件尺寸与夹具尺寸过盈配合，确保夹具对铝件深孔内非硬质阳极氧化部位的保护紧密、牢靠，保护效果更好。

本发明的另一方面提供一种上述深孔铝件硬质阳极氧化方法制作的深孔铝件。上述硬质阳极氧化方法制作的深孔铝件没有烧蚀现象发生，耐磨性好，使用寿命长。

其中优选的，深孔铝件的硬质阳极氧化膜的厚度均匀，膜厚为50～90μm。本发明制作的深孔铝件阳极氧化膜膜厚均匀，性能好。

实施例

实施例1

本发明的优选实施例提供了一种深孔铝件硬质阳极氧化方法，用于深孔1中待硬质阳极氧化部位4设有第一通孔的铝件。本实施例以活门壳体为例，参照图1、图2所示，活门壳体设有一个φ6.92的深孔1，待硬质阳极氧化部位4位于φ6.92深孔1的底部，为第四级台阶孔2的侧壁，并且该待硬质阳极氧化部位4包括一个第一通孔即深孔1底部φ3小油孔5，此φ3小油孔5与活门壳体外部相通。本实施例中活门壳体第四级台阶孔2侧壁的硬质阳极氧化方法包括以下步骤：

(a)将中空象形管状结构的氟橡胶材质的夹具3插入活门壳体φ6.92的深孔1中，夹具3的尺寸与深孔1的尺寸设计为0.4mm的过盈配合，以保护深孔1内的非硬质阳极氧化部位，再分别用氟橡胶材质的橡胶塞堵住φ3小油孔5和φ6.92的深孔1，然后整体进行浸蜡保护。保护非硬质阳极氧化部位的夹具3与活门壳体中深孔配合后的结构示意图参照图3。

(b)浸蜡保护后，在蜡未完全冷却时拔出步骤(a)中的橡胶塞，使φ3小油孔5和φ6.92的深孔1重新变为畅通状态。

(c)确定辅助试片的尺寸，用第一铝丝连接步骤(b)中浸蜡并拔出橡胶塞后的活门壳体和相同材质的辅助试片，第一铝丝在使用前先进行浸蜡保护；然后进行硬质阳极氧化操作。辅助试片的尺寸取决于进行硬质阳极氧化电源的电流表精度，辅助试片的使用使硬质阳极氧化时电流表的示数精确度高。本实施例的活门壳体φ6.92的深孔1内硬质阳极氧化的面积仅为0.03dm²，如果单独进行硬质阳极氧化，电流仅需要0.12A到0.18A左右，与所使用的电源电流表精度1A不匹配。制作尺寸为30×30×4mm的辅助试片，硬质阳极氧化的总面积增加到0.25dm²左右，电流增加至1到1.5A，与电源电流表精度相匹配，电流均匀性好，硬质阳极氧化均匀，氧化膜的厚度均匀，氧化膜性能好。

上述步骤中，在对铝件进行浸蜡保护之前或者浸蜡完成并拔出橡胶塞后，用万用电表分别检测活门壳体和辅助试片的导电性。检测方法如下：在活门壳体的非硬质阳极氧化部位选择第二通孔，用第二铝丝穿过第二通孔，连接万用电表检测活门壳体的导电性，导电性不合格则重新装挂第二铝丝，直至导电性检测合格。用第二铝丝连接辅助试片，连接万用电表检测辅助试片的导电性，导电性不合格则重新装挂第二铝丝，直至导电性检测合格。

本实施例中，利用上述硬质阳极氧化的方法制作得到的活门壳体硬质阳极氧化膜，外观颜色为均匀的灰黑色，金相剖切膜层厚度均匀，可达50～90μm，硬质阳极氧化后深孔1的孔径为φ6.86，维氏硬度Hv0.5为300～400。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种深孔铝件硬质阳极氧化方法，用于深孔(1)中待硬质阳极氧化部位(4)设有第一通孔的铝件，其特征在于，在硬质阳极氧化前进行的步骤包括：

(S1)用夹具(3)保护所述深孔(1)中无需硬质阳极氧化的部位，用橡胶塞分别堵住所述第一通孔和所述深孔(1)，铝件的其余部位浸蜡保护；

(S2)所述步骤(S1)中浸蜡保护后，保护蜡未完全冷却时拔出所述橡胶塞使所述第一通孔和所述深孔(1)中待硬质阳极氧化部位(4)连通。

2.根据权利要求1所述的深孔铝件硬质阳极氧化方法，其特征在于，

所述橡胶塞采用氟橡胶材料。

3.根据权利要求1所述的深孔铝件硬质阳极氧化方法，其特征在于，

硬质阳极氧化之前，还包括：

在所述步骤(S2)中拔出橡胶塞后，用第一铝丝连接待硬质阳极氧化的铝件和采用所述铝件相同材质制成的辅助试片。

4.根据权利要求3所述的深孔铝件硬质阳极氧化方法，其特征在于，

所述第一铝丝在使用前先浸蜡保护。

5.根据权利要求3或4所述的深孔铝件硬质阳极氧化方法，其特征在于，

所述铝件在浸蜡保护之前或浸蜡完成并拔出橡胶塞后，用万用电表分别检测所述铝件与所述辅助试片的导电性。

6.根据权利要求5所述的深孔铝件硬质阳极氧化方法，其特征在于，

在所述铝件的非硬质阳极氧化部位选择第二通孔，用第二铝丝穿过所述第二通孔，连接万用电表检测装挂有所述第二铝丝的铝件导电性，导电性不合格则重新装挂，直至导电性检测合格；

用所述第二铝丝连接所述辅助试片，连接万用电表检测装挂有所述第二铝丝的辅助试片的导电性，导电性不合格则重新装挂，直至导电性检测合格。

7.根据权利要求1至6任一项所述的深孔铝件硬质阳极氧化方法，其特征在于，

所述夹具(3)采用中空的象形管状结构，材质为氟橡胶。

8.根据权利要求7所述的深孔铝件硬质阳极氧化方法，其特征在于，

所述夹具(3)的尺寸与铝件深孔(1)的尺寸设计为0.3mm～0.5mm的过盈配合。

9.一种权利要求1至8任一项所述的深孔铝件硬质阳极氧化方法制作的深孔铝件。

10.根据权利要求9所述的深孔铝件，其特征在于，

所述深孔铝件的硬质阳极氧化膜的厚度均匀，膜厚为50～90μm。