CN113584554A - 一种铝合金硬质阳极氧化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝合金硬质阳极氧化方法，属于电镀技术领域；包括：在硬质阳极氧化时采用多波段渐进式电流法进行铝合金硬质阳极氧化；多波段渐进式电流法为：当膜层厚度为x(μm)≥20(μm)时，对于第n波段，设置电流密度为0.5+3(n‑1)/14(A/dm²)、电流上升时间为10(s)、工作时间：当零件材料中铜的质量分数占比为3.8％≤Cu＜5％时，工作时间为2x/15(min)；当零件材料中铜的质量分数占比为0＜Cu＜3.8％时，工作时间为x/15(min)。对比现有技术，本发明提出的多波段阶梯式电流氧化方法，可减缓氧化过程中膜层表面施加的电压增长速率；增大零件表面散热，有效避免挂具熔断，零件烧蚀的现象，从而保证氧化膜质量。该方法适用于铜含量占比低于5％的铝合金硬质阳极氧化。

Description

一种铝合金硬质阳极氧化方法

技术领域

本发明涉及一种阳极氧化方法，特别涉及一种铝合金硬质阳极氧化方法，属于电镀技术领域。

背景技术

随着产品轻量化及使用环境多样化的发展，对铝合金零件的防腐性、硬度、耐磨性提出了更高的要求。硬质阳极氧化与普通阳极氧化相比，具有表面膜层厚度厚(20μm以上)、耐腐蚀性好(中性盐雾试验336h)、硬度(300HV以上) 高、耐磨性好的优点，因此，在铝合金零件表面防护或功能应用中得到广泛的应用。

目前当铝合金零件采用直流电源硬质阳极氧化时，氧化过程需保持电流恒定，零件表面持续承受较高的电流和电压，然而当铝合金成分中铜含量较高(质量占比为3.5％-5％)时，铝合金零件在硬质阳极氧化过程中，局部会因富铜部位溶解过快而成为电流聚集的中心，从而过热并发生溶解，击穿烧毁零件，造成零件返工或报废。目前解决硬质阳极氧化过程中因铝合金成分中铜含量较高时零件烧蚀的方法是更换电源，将直流电源更换为交直流电源或脉冲电源，电流波形的改变可放宽铜、硅的含量。但由于交直流电源、脉冲电源的成本昂贵，因此成本经济的直流电源的应用最为广泛。

常规普通阳极氧化挂钩的材料一般为细丝状铝合金材料。挂钩上端制作成U 型挂钩状悬挂在导电板上，靠自身重力与导电板通过线接触导电，下端制成弹性夹子状与零件上端的通孔弹性接触导电，这种装置对于通电电流较小(1～ 2A/dm2)、电压较小(12～20V)、氧化厚度薄(10～20μm)的普通阳极氧化是适用的，但铝合金硬质阳极氧化过程零件表面承受的电流、电压较高，氧化时间长，氧化过程导电接触面积小，且在溶液强搅拌条件下，挂具、零件的导电部分接触不牢固，电流容易聚集于零件或挂具表面，造成零件烧损或击穿，或挂具烧断导致零件掉落镀槽的质量事故。

按照当前制造业高质量发展的要求，当零件材料的铝合金成分中铜含量在3.5％-5％时，在使用直流电源的条件下，需探索一种多波段阶梯式电流式硬质阳极氧化工艺方法，设计一种铝合金硬质阳极氧化装置，提高硬质阳极氧化零件的质量稳定性，解决采用直流电源对铜含量较高时的铝合金硬质阳极氧化过程存在的技术瓶颈。

发明内容

本发明的目的是为了全部或部分克服已有技术的缺陷，提出一种铝合金硬质阳极氧化方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种铝合金硬质阳极氧化方法，包括：在硬质阳极氧化时采用多波段渐进式电流法进行铝合金硬质阳极氧化。

作为优选，所述多波段渐进式电流法为：当膜层厚度为x(μm)≥20(μm)时，对于第n波段，设置电流密度为0.5+3(n-1)/14(A/dm²)、电流上升时间为 10(s)、工作时间：当零件材料中铜的质量分数占比为3.8％≤Cu＜5％时，工作时间为2x/15(min)；当零件材料中铜的质量分数占比为0＜Cu＜3.8％时，工作时间为x/15(min)。

作为优选，在所述零件使用铝合金硬质阳极氧化装置装挂于镀槽内时，装置在液面以下的非导电接触部分与镀液隔离。

作为优选，所述隔离为采用聚氯乙烯塑料包裹隔离。

作为优选，所述零件进行电镀前进行预处理保持其表面光滑。

作为优选，所述预处理包括将所述零件的锐角、毛刺和棱角倒圆，使倒圆处半径不低于0.5(mm)。

作为优选，所述零件进行电镀前清洗表面杂质。

作为优选，所述清洗包括：采用水基除油剂对被润滑油或脂污染的所述零件表面进行除油、强碱和强酸浸泡。

作为优选，在对所述零件进行所述强碱浸泡时使用钛挂钩吊挂。

一种铝合金硬质阳极氧化方法，包括：

①检查零件表面是否有毛刺、撞伤、划痕以及锈蚀，将零件的锐角、毛刺和棱角倒圆，倒圆处半径不低于0.5(mm)；

②将零件上端装在钛挂钩上，浸入在以氢氧化钠为主成分的强碱性碱液中浸蚀3～5min，温度40～50℃；碱浸蚀后将零件表面的残留物用水清洗干净；

③将零件浸蚀于300～500g/L的硝酸中，在室温下出光2～5min，出光后用水清洗干净表面的残留酸液；

④将零件装入铝合金硬质阳极氧化装置后，挂于镀槽内；装置在液面以下的非导电接触部分采用聚氯乙烯塑料包裹；

⑤打开冷却装置，使溶液温度降至0～5℃；将装挂好的零件放入渡槽中，零件与零件之间，零件与阴极之间，保持100～150mm距离；打开溶液搅拌装置后，按照以下方法设置工艺参数：

按表1计算并设置各波段电流、工作时间工艺参数后，在控制面板上输入每个波段电流大小、上升时间及工作时间；

表1硬质阳极氧化工艺参数设计

其中，n表示波段序号值，取值为自然数；x表示膜层厚度，单位μm，数值不低于20μm；

打开直流电源通电；

⑥待氧化结束后，关闭电源、冷却装置、搅拌装置，将零件从镀槽取出并冲洗干净；

⑦重铬酸盐封闭法，将零件在90～95℃温度下，100g/L的重铬酸钾溶液中浸泡10分钟；

⑧冲洗干净零件表面的钝化液，拆卸夹具，并吹干或烘干零件。

有益效果

与现有技术相比，本发明提出的多波段阶梯式电流氧化方法，可减缓氧化过程中膜层表面施加的电压增长速率；增大零件表面散热，有效避免挂具熔断，零件烧蚀的现象，从而保证氧化膜质量。该方法适用于铜含量占比低于5％的铝合金硬质阳极氧化。

具体实施方式

实施例1

下面以氧化表面面积5.0dm²，氧化膜厚度要求≥30μm的铝工件为例说明一种铝合金硬质阳极氧化方法，包括：

1、检查零件表面是否有毛刺、撞伤、划痕、锈蚀等疵病，将工件的锐角、毛刺和棱角倒圆，避免氧化过程中电流集中，引起局部过热，烧伤零件或氧化膜脱落(棱角处半径≥0.5mm)；

2、采用水基除油粉对被润滑油或脂污染的零件表面进行预处理除油刷洗、擦洗；

3、将零件上端装在钛挂钩上，浸入在以氢氧化钠为主成分的强碱性碱液中浸蚀3～5min,温度40～50℃。碱浸蚀后需将零件表面的残留物清洗干净；

4、将零件浸蚀于300～500g/L的硝酸中，在室温下出光2～5min，去除碱蚀后的表面残留物。出光后清洗干净表面的残留酸液；

5、将零件通过螺栓压紧方法装于硬质阳极氧化装置后，装挂于镀槽内。装置在液面以下的非导电接触部分采用聚氯乙烯塑料包裹；

6、打开冷却装置，使溶液温度降至0～5℃。将装挂好的零件放入槽中，零件与零件之间，零件与阴极之间，保持100～150mm距离。打开溶液搅拌装置。在控制面板上设定每个波段电流大小、上升时间及工作时间。

表1中序号1的铝合金工件工艺参数设定举例：当铝合金工件的材料为2A12 时，材料中含Cu的质量分数为3.8％～4.9％。

控制面板上设置的工艺参数如下表2：

表2 2A12硬质阳极氧化工艺参数设置

表1中序号2的铝合金工件工艺参数设定举例：当铝合金工件的材料为5A06 时，材料中含Cu的质量分数为0.1％，控制面板上设置的工艺参数如下表3：

表3 5A06硬质阳极氧化工艺参数设置

波段序号	电流密度(A/dm<sup>2</sup>)	电流(A)	上升时间(s)	工作时间(min)
					1	0.5	2.5	10	2
2	0.71	3.6	10	2
					3	0.93	4.7	10	2
4	1.14	5.7	10	2
					5	1.36	6.8	10	2
6	1.57	7.9	10	2
					7	1.79	9.0	10	2
8	2	10.0	10	2
					9	2.21	11.1	10	2
10	2.43	12.2	10	2
					11	2.64	13.2	10	2
12	2.86	14.3	10	2
					13	3.07	15.4	10	2
14	3.29	16.5	10	2
					15	3.5	17.5	10	2

然后打开直流电源通电，监控记录每波段溶液温度、电流、电压等工艺参数；

7、待氧化结束后，关闭电源、冷却装置、搅拌装置，将零件从镀槽取出并冲洗干净；

8、重铬酸盐封闭法，将零件在90～95℃温度下，100g/L的重铬酸钾溶液中浸泡10分钟，以提高氧化膜的防护稳定性；

9、冲洗干净零件表面的钝化液，拆卸夹具，并吹干或烘干零件；

10、交验硬质氧化膜层外观、厚度、硬度。

不同材料成分的2A12和5A06工件经硬质阳极氧化后，经检验，外观、厚度、硬度、耐蚀性均符合技术要求。硬质阳极氧化膜层连续、均匀、完整，2A12 工件氧化膜外观为浅灰色至灰褐色，5A06工件氧化膜外观为深灰色至黑色。封闭后，外观呈黄绿至墨绿色；采用涡流测厚仪检测氧化膜厚度值为30μm～35 μm，采用截面金相法检测，2A12工件氧化膜表面维氏硬度值为397HV～ 483HV，5A06工件氧化膜表面维氏硬度值417～440HV0.05。2A12工件和5A06 工件表面氧化膜经336h的中性盐雾试验未产生锈蚀现象。

通过上述本发明方法，能够高效地对铜含量占比低于5％的铝合金进行硬质阳极氧化，降低成本。对于波段数的设置根据需要的膜层厚度调整，不限于上述举例中的15波段。

为了说明本发明的内容及实施方式，本说明书给出了具体实施例。在实施例中引入细节的目的不是限制权利要求书的范围，而是帮助理解本发明所述内容。本领域的技术人员应理解：在不脱离本发明及其所附权利要求的精神和范围内，对最佳实施例步骤的各种修改、变化或替换都是可能的。因此，本发明不应局限于最佳实施例所公开的内容。

Claims (10)

1.一种铝合金硬质阳极氧化方法，其特征在于：在硬质阳极氧化时采用多波段渐进式电流法进行铝合金硬质阳极氧化。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述多波段渐进式电流法为：当膜层厚度为x(μm)≥20(μm)时，对于第n波段，设置电流密度为0.5+3(n-1)/14(A/dm²)、电流上升时间为10(s)、工作时间：当零件材料中铜的质量分数占比为3.8％≤Cu＜5％时，工作时间为2x/15(min)；当零件材料中铜的质量分数占比为0＜Cu＜3.8％时，工作时间为x/15(min)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在所述零件使用铝合金硬质阳极氧化装置装挂于镀槽内时，装置在液面以下的非导电接触部分与镀液隔离。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述隔离为采用聚氯乙烯塑料包裹隔离。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述零件进行电镀前进行预处理保持其表面光滑。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述预处理包括将所述零件的锐角、毛刺和棱角倒圆，使倒圆处半径不低于0.5(mm)。

7.根据权利要求1-6所述的方法，其特征在于：所述零件进行电镀前清洗表面杂质。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述清洗包括：采用水基除油剂对被润滑油或脂污染的所述零件表面进行除油、强碱和强酸浸泡。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：在对所述零件进行所述强碱浸泡时使用钛挂钩吊挂。

10.一种铝合金硬质阳极氧化方法，其特征在于：包括：

①检查零件表面是否有毛刺、撞伤、划痕以及锈蚀，将零件的锐角、毛刺和棱角倒圆，倒圆处半径不低于0.5(mm)；

②将零件上端装在钛挂钩上，浸入在以氢氧化钠为主成分的强碱性碱液中浸蚀3～5min，温度40～50℃；碱浸蚀后将零件表面的残留物用水清洗干净；

③将零件浸蚀于300～500g/L的硝酸中，在室温下出光2～5min，出光后用水清洗干净表面的残留酸液；

④将零件装入铝合金硬质阳极氧化装置后，挂于镀槽内；装置在液面以下的非导电接触部分采用聚氯乙烯塑料包裹；

⑤打开冷却装置，使溶液温度降至0～5℃；将装挂好的零件放入渡槽中，零件与零件之间，零件与阴极之间，保持100～150mm距离；打开溶液搅拌装置后，按照以下方法设置工艺参数：

按表1计算并设置各波段电流、工作时间工艺参数后，在控制面板上输入每个波段电流大小、上升时间及工作时间；

表1硬质阳极氧化工艺参数设计

其中，n表示波段序号值，取值为自然数；x表示膜层厚度，单位μm，数值不低于20μm；

打开直流电源通电；

⑥待氧化结束后，关闭电源、冷却装置、搅拌装置，将零件从镀槽取出并冲洗干净；

⑦重铬酸盐封闭法，将零件在90～95℃温度下，100g/L的重铬酸钾溶液中浸泡10分钟；

⑧冲洗干净零件表面的钝化液，拆卸夹具，并吹干或烘干零件。