阳极氧化中烧损行为及防止.doc

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1、阳极氧化中烧损行为及防止 作者:汉霖企业阳极氧化中烧损行为及防止王平，魏晓伟(西华大学材料科学与工程学院，四川成都610039)摘要：利用自制脉冲恒流电源装置，对活塞(ZL109)硬质阳极氧化进行了试验研究。分析讨论了在大电流密度下阳极氧化烧损的原因，得出了电流密度、氧化面气泡、合金成分等是阳极氧化过程中烧损的主要影响因素，提出了防止氧化面烧损的措施。关键词：阳极氧化；电流密度；气泡；烧损阳极氧化是指铝及其合金的表面处理方法，可以制得高品质的防护、装饰和功能性膜。为了提高氧化膜性能，需要得到厚而致密的氧化膜。硬质阳极氧化在低温电解液和大的氧化电流密度下可以生成

2、致密而硬度很高的氧化膜。然而在低温电解液和高的电流密度下，由于电流在氧化面上的分布不均匀和受铝合金成分、槽液温度、电压、膜厚等因素的影响，会引起氧化面局部电流过大，氧化面反应热和焦耳热散失不良时，导致氧化膜电击穿，造成基体的局部破坏形成“烧损“。常规阳极氧化法为避免烧损，电流密度都选用1～5A／dm2，这样虽然避免了烧损，同时也降低了生产效率。文章利用自制阳极氧化设备，对活塞(ZL109)进行了电流密度为5～9A／dm2的硬质阳极氧化试验研究，提出了防止氧化面烧损的措施。1试验1．1实验材料和装置选用ZL109活塞为实验对象，其成分(质量分数)为：11％～13

3、％si，0．5％～1．5％Cu，0．8％～1．3％Mg，0．8％～1．5％Ni，Al为余量。装置：自制的脉冲恒流电源WD20．500型、脉冲电源电流输出为0～500A(直流)和0～500A(脉冲)并具有恒流特性，脉冲周期、占空比、脉冲形状(梯形、矩形)均可调，空载电压为125V左右，电源功率在30W左右。PVC氧化槽、热交换器、阴极不锈钢板、测厚仪(Minitestl00FN型)、显微硬度计(Hx．1000型)、温度计、搅拌器等设备。1．2氧化处理对活塞顶部进行局部氧化处理，非氧化区采用密封效果极佳的橡胶件密封。工艺过程如下：活塞一碱性除油一去离子水洗一装挂具

4、一酸洗一水洗一硬质氧化一去离子水洗一封闭一干燥。(1)碱性除油。室温下，工件在氢氧化钠(15％)、表面活性剂(5％)溶液中处理3～5min以除去表面的油污。(2)酸洗。碱性除油后，针对表面部分碱液残留，再采用浓度为20％-30％的硫酸溶液来酸洗活塞的待氧化面，不但能中和氧化面上的残留碱液，而且可以消除氧化面“挂灰”吸附膜。(3)硬质氧化工艺条件。H2SO4浓度160～200g／L，添加剂(苹果酸和草酸各50％)10-30g／L，温度．5℃~20"C，电流密度5～9A／dm2，交流电压25～65v，时间30~60min，氧化中采用搅拌排除氧化面上的气泡。(4)封

5、闭处理。氧化后将动盘放入80～90℃自来水中，对动盘氧化面进行热水封闭8～10min，取出干燥后，立即用自制纳米封闭剂进行最后封闭，使纳米氧化微粒等渗到氧化膜微孔中。2烧损机理分析目前有关烧损机理的解释是由于阳极氧化时局部电流密度过大造成氧化膜局部或普遍的融解，同时可能发生膜下金属的部分或全部融解。这是由于阳极氧化过程中不能有效散热，造成严重的过热状态。也有研究认为是反应到一定阶段后，随着电压的升高，膜孔中的析氧量上升，同时生成大量的焦耳热和反应热，由于氧气是不导电的，积累的氧使膜电阻上升。电阻急剧上升，在高电压下膜层热量进一步增加，达到一定程度后就会引起氧的

6、气体放电，出现火花，使零件尖端电流集中处膜层首先破坏，导致零件“烧蚀”发生。通过试验生产总结得出造成烧损出现的原因是多方面的，如电流密度过大、氧化面气泡、合金成分、导电接触不良等因素都可能导致阳极氧化中氧化面烧损。2．1电流对烧损的影响电流大小和波形的选择是阳极氧化中最关键的工艺条件之一，它决定了氧化膜的质量和生产效率的高低。传统的阳极氧化采用的直流阳极氧化电流密度较小1～2A／dm2，生产时间长，且效率较低。一旦提高电流密度，又很容易引起氧化膜烧损。文献[1，6]采用了交流；交、直流叠加；脉冲电流；间断电流等多种电流波形阳极氧化。改进电流波形以后，不但提高了

7、氧化电流密度(2～5)A／dm2、生产效率；同时也提高了氧化膜质量[4,6]，有效的避免了在大电流密度下烧损行为的发生。本试验中，采用自制氧化电源wD20—500型，以改变电流的波形，来大幅度的提高氧化电流密度。在室温下对铜硅元素含量高的铝合金进行快速的处理，突破了传统的低电流密度1～5A／dm2阳极氧化，完成了硬质阳极氧化处理，达到提高生产效率和氧化膜质量的目的。试验中电流密度可以在5～9A／dm2内随意选取，氧化时间一般在30~40min内膜厚即可达到85tan以上，也没有出现烧损。目前，国内外关于电流对烧损影响的理论解释十分少见，本文比较认可文献[7]的

8、分析，即当用脉冲电流进行阳极氧化时，大