勾駿 桂國(guó)慶

摘 ?要：本文介紹以硫酸或鉻酸陽(yáng)極氧化膜經(jīng)醋酸鎳封閉和重鉻酸鉀封閉后，用作局部厚膜硬質(zhì)陽(yáng)極氧化保護(hù)膜的工藝方法。介紹了其工藝流程，討論了兩種工藝中電壓的限制。

關(guān)鍵詞：鋁合金;硬質(zhì)陽(yáng)極氧化;封閉;醋酸鎳;重鉻酸鉀

引言

鋁合金硬質(zhì)陽(yáng)極化膜因?yàn)樗鼉?yōu)良的耐磨性、耐蝕性、耐熱性和高硬度而廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)工業(yè)、海洋艦船、醫(yī)療衛(wèi)生、輕武器等等高科技尖端領(lǐng)領(lǐng)域，并可替代傳統(tǒng)的鍍鉻工藝。但對(duì)許多零件來(lái)說(shuō)，需對(duì)其承受耐磨區(qū)域進(jìn)行硬質(zhì)陽(yáng)極化，而其他非耐磨區(qū)域則只需進(jìn)行硫酸陽(yáng)極化或鉻酸陽(yáng)極化。對(duì)于需進(jìn)行局部硬質(zhì)陽(yáng)極化零件而言，傳統(tǒng)工藝主要有以下幾種。第一，整體進(jìn)行硫酸陽(yáng)極化或鉻酸陽(yáng)極化;第二，采用機(jī)械方法除去已形成的普通陽(yáng)極氧化膜，暴露鋁基體;第三，進(jìn)行整體蠟封或涂漆;第四，去除需硬質(zhì)陽(yáng)極化區(qū)域的蠟層或漆，然后對(duì)該區(qū)域進(jìn)行硬質(zhì)陽(yáng)極化;第五，去除硬質(zhì)陽(yáng)極化區(qū)域外的蠟或漆。該方法的不足之處在于以下幾方面。首先，硬質(zhì)陽(yáng)極化區(qū)域過(guò)大或過(guò)小，界限不明顯;其次，蠟或漆假如沒(méi)去除干凈，容易造成該區(qū)域無(wú)膜層;最后，需硬質(zhì)陽(yáng)極化區(qū)域形狀復(fù)雜，蠟或漆的去除非常麻煩，耗時(shí)耗力。

1探討技術(shù)的不足之處

1.1硫酸陽(yáng)極化膜作局部硬質(zhì)陽(yáng)極化的保護(hù)膜

傳統(tǒng)工藝采用的方法是零件整體進(jìn)行硫酸陽(yáng)極化后，機(jī)加除去需硬質(zhì)陽(yáng)極化區(qū)域的硫酸陽(yáng)極化膜層，再進(jìn)行蠟封，然后去除粗線區(qū)域的蠟層，再進(jìn)行硬質(zhì)陽(yáng)極化。該工藝復(fù)雜，加工難度大。在此采用的方法是整體硫酸陽(yáng)極化后進(jìn)行醋酸鎳封閉和重鉻酸鉀封閉雙重封閉，機(jī)加去除需硬質(zhì)陽(yáng)極化區(qū)域的硫酸陽(yáng)極氧化膜，依照硫酸陽(yáng)極化膜作為局部硬質(zhì)陽(yáng)極化保護(hù)膜的工藝流程進(jìn)行硬質(zhì)陽(yáng)極氧化。試驗(yàn)證明，在硬質(zhì)陽(yáng)極化膜層到60μm后，硫酸陽(yáng)極化膜層完好，沒(méi)有由于膜層被擊穿而產(chǎn)生的黑點(diǎn)，硫酸陽(yáng)極化膜和硬質(zhì)陽(yáng)極化膜層界限明顯。因此，硫酸陽(yáng)極化膜層可以用作厚膜局部硬質(zhì)陽(yáng)極化的保護(hù)膜。局部硬質(zhì)陽(yáng)極化后，對(duì)該零件的硫酸陽(yáng)極氧化膜進(jìn)行336h耐鹽霧試驗(yàn)。最終結(jié)論顯示，膜層沒(méi)有發(fā)生腐蝕。說(shuō)明在硫酸陽(yáng)極氧化膜用作局部硬質(zhì)陽(yáng)極化的保護(hù)膜后，膜層的耐蝕性不錯(cuò)。

1.2鉻酸陽(yáng)極化膜層用作局部硬質(zhì)陽(yáng)極化的保護(hù)膜

若依照傳統(tǒng)工藝進(jìn)行蠟封保護(hù)，則工藝復(fù)雜，加工難度大。在此采用整體鉻酸陽(yáng)極化后進(jìn)行醋酸鎳封閉和重鉻酸鉀封閉雙重封閉，機(jī)加去除需硬質(zhì)陽(yáng)極化區(qū)域的鉻酸陽(yáng)極氧化膜，依照鉻酸陽(yáng)極化膜用作局部硬質(zhì)陽(yáng)極化保護(hù)膜的工藝流程進(jìn)行硬質(zhì)陽(yáng)極氧化。試驗(yàn)證明，在硬質(zhì)陽(yáng)極化膜層到60μm后，鉻酸陽(yáng)極化膜層完好，沒(méi)有由于膜層被擊穿而產(chǎn)生的黑點(diǎn)，鉻酸陽(yáng)極化膜和硬質(zhì)陽(yáng)極化膜層界限明顯。可見(jiàn)鉻酸陽(yáng)極化膜層也可以用作厚膜局部硬質(zhì)陽(yáng)極化的保護(hù)膜。局部硬質(zhì)陽(yáng)極化后，對(duì)該零件的鉻酸陽(yáng)極氧化膜進(jìn)行336h耐鹽霧試驗(yàn)，膜層沒(méi)有發(fā)生腐蝕，說(shuō)明在鉻酸陽(yáng)極氧化膜用作局部硬質(zhì)陽(yáng)極化的保護(hù)膜后，膜層的耐蝕性依然不錯(cuò)。

1.3討論

上述工藝要求進(jìn)行局部硬質(zhì)陽(yáng)極化的膜層較厚，故氧化電壓較高，硫酸陽(yáng)極化或鉻酸陽(yáng)極化被擊穿的風(fēng)險(xiǎn)非常大。為了使硫酸陽(yáng)極化或鉻酸陽(yáng)極化膜層能夠用作局部硬質(zhì)陽(yáng)極化的保護(hù)膜，須對(duì)陽(yáng)極氧化膜進(jìn)行雙重封閉和對(duì)硬質(zhì)陽(yáng)極化過(guò)程進(jìn)行限壓。

鋁及其合金經(jīng)硫酸陽(yáng)極化或鉻酸陽(yáng)極化后，膜層由阻擋層和多孔層組成。阻擋層陽(yáng)極氧化膜是一層緊靠金屬表面的致密、無(wú)孔的薄氧化膜，其厚度大約為0.1μm，硫酸陽(yáng)極化或鉻酸陽(yáng)極化膜層的主體部分則是多孔層結(jié)構(gòu)，孔隙率大，膜孔張開(kāi)，若在沒(méi)有封閉的情況下直接進(jìn)行硬質(zhì)陽(yáng)極化，硫酸溶液會(huì)通過(guò)孔隙滲入到膜孔中，當(dāng)硬質(zhì)陽(yáng)極化電壓到部分值后，硫酸陽(yáng)極化或鉻酸陽(yáng)極化容易被擊穿。硫酸陽(yáng)極化或鉻酸陽(yáng)極化膜層經(jīng)醋酸鎳封閉時(shí)，氧化鋁與水發(fā)生水合反應(yīng)生成水合氧化鋁，同時(shí)產(chǎn)生了鎳的沉淀Ni（OH）2，水合氧化鋁和Ni（OH）2可以封閉氧化膜多孔層。硫酸陽(yáng)極化或鉻酸陽(yáng)極化膜層經(jīng)重鉻酸鉀封閉時(shí)，同樣發(fā)生氧化鋁和水的水合反應(yīng)，生成水合氧化鋁，同時(shí)氧化鋁與重鉻酸鉀反應(yīng)生成堿式鉻酸鋁或堿式重鉻酸鋁沉淀，從而封閉多孔層。硫酸陽(yáng)極化或鉻酸陽(yáng)極化膜層有部分的孔隙率，經(jīng)醋酸鎳封閉后，有些微孔沒(méi)有完全被封住，封閉效率達(dá)不到100%，醋酸鎳封閉后再經(jīng)重鉻酸鉀封閉，可以對(duì)第一次沒(méi)有封閉或沒(méi)有完全被封閉的微孔進(jìn)行封閉，提高封閉效率。雙重封閉工藝使氧化膜表面形成了一層致密地、無(wú)孔地陽(yáng)極氧化膜。該膜層耐蝕性不錯(cuò)，可長(zhǎng)時(shí)間耐硬質(zhì)陽(yáng)極化時(shí)硫酸的腐蝕，同時(shí)該膜層又是很好的絕緣層，在局部硬質(zhì)陽(yáng)極化時(shí)完全阻隔了硫酸溶液進(jìn)入到膜層微孔中，大大提高了氧化膜在硬質(zhì)陽(yáng)極化時(shí)的耐壓性能，使之在硬質(zhì)陽(yáng)極化時(shí)可作為局部厚膜硬質(zhì)陽(yáng)極化的保護(hù)膜。

局部硬質(zhì)陽(yáng)極化時(shí)，在恒定電流下隨著膜厚的增加，氧化電壓增大。當(dāng)要求進(jìn)行局部厚膜硬質(zhì)陽(yáng)極化時(shí)，要求厚度的氧化電壓較大，硫酸陽(yáng)極化或鉻酸陽(yáng)極化膜層雖有部分的耐電壓擊穿性能，但用作局部硬質(zhì)陽(yáng)極化，尤其是厚膜局部硬質(zhì)陽(yáng)極化時(shí)，被擊穿的風(fēng)險(xiǎn)也較大。針對(duì)該問(wèn)題，采用在硬質(zhì)陽(yáng)極化時(shí)進(jìn)行限壓的方法，硫酸陽(yáng)極氧化膜用作局部硬質(zhì)陽(yáng)極化的保護(hù)膜時(shí)，限壓39V，而鉻酸陽(yáng)極氧化膜用作局部硬質(zhì)陽(yáng)極化的保護(hù)膜時(shí)，限壓42V。限壓方法避免了局部厚膜硬質(zhì)陽(yáng)極化時(shí)，高電壓擊穿硫酸或鉻酸陽(yáng)極氧化膜的風(fēng)險(xiǎn)。硫酸陽(yáng)極化或鉻酸陽(yáng)極化雙重封閉使氧化膜表面形成了一層致密的、無(wú)孔的陽(yáng)極氧化膜，提高了氧化膜的耐電壓擊穿性能;而對(duì)局部硬質(zhì)陽(yáng)極化進(jìn)行限壓，控制了在局部厚膜硬質(zhì)陽(yáng)極化時(shí)不斷增長(zhǎng)的電壓，使電壓控制在要求范圍內(nèi)，降低了氧化膜層被擊穿的風(fēng)險(xiǎn)。正是雙重封閉和限壓二者的協(xié)同作用，使硫酸陽(yáng)極化或鉻酸陽(yáng)極化膜層能夠用作厚膜局部硬質(zhì)陽(yáng)極化的保護(hù)膜。

2結(jié)論

由于醋酸鎳封閉和重鉻酸鉀封閉雙重封閉效果，在硫酸陽(yáng)極化或鉻酸陽(yáng)極化膜層表面形成了一層無(wú)孔的陽(yáng)極氧化膜，耐電壓擊穿性能提高。采用局部硬質(zhì)陽(yáng)極化限壓的方法，即硫酸陽(yáng)極氧化膜用作局部硬質(zhì)陽(yáng)極化的保護(hù)膜時(shí)，限壓39V，而鉻酸陽(yáng)極氧化膜用作局部硬質(zhì)陽(yáng)極化的保護(hù)膜時(shí)，限壓42V，降低了氧化膜被擊穿的風(fēng)險(xiǎn)。正是由于雙封閉和限壓的協(xié)同作用，硬質(zhì)陽(yáng)極氧化膜厚到60μm而沒(méi)有發(fā)生漏膜現(xiàn)象。該工藝取代了以往的蠟封或涂漆工藝，省時(shí)省力。局部硬質(zhì)陽(yáng)極化后，硫酸陽(yáng)極化或鉻酸陽(yáng)極化膜層的耐鹽霧試驗(yàn)達(dá)336h，膜層耐蝕性不錯(cuò)。

參考文獻(xiàn)

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