高軍 王鵬遠(yuǎn)

摘 要：鋁屬于較活潑的金屬，容易被氧化，且在一些耐磨工況下，鋁合金硬度較低，耐磨性差。因此，工業(yè)上常采用硫酸陽(yáng)極化、鉻酸陽(yáng)極化、硬質(zhì)陽(yáng)極化等來(lái)保證鋁合金的抗腐蝕性能、耐磨性能和電絕緣性能等。但通常情況下，陽(yáng)極化后鋁合金的表面粗糙度較低，只有0.4～0.8，需要補(bǔ)充加工才能滿足表面粗糙度0.1的要求。由此，本文提出一種提高鋁合金陽(yáng)極化后表面粗糙度的工藝，以期為學(xué)者的研究提供參考。

關(guān)鍵詞：鋁合金;硬質(zhì)陽(yáng)極化;粗糙度

中圖分類(lèi)號(hào)：TG506.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）04-0049-02

A Process for Improving Surface Roughness of Aluminum

Alloy after Anodization

GAO Jun WANG Pengyuan

（AVIC Xinxiang Aviation Industry （Group）Co.，Ltd.，Xinxiang Henan 453000）

Abstract： Aluminum is a more active metal， easy to be oxidized， and in some wear-resistant conditions， the hardness of aluminium alloy is low， wear resistance is poor. Therefore， sulfuric acid anodization， chromic acid anodization and hard anodization are often used in industry to ensure the corrosion resistance， wear resistance and electrical insulation performance of aluminium alloys. However， in general， the surface roughness of aluminium alloys after anodization is low， only 0.4～0.8， which requires supplementary processing to meet the requirement of 0.1 surface roughness. Therefore， this paper proposed a process to improve the surface roughness of aluminium alloy after anodization， in order to provide reference for scholars'research.

Keywords： Aluminum alloy;hard anodization;roughness

陽(yáng)極化是常用的提高鋁合金表面抗腐蝕性能的表面處理方式，但陽(yáng)極化處理后，會(huì)大幅度降低鋁合金表面的粗糙度。對(duì)于同時(shí)有面密封和耐腐蝕性要求的產(chǎn)品，過(guò)低的表面粗糙度不利于保證密封性能，過(guò)高的表面粗糙度無(wú)法保證陽(yáng)極化處理，因此，需要對(duì)陽(yáng)極化后的配合面進(jìn)行補(bǔ)充加工。本文旨在提出一種較傳統(tǒng)手工研磨更為高效的補(bǔ)充加工工藝。

1 問(wèn)題分析

在產(chǎn)品研制中，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)緊湊和工作環(huán)境溫度的要求，不能使用密封圈、密封填料等實(shí)現(xiàn)工作面間的密封，只能通過(guò)提高工作面的形位公差和表面粗糙度來(lái)保證密封性能。

某項(xiàng)產(chǎn)品研制過(guò)程中，要求產(chǎn)品兩個(gè)平面之間的密封依靠配合平面的粗糙度和平面度保證（技術(shù)要求：1MPa的氣壓下，5min內(nèi)不能從面漏氣），同時(shí)需要滿足相應(yīng)的鋁合金防腐蝕要求。密封示意圖見(jiàn)圖1。

因此，為了滿足設(shè)計(jì)要求，需要保證配合面有陽(yáng)極化層來(lái)滿足防腐蝕的需求，同時(shí)，又要保證其粗糙度0.1以及平面度0.006，以滿足配合面的密封性要求。

2 工藝方法

2.1 防腐實(shí)現(xiàn)工藝

根據(jù)防腐蝕要求，選擇合適的陽(yáng)極化表面處理方法。陽(yáng)極化表面處理方法有硫酸陽(yáng)極化、鉻酸陽(yáng)極化和硬質(zhì)陽(yáng)極化。需要根據(jù)各種陽(yáng)極化的性能選擇合適的陽(yáng)極化表面處理方法。

第一，硫酸陽(yáng)極化。一般膜厚10～35μm，有較高的硬度和耐磨性，經(jīng)封閉后有良好的防護(hù)性能。該方法應(yīng)用最廣泛、成本較低。通常情況下，硫酸陽(yáng)極化后表面粗糙度為0.4～0.8，需要補(bǔ)充加工才能滿足表面粗糙度0.1的要求。但是，由于膜厚較薄，基本不能進(jìn)行補(bǔ)充加工，因此工藝上不可實(shí)現(xiàn)。

第二，鉻酸陽(yáng)極化。一般膜厚2～10μm，抗腐蝕性良好，有足夠的電絕緣性，可防止接觸別種金屬的電偶腐蝕。通常情況下，鉻酸陽(yáng)極化后表面粗糙度為0.4～0.8，需要補(bǔ)充加工才能達(dá)到表面粗糙度0.1的要求，但是由于膜厚較薄，基本不能進(jìn)行補(bǔ)充加工，因此工藝上不可實(shí)現(xiàn)。

第三，硬質(zhì)陽(yáng)極化。一般膜厚10～60μm，具有很好的耐腐蝕性、耐磨性和絕緣性，調(diào)整工藝參數(shù)可得硬度較高或韌性較好的不同膜層。通常情況下，硬質(zhì)陽(yáng)極化后表面粗糙度為0.4～0.8，能滿足補(bǔ)充加工達(dá)到粗糙度0.1的要求，具有較大的工藝控制空間。

經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，選用硬質(zhì)陽(yáng)極化進(jìn)行表面處理。

2.2 粗糙度實(shí)現(xiàn)工藝

為保證0.1的粗糙度，傳統(tǒng)工藝方法是按照陽(yáng)極化鍍層→粗研工序→精研工序的順序進(jìn)行補(bǔ)充加工，進(jìn)而保證表面粗糙度0.1和平面度0.006的要求。無(wú)論是粗研還是精研，傳統(tǒng)方法都是通過(guò)手工完成的，生產(chǎn)效率較低。因此，需要探討出一種能實(shí)現(xiàn)快速研磨且能滿足產(chǎn)品形位公差和粗糙度要求的方法。通過(guò)實(shí)踐，本文利用平磨機(jī)，通過(guò)優(yōu)化工藝手段控制磨削量、合理設(shè)計(jì)裝卡工裝的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)硬質(zhì)陽(yáng)極化鋁合金表面的磨削加工。

3 傳統(tǒng)研磨工藝面臨的挑戰(zhàn)

3.1 陽(yáng)極化層掉塊

根據(jù)對(duì)比分析結(jié)果以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，零件陽(yáng)極化層初始厚度應(yīng)為40～60μm，保證粗糙度和平面度后厚度不低于10μm。但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，陽(yáng)極化后，鍍層合格率較低，較多零件出現(xiàn)表面掉塊的現(xiàn)象。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，此材料與陽(yáng)極化層結(jié)合性較差，建議降低陽(yáng)極化層厚度。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，陽(yáng)極化層不超過(guò)50μm即能保證良好的陽(yáng)極化合格率。

3.2 難以同時(shí)保證平面度和粗糙度

因研磨工序是通過(guò)手工完成的，所以，粗研、精研后，難以在陽(yáng)極化層厚度內(nèi)同時(shí)保證平面度和粗糙度，出現(xiàn)較多陽(yáng)極化層完全磨沒(méi)才能同時(shí)保證粗糙度和平面度的情況，零件合格率極低。據(jù)此，只能在陽(yáng)極化后直接進(jìn)行精磨工序。不經(jīng)過(guò)粗研直接進(jìn)行精研雖然能提高零件合格率，但會(huì)增加3～5倍的人工成本。

4 新工藝方法研究

4.1 陽(yáng)極化層分析

根據(jù)《熱處理手冊(cè)》[1]查得，當(dāng)硬質(zhì)陽(yáng)極化層達(dá)到一定厚度后（厚度在20～50μm時(shí)，維氏硬度可達(dá)380～420）具有較高的硬度，并且表面致密性良好。結(jié)合陽(yáng)極化處理后的鋁合金表面樣機(jī)化層厚度特性和硬度特性以及工廠的平磨加工能力，可以通過(guò)設(shè)計(jì)合適的裝卡工裝，嚴(yán)格控制磨削量，在平磨機(jī)上僅加工硬質(zhì)陽(yáng)極層的方式，對(duì)硬質(zhì)陽(yáng)極化層進(jìn)行補(bǔ)充加工來(lái)滿足設(shè)計(jì)的粗糙度和平面度要求。

4.2 樣件試制

根據(jù)對(duì)陽(yáng)極化層的分析及初步設(shè)想，選取10個(gè)滿足陽(yáng)極化要求的樣件進(jìn)行試制。陽(yáng)極化后對(duì)平面進(jìn)行精磨，精磨量控制在15～30μm。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，精磨后多數(shù)零件已經(jīng)能滿足粗糙度0.1和平面度0.006的要求。同時(shí)，由于未直接對(duì)鋁表面進(jìn)行磨削，磨刀也不易損壞[2]。

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)鋁合金陽(yáng)極化后表面粗糙度降低的問(wèn)題，提出一種提高其表面粗糙度的方法，以期為陽(yáng)極化后的鋁合金表面加工提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)熱處理學(xué)會(huì).熱處理手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2]機(jī)械加工工藝手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.