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        鋁合金局部厚膜硬質(zhì)陽(yáng)極化工藝研究

        2019-09-10 05:22:02勾駿桂國(guó)慶
        關(guān)鍵詞:重鉻酸鉀鋁合金

        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)

        [1] ?孫衍樂(lè),宣天鵬,徐少楠,等等. 鋁合金的陽(yáng)極氧化及其研發(fā)進(jìn)展[J]. 電鍍與精飾,2010,32(4):18-21.

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