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铝合金表面阳极氧化及光整加工工艺 t 龚冠均 张春利 为了提高铝合金的表面硬度、 耐磨性和装饰性及 其它的功能要求, 可对铝合金零件进行表面处理, 本文 结合笔者的工作实践, 对铝合金的光整加工及其与阳 极氧化的关系作一介绍。 一、 铝合金阳极氧化膜的分类及影响氧化 膜质量的主要参数 铝合金阳极氧化膜的性能随工艺不同而变化, 通 常, 按电源类型可分为 直流电阳极氧化、 交流电阳极 氧化和脉冲电阳极氧化等; 按性能和用途可分为 防蚀 阳极氧化、 抗磨阳极氧化、 装饰阳极氧化和绝缘阳极氧 化等; 按氧化槽内所用槽液不同可分为硫酸阳极氧化, 铬酸阳极氧化, 硬质阳极氧化及其它特殊阳极氧化。 由于硫酸法直流阳极氧化, 膜的厚度较厚, 无色透明, 可进行各种着色处理, 且封孔性能较好, 制膜成本较 低, 操作简便等, 所以被广泛应用于工业生产。普通阳 极氧化膜的硬度 [ HV250, 而硬质阳极氧化膜的硬度 可高达HV450 左右。由于影响氧化膜厚度、 硬度等质 量的因素较多; 除铝合金材料自身基体和前处理的各 因素外, 主要是与氧化槽中所产生的一些化学反应有 关。若在一定浓度的硫酸溶液中进行的直流电阳极氧 化过程中, 所涉及的主要工艺参数有 硫酸溶液的浓 度、 电流密度、 控制电压的大小及槽液温度的高低等, 均是影响氧化膜质量的主要因素, 应根据使用要求不 同, 合理地选择以上各有关参数。例如, 采用直流电硫 酸阳极氧化时, 常用 10 20 浓度H2SO4作为电解 液, 工作温度 15 25e , 电流密度为 1 2. 5AP dm 2, 具 体氧化时间按所需氧化膜厚度而定, 通常在 30 50min 范围内选定, 选择电压时, 与电解液的导电性、 温度及 铝含量有关, 一般取电压为 15 20V。又如 作硬质阳 极氧化时, 也采用直流电硫酸电解液, 常用 10 15 浓度硫酸作电解液, 有时加入适量添加剂, 氧化温 度控制在 0 10e , 电流密度为 2 3. 6AP dm 2, 当给定 合适的氧化时间后, 便生成比普通阳极氧化厚得多的 氧化膜, 其硬度也高得多。为了增加膜的硬度, 据材质 不同, 有时将氧化温度控制在- 5e - 7e 范围内。 从上述情况说明, 普通阳极氧化与硬质阳极氧化的最 大差别是电解液温度及电流密度。此外, 从阳极氧化 的工艺流程观察, 主要分为氧化前的处理和氧化后的 处理两大部分, 而近年来, 人们较关心的新工艺是前处 理中的机械光整加工, 在一定条件下, 用以替代机械砂 面、 机械抛光和干 湿 喷玻璃珠 丸 工艺, 尤其对零件 形状复杂, 不易清理毛刺的, 便更有意义。实践证明, 经光整加工后的铝合金零件, 对提高其阳极氧化和硬 质阳极氧化后的质量大有好处。可以说, 这应成为铝 合金氧化处理前不可分割的一部分。 二、 铝合金光整加工的特点 借助于特殊规格、 形状和品种的磨料及磨剂在各 类滚磨光整加工机中的加工机理分析, 以往在国内外 有关文献中已均有详细介绍, 而本文着重对 LD5 和 LY11 所制成的铝合金零件, 通过一定批量和较长时间 的实践, 对其光整加工摸索了一些经验, 主要有以下几 个特点 1. 铝合金在光整加工前的去污、 除油处理比钢件 要严格得多, 需光整加工的铝合金件, 首先必须进行彻 底的去污清洗和脱脂处理, 零件表面决不允许有油污 存在, 否则, 当油污与滚磨剂、 磨削残渣、 磨屑等杂质在 高速滚磨中凝聚在一起后, 将沉积于零件表面, 形成一 层灰黑色的韧皮层, 影响光整加工的进行。 2. 对铝合金零件的光整加工时间不宜过长, 如时 间过长, 反而效果不良。据零件的复杂程度, 通常取 3 5min 较妥。通过对大批量的轴套类和片状中小型 零件的加工实践, 证实了其效果良好, 如操作时间过 长, 会在零件表面产生大量颗粒状损伤和坑痕, 影响其 表面质量。 3. 对某些铝合金压铸件或砂铸件而言, 为提高其 表面质量和加工效率, 粗、 精光整加工应分开; 所用磨 料的形状、 尺寸大小也不一样, 即先用三角形和较大圆 粒的粗磨料进行粗光整, 时间约 2 3min, 然后用小颗 粒圆磨料进行精光整, 时间为 1 2min。这样, 其加工 质量和效率就会较显著地提高。以上所述仅是一般规 29机械工艺师 2000. 2 律, 而更佳的工艺参数, 尚应按工件的具体情况, 经不 断的工艺实践后, 才能较合理地选定。 三、 采用光整加工与阳极氧化复合处理的 效果显著 铝合金零件在滚磨光整加工时, 在磨料、 磨剂的滚 磨、 相互摩擦、 滑动、 刻划等作用下, 使零件表面去除了 毛刺、 划痕, 降低了表面粗糙度值, 使零件表面增加了 压应力, 提高了其疲劳强度。从光整后的零件外观观 察, 表面似乎形成了一层十分致密和光滑的白亮层。 经光整加工后的零件, 根据不同的使用要求, 可直接进 行阳极氧化或硬质阳极氧化处理。某些如有特殊表面 粗糙度要求的零件, 尚可用一定目数的玻璃珠 丸 再 进行喷丸处理后, 进行阳极氧化或硬质阳极氧化。现 举一些加工实例, 进一步说明铝合金件光整加工与阳 极氧化或硬质阳极氧化的密切关系, 例如, 某厂应用了 兵器工业七研究所生产的滚筒式离心滚磨光整机, 曾对图2 和图 3所示零件进行过无数次工艺试验及批 量加工, 得出如表 1所示结果。 图 1 套筒 图 2 滑套 表 1 光整前后的主要参数 零件名称材料 数量 件 光整前各主要参数 表面粗糙度 Ra 表面状况 经硬质阳极氧化后 试 10件 光整后各主要参数 表面粗糙度 Ra 表面状况经硬质阳极氧化后 套筒LD5400 以上6.3 10Lm划痕多, 不规则 分布, 各长方孔 内毛刺多, 不光 滑。 表面留有不规则划 痕, 各长方孔内不光 滑, 氧化膜不均匀, 较疏松。 3. 2 5Lm光滑无划痕, 各 长方孔内 光滑 无毛刺, 表面光 亮。 光滑无划痕, 各 长方孔内光滑 氧化膜均匀, 十 分致密。 滑套LD5800 以上同上同上同上同上同上同上 经实践证明, 未经光整加工的零件, 其表面粗糙度 不均匀, 有毛刺和深浅不规则的划痕, 经硬质阳极氧化 后, 外观质量差, 表面仍有毛刺和划痕, 最明显的是表 面不致密, 表面氧化膜层不匀, 膜的结合力也差; 而经 光整加工后的零件, 表面粗糙度均匀, 无毛刺和划痕, 手感很光滑, 再经硬质阳极氧化后, 外观十分美观, 表 面光亮无缺陷, 氧化膜层十分致密和均匀, 膜的结合力 很强, 显然, 其质量得到提高。在目前的批量生产中, 需阳极氧化或硬质阳极氧化的铝合金零件, 光整加工 已成为其不可缺少的一道主要工序。 作者通讯地址 中国纺织科学研究院机械厂100025 收稿日期 19991025 30机械工艺师 2000. 2