鋁質件輪體硬氧顏色一致性影響因素解析

劉 婷

（常德煙草機械有限責任公司，湖南 常德 415000）

1 實驗探究

1.1 材料成分差異對鋁質件硬氧顏色影響實驗

（1）實驗材料及設備。不同牌號鋁質材料零件(2A112A146063L104)，其成分見表1。DHX-5熱風烘干箱、RJ-55井式電阻爐、天馬自動控制陽極氧化電源、PVC氧化槽、壓縮空氣攪拌及鉛板陰極。

表1 鋁質材料成分化驗明細

（2）工藝過程。4組零件按照T6熱處理方式進行處理，精加工后，在統一的氧化工藝參數下進行硬質陽極氧化。試驗過程中熱處理工藝參數：520±5℃淬火3H， 170℃人工時效8H。

硬質陽極氧化工藝參數為：硬質氧化槽液溫度為-4℃，氧化液濃度為270g/L，總時間為50分鐘，緩沖時間為25分鐘，恒電流時間為25分鐘，電流密度為3A/dm2。

（30結果與討論。通過上述實驗得到的硬質氧化膜厚度為45μm，氧化膜顏色的最大色差值達到9.8。

結合氧化后的顏色差異與對各材料的成分化驗結果，在查閱資料后我們得出結論：不同牌號的鋁質氧化件顏色由于成分影響會呈現不同的顏色，主要影響元素：Mg、Si、Cu等元素。

1.2 熱處理狀態差異對鋁質件硬氧顏色影響實驗

（1）實驗材料及設備。2A12牌號試樣4件，尺寸成分見表2。DHX-5熱風烘干箱、RJ-55井式電阻爐、天馬自動控制陽極氧化電源、PVC氧化槽、壓縮空氣攪拌及鉛板陰極。

表2 材料組織成分化驗表

（2）工藝過程。4件試樣按照3種不同的熱處理方式進行處理。精加工后，在統一的氧化工藝參數下進行硬質陽極氧化。硬質陽極氧化工藝參數為：硬質氧化槽液溫度為-4℃，氧化液濃度為270g/L，總時間為50分鐘，緩沖時間為25分鐘，恒電流時間為25分鐘，電流密度為3A/dm2。

（3）結果與討論。通過上述實驗得到的硬質氧化膜厚度為45μm，氧化膜顏色見圖1。材料為2A12的4件樣件色差值最大為10.2，最小為0.9。結合查閱專業資料，我們得出結論：2系列鋁合金型材在采用不同熱處理方式后氧化顏色差異較大，原因是1系列硬鋁銅的含量較高，鋁銅合金相易在氧化過程中高溫溶解，氧化穩定性較差，膜厚不易控制，氧化孔隙大，即使氧化工藝參數嚴格控制一致的情況下，受熱處理過程影響較大，也較難控制膜厚的一致性與顏色的一致性。

圖1 不同熱處理狀態氧化顏色對比圖

1.3 硬質氧化工藝參數對鋁質件硬氧顏色影響實驗

（1）實驗材料及設備。材料為6063的同批次取樣輪2件，DHX-5熱風烘干箱、RJ-55井式電阻爐、天馬自動控制陽極氧化電源、PVC氧化槽、壓縮空氣攪拌及鉛板陰極。

（2）工藝過程。2組零件進行T6熱處理，在不同的硬質氧化工藝參數進行氧化實驗，氧化工藝參數見表3。

表3 兩組零件氧化工藝參數明細

（3）結果與討論。通過上述實驗，得到的零件1膜厚為30μm，零件2膜厚為50μm。經檢測，兩零件顏色差異較大，色差值為4.8。

2 方案設計

2.1 消除材料差異對硬氧顏色的影響

通過查閱國外輪體設計原圖資料，發現其輪體主要材料類似于國產ZL301，其氧化顏色比較一致，但考慮壓鑄成本高昂，并對以往的國產6063材料的氧化效果及氧化質量穩定性進行總結，發現一致比較穩定，其最大色差值為2.1。

在同時結合向國內專家請教的結果，嘗試使用6系列鋁合金，考慮到機械性能要求及熱處理要求決定選用6082，見表4。

表4 兩種材料組織成分及強度對比表

2.2 消除熱處理狀態差異對硬氧顏色的影響

取樣6082鋁型材試樣，按三種不同的熱處理狀態處理，在統一氧化工藝參數的條件下進行硬氧處理，氧化顏色一致性較好，膜厚均勻性易控制，最大色差值僅為0.6。

考慮到人工時效與300℃退火等熱處理方式無法滿足零件在使用過程中的硬度及拉伸強度等要求，故采用T6熱處理。

2.3 消除硬質氧化工藝參數差異對硬氧顏色的影響

取樣6082鋁型材試樣，在恒定溫度：-4±0.5℃ ，恒定濃度：270g/L～280 g/L,選取不同的緩沖時間、選取電流控制方式（穩流、穩壓、直流、直流疊加脈沖、正負脈沖）、氧化時間,進行氧化工藝試驗,得出氧化膜恒定40±5微米厚度,氧化膜顏色穩定的工藝條件。

通過以上試驗，得出了氧化最優工藝條件氧化液濃度：270g/L，溫度：-4℃，總時間：50分鐘，緩沖時間：20分鐘，恒電流時間：30分鐘，電流密度：2.5安/平方分米。同時根據經驗，模擬出膜厚公式：δ=K×A×T，K:0.35;A:電流密度：安/平方分米;δ:膜厚，I=A＊S I:安培S:平方分米T:氧化時間:分鐘

3 結論

通過實驗發現影響硬質氧化膜顏色的關鍵因素為材質、熱處理狀態和氧化工藝參數。針對這三大因素，經探究獲得了減小鋁質件輪體硬質氧化膜色差的優化方案為：①材料選用6082牌號鋁型材；②熱處理狀態選取T6熱處理；③硬質氧化工藝參數：氧化液濃度為270g/L，溫度為-4℃，總時間為50分鐘，緩沖時間為20分鐘，恒電流時間為30分鐘，電流密度為2.5安/平方分米。