7075鋁合金硬質陽極氧化工藝研究

許文艷

摘 要：研究了7075鋁合金硬質陽極氧化，分析了影響7075鋁合金硬質陽極氧化相關工藝參數對質量的影響，通過試驗優選出7075鋁合金最佳的硬質陽極氧化工藝參數，經檢測7075硬質陽極氧化參數可使零件達到硬質陽極化的質量要求。

關鍵詞：7075鋁合金;硬質陽極氧化;硬度;耐磨性

1.試驗材料及方法

試驗所用材料為30mm×30mm×6mm 和100mm×100mm×（2-2.5）mm中心孔為6.35mm 的7075-T7351鋁合金試片。硬氧化采用恒電流操作，試驗選用KYD-1硅整流可調電源進行工藝試驗。

2. 硬質陽極氧化工藝流程

堿清洗—溫水洗—冷水洗—脫氧—冷水洗—硬質陽極氧化—冷水洗—干燥—檢驗。

3.工藝條件

溶液配方為單組份300～350 g/L的H2SO4;溶液溫度-8℃～-2℃;氧化時間20min～80min;攪拌為壓縮空氣攪拌;陰極材料為鉛板。通過試驗優選出適宜的電流給進方式和不同氧化時間對應的膜層厚度及不同膜層厚度對應的最佳硬度及耐磨性能。

4.測試方法

4.1外觀檢查

經過硬質陽極氧化的零件進行目視檢驗。氧化膜顏色從暗灰色至近于黑色、膜層連續、均勻為合格。氧化膜越厚，顏色越深。不允許存在未被氧化的部分（夾具印除外）及基體金屬發生腐蝕等缺陷，允許因零件表面加工方法不同引起的氧化膜的色差、夾具接觸痕跡等現象的存在。

4.2厚度及硬度測量

硬質陽極氧化后采用維氏硬度機對氧化膜的厚度及硬度進行測量。測量前校正零點，測量時在試樣表面均勻選取10個點，取其平均值分別作為氧化膜的厚度和硬度值。

4.3耐磨性試驗

在溫度為23℃±2℃，相對濕度為50%±5%，試樣至少放置24小時。使用Taber磨損機，通過在壓力和磨損作用的控制條件下，對試樣表面進行旋轉磨擦。將試樣固定在可旋轉的平臺上，該平臺可圍繞一垂直的軸旋轉，且與兩個磨輪相對移動。其中一個磨輪沿著試樣外側邊緣磨損，另一個向中心磨損，磨損完成的標志是形成一個約30cm2的圓環區域。用電子天平稱量磨損前后的試樣的重量，計算磨損重量損失，經硬氧化的試樣進行試驗時合金重量損失不超過35mg時，試樣的耐磨性能合格。

5試驗過程和結果分析

5.1溫度的控制

硬質陽極化氧化膜的生成過程是電化學和化學反應同時進行的結果，隨著致密氧化膜的生成，氧化電壓快速上升，同時伴隨大量熱量的產生，從而加速氧化膜的溶解。因此需要嚴格控制槽液溫度和氧化電壓[2]。硬質陽極氧化時電解液溫度對耐磨性影響較大，一般來說，電解液溫度降低，氧化膜的耐磨性就增高，這是由于電解液對氧化膜的溶解速度降低所致，本試驗采用壓縮空氣攪拌對電解液進行冷卻，使溶液溫度控制在-8℃～-2℃之間。

5.2電流密度的選擇

7075鋁合金硬質陽極氧化采用恒電流法進行，電流波形為全波整流波形。試樣下槽后2min內通電，15分鐘內將電流密度逐漸增加至2.3A/dm2。膜層形成過程中，應按實際要求手動調節電壓，保持電流密度在2.0～2.5 A/dm2范圍，直至氧化結束。操作過程中應注意電流、電壓的變化，若電流持續升高或下降，應立即關閉電源并取出零件進行檢查。若零件出現打電或過腐蝕坑，應更換試樣重新進行試驗;否則，零件應在濕態下繼續進行硬質陽極化處理，并按實際面積一次給夠所需電流。

該種電流密度的控制方法，較常規的調整方法“每隔一定間隔調整一次電流，以使電流密度在2A/dm2～2.5A/dm2之間逐步升高”具有一定的優勢。首先，避免了固定間隔時間的手動調節電壓而導致電流密度在更大范圍的波動;因為較高的電流密度，可以明顯改變膜層的生長速度。硬質陽極化膜層的生長是膜的“生長”和“溶解”反應并行的過程，過高的電流密度，將會導致膜層硬度下降，耐磨性變差[3]。其次，將電流密度控制在中線2.3dm2在氧化的過程中，手動調節電壓保證電流密度在2A/dm2～2.5A/dm2范圍波動，電流波動較小，且波動范圍可控，對于進一步提高膜層的均勻性和一致性具有較好的效果，同時，提高了零件批次的質量穩定性。

5.3 氧化時間對氧化膜厚度的影響

隨著氧化時間的延長，氧化膜逐漸增厚，氧化終止電壓時，氧化時間達到到上限時，膜層厚度達最大值88μm，氧化終止電壓下降時，隨著氧化時間的增加氧化電壓不升反降，則表明膜層開始不再增加，出現膜層的溶解。這是因為硬鋁合金的硬質陽極氧化過程是一個氧化膜的生成與溶解同步進行的過程，在初始階段，由于氧化膜的生成率大干溶解率，所以膜層會不斷增厚;當氧化過程進行時間上限后.氧化膜的生成率與溶解率相等，膜厚達到一個相對穩定的值。若進一步延長氧化時間，膜層會變得粗糙、疏松且易脫落。所以，7075鋁合金硬質陽極氧化時間一般不宜超過80 min。

5.4膜層厚度對膜層硬度及耐磨性的影響

隨著膜層厚度的增加，氧化膜的顯微硬度逐漸增加。當膜層厚度達到58μm時膜層硬度出現峰值。之后氧化膜的硬度反而逐漸降低;隨著膜層厚度的的增加膜層磨損量逐漸降低，當膜層厚度達到58μm時，膜層磨損量最低，之后隨著膜層厚度的增加膜層磨損量逐漸增加。由此可見，當膜層厚度未達到58μm時，隨著膜層厚度的增加，膜層硬度升高，磨損量隨之降低，膜層耐磨性能最優。當膜層厚度超出58μm時，隨著膜層厚度的增加，膜層硬度降低，磨損量隨之升高。這是由于電解液與氧化膜的作用時間過長，使得氧化膜的溶解率增大、膜層孔隙率增加，從而使氧化膜的硬度降低，磨損量增高。綜合考慮，7075鋁合金硬質陽極氧化膜層厚度控制在40μm～60μm時，膜層硬度值較高，耐磨損性能較優。

5.5氧化膜的形貌

當7075鋁合金硬質陽極氧化后的膜層厚度控制在20μm～60μm范圍時，硬氧化膜層的外觀顏色為深褐色，膜層均勻、連續、完整。

5.6試驗結論

（1）7075材料零件鋁合金硬質陽極化后膜層的外觀顏色為：深褐色，并且有均勻、連續、完整的膜層;

（2）研究了7075鋁合金材料硬質陽極化處理具體參數，采用單組份硫酸陽極化溶液，電流密度逐漸增加至2.3A/dm2，直至氧化結束;

（3）隨著膜層厚度的增加，膜層的顯微硬度隨著膜層厚度的增加呈先增大后減小趨勢，而膜層的磨損量隨著膜層厚度的增加呈先減小后增大趨勢。

參考文獻：

[1] 張紅軍，鋁合金硬質陽極氧化前處理工藝改進，電鍍與涂飾，2015.06.26，第34卷，第13期;

[2] 韓克，歐忠文，蒲滕，高璐，鋁及鋁合金硬質陽極氧化的研究進展，表面技術，2011年10月，第40卷，第5期;

[3] 王勇，何春生，徐竟一，7A04鋁合金的硬質陽極氧化工藝，表面技術，2010年12月，第39卷，第6期。