铝硬质阳极氧化法工艺
硬质阳极氧化法工艺要求
为了得到质量较好的硬质阳极氧化膜，并能保证零件所需要尺寸，必须按下列要求来进行加工。
1.1 锐角倒圆
被加工零件不允许有锐角、毛刺以及其它各种尖锐的有棱角的地方因为硬质氧化，一般阳极氧化时间均是很长的，而且氧化过程（A1+O2A12O3+ ）本身就是一个放热反应。又由于一般零件棱角的地方往往又是电流较为集中的部位所以这些部位最易引起零件的局部过热，使零件被烧伤。因此铝和铝合金所有棱角均应进行倒角处理，并且倒角y圆半径不 应小于0.5 毫米。
1.2 表面光洁度
硬质阳极氧化后，零件表面的光洁度是有所改变的，对于较粗糙的表面来说，经此处理后可以显得比原来平整一些，而对于原始光洁度较高的零件来说，往往经过此种处理后，显 示的表面光洁光亮度反而有所降低，降低的幅度在1～2 级左右。
1.3 零件尺寸的余量
因硬质氧化膜的厚度较高，所以如需要进一步加工的铝零件或以后需要装配的零件，应事先留有一定的加工余量，及指定装夹部位。 因硬质阳极氧化时，要改变零件尺寸，故在机械加工时，要事先预测，氧化膜的可能厚度和尺寸公差，而后在确定阳极氧化前的零件实际尺寸，以便处理后，符合规定的公差范围。 一般来说，零件增加的尺寸大致为生成氧化膜厚度的一半左右。
1.4 专用夹具
因硬质阳极氧化的零件在氧化过程中，要承受很高的电压和较高的电流，一定要使夹具和零件能保持极良好的接触，否则将因接触不良而造成击穿或烧伤零件接触部位的毛病。所 以要求对不同形状的零件，以及零件氧化后的具体要求来设计和制造专用夹具。
2 硫酸法硬质阳极氧化的电解液配方及操作规范
2.2 操作方法
首先打开降温设备，将电解液温度降低到工艺所规定的温度范围内，阴极挂铅版，然后把装挂好的零件放置在阳极导电杠上卡紧，零件与零件之间，零件与阴极之间一定要保持较大的距离，绝对不能接触。打开压缩空气电解液搅拌（注意：压缩空 气一定要进行油水分离处理）。
送以直流电源，开始的电流密度一般为0.5A/dm2，在25分内分5～8 次逐步升高到 2.5 -3.5A/dm 。以后保持电流密度,均每隔5 分钟调查一次电流，开始电压为8～ 12V，最终电压可根据膜层的厚度和材料不同而定。
在硬质阳极氧化过程中，须经常注意电压和电流表，如发现有电流突然增加，电压下降的现象，这说明零件膜层局部已溶解，应立即关闭电源，检查并取出溶解的零件，其它零件可继续进行氧化处理，电流可一次给足。
2.3 各种因素对氧化膜硬度和生长速度的影响铝和铝合金表面上能否生成优质的硬质氧化膜层，主要取决于电解液的成份浓度，温度， 电流密度，及其原材料的成分。
2.3.1电解液的浓度
采用硫酸电解液进行硬质阳极氧化时，一般在10％～30％浓度范围内，浓度低时，氧 化膜硬度高，特别是纯铝比较明显，但对铜含量较高的铝合金（CY12）例外。因为含铜量 较高的铝合金易生成CuAl2 的化合物，这种化合物在氧化时溶解速度较快，极易烧毁铝零件。 所以一般不适合用低浓度的硫酸电解液，必须在高浓度（H2SO4 300～400g/L）中进行氧化处理或采用交直流电叠加法处理。
2.3.2温度对膜层的影响
电解液温度对氧化膜的耐磨性影响极大，一般来说，如果温度下降，那么铝和铝合金的阳极氧化膜耐磨性能就增高，这是由于电解液对于膜的溶解速度下降所造成的，为了获得较 高硬度的氧化膜。我们要掌握温度在+-2摄氏度范围内进行硬质阳极氧化处理为好。
3 硬质阳极氧化的挂具设计及设备条件
3.1 硬质阳极氧化挂具硬质阳极氧化挂具和夹具应具有足够的机械强度和刚度，以免制件在搅拌电解液时，被 急流的溶液冲下来。此外，挂具应有良好的接触导电性能，重量要轻，坚固耐用，装卸制件 方便，装载量和零件布局应有适当的要求。硬质阳极氧化挂具常用的有两种类型：一种是具 有压紧螺钉的夹具，另一种是用螺栓连接夹板或夹具。其中所有与制件的触点，均由铝、铝 镁合金和铝硅镁合金制成，除了制件接触部位有导电要求外，其它部位都要与挂具绝缘处理， 使其成为非导体，这样可使阳极氧化过程都集中在制件上，提高生产效率，节约挂具的金属 材料以及电能消耗。
3.2 硬质氧化溶液的发热和氧化膜再溶解问题
在氧化时工作表面通过较大电流，因氧化膜具有很大电阻，热量大部分集中在氧化膜部位上。发热量可用下列公式计算：
焦耳热Q1=0.864电压电流（千卡/小时）
氧化液发热量Q2=2.334电流（千卡/小时）
阳热氧化反应热2Al+3[O]Al2O3+375800
总发热量Q=(Q1+Q2)1.1（千卡/小时）
根据上式可设计冷却用冷冻设备，硬质氧化发热量必须迅速交换掉，如不及时冷却，生成氧化膜不仅仅是化学溶解，而且也由于加入电场发生电化学溶解。这样，就严重影响了膜 层的表面光洁度，同时也使得厚度降低。因此，必须要有强制性冷却措施，使电解液保持低 温，才能获得较大硬度的氧化膜。
3.3 硬质阳极氧化电器设备
硫酸硬膜直流法阳极氧化工艺只需要直流发电机或整流器，其中使用整流器效率较高，并要求设置恒电流控制，在膜生长时要设置电压上升的自动装置。
4硬度氧化质量检验
4.1 外观
由于铝材的不同和工艺不同，氧化膜外观的颜色也不一样，膜层由褐色，深褐色，灰色到黑色；电解液温度愈低，氧化膜愈厚。不允许有烧焦或易搅拌的疏松膜层，也不允许因局 部受热使氧化腐蚀的光亮斑点和边缘角部分膜层脱落的现象存在。整个零件表面，除夹具影 响外，局部表面不得有无氧化膜的地方，允许包铝板全件氧化膜出现小裂纹。
4.2 氧化膜厚度测试
皮膜厚度使用平均值，以防止合金导致的厚度不均。硬质氧化的国外规格：标准50 误差10。膜厚制定为100 时，误差范围不变。从零件或试件正切取横向试片在全相显 微镜下测定厚度，也可用涡流测厚仪直接测出氧化膜厚度。
4.3 硬度测定
从皮膜用途来看，硬质皮膜最重要的就是耐磨性，也就是耐磨性。硬质皮膜是素材被氧化为氧化膜形成的，因此硬度受合金种类、电解液、处理条件影响较大。人们根据合金种类 研究了各种处理方法，以提高皮膜的性能，各材质皮膜硬度几乎是固定的。
在阳极氧化处理工艺中，不溶解的元素：硅、铅；溶解但以氧化物或其他不溶性化合物存在的元素：镁、锌；溶解性强，不会在皮膜中以安定化合物存在的元素：铜、镍等添加成 分的影响会残留在氧化皮膜中。
正常情况下规定硬质皮膜的硬度进行断面测定。素材硬度越高，表面硬度越低。皮膜越厚，此差越大。因此测量要在皮膜中央进行。显微硬度可以用显微硬度计在横向上测出，不 应低于300kg/mm
5 硬质阳极氧化常见故障原因及其排除方法（见表三）
铝硬质氧化是一种将铝或者铝合金零件进行氧化后，使得其的产品尺寸发生一定的变化，主要表现在产品的外部尺寸变大，产品的内孔变小，而普通的氧化后的效果则与铝硬质氧化相反。进行铝硬质氧化后，产品的绝缘性和耐磨损性大大的加强了，其表面的硬度效果也得到了改善，所以在机械工业中，某些重要的零件会使用铝硬质氧化的产品来代替。让小编为大家介绍下什么是铝硬质氧化和影响因素有哪些。
铝硬质氧化介绍
硬质阳极氧化是一种厚膜阳极氧化法，这是一种铝和铝合金特殊的阳极氧化表面处理工艺。此种工艺，所制得的阳极氧化膜最大厚度可达250微米左右，在纯铝上能获得1500kg/mm2的显微硬度氧化膜，而在铝合金上则可获得400～600kg/mm2的显微硬度氧化膜。
氧化膜层导热性很差，其熔点为2050℃，电阻系数较大，经封闭处理(浸绝缘物或石蜡)击穿电压可达2000V，在大气中较高的抗蚀能力，具有很高的耐磨性，也是一种理想的隔热膜层，也有良好的绝缘性，并具有与基体金属结合得很牢固等一系列优点，因此在国防工业和机械零件制造工业上获得及其广泛的应用。
硬质阳极氧化电解方法很多，例如：硫酸、草酸、丙二醇、磺基水杨酸及其它的无机盐和有机酸等。所用电源可分为直流、交流和交直流叠加电源等几种，目前广泛应用的有下列两种硬质阳极氧化。
(1)硫酸硬质阳极氧化直流法
(2)草酸硬质阳极氧化交直流重选法。
其中，硫酸法是目前得到较广泛应用的一种硬质氧化法。
铝硬质氧化的影响因素
各种因素对氧化膜硬度和生长速度的影响。铝和铝合金表面上能否生成优质的硬质氧化膜层，主要取决于电解液的成份浓度，温度，电流密度，及其原材料的成分。
电解液的浓度
采用硫酸电解液进行硬质阳极氧化时，一般在10%～30%浓度范围内，浓度低时，氧化膜硬度高，特别是纯铝比较明显，但对铜含量较高的铝合金(CY12)例外。因为含铜量较高的铝合金易生成CuAl2的化合物，这种化合物在氧化时溶解速度较快，极易烧毁铝零件。所以一般不适合用低浓度的硫酸电解液，必须在高浓度(H2SO4在 300～400g/L)中进行氧化处理或采用交直流电叠加法处理。
温度对膜层的影响
电解液温度对氧化膜的耐磨性影响极大，一般来说，如果温度下降，那么铝和铝合金的阳极氧化膜耐磨性能就增高，这是由于电解液对于膜的溶解速度下降所造成的，为了获得较高硬度的氧化膜。我们要掌握温度在±2℃范围内进行硬质阳极氧化处理为好。
主要应用于要求高耐磨、耐热、绝缘性能好等的铝和铝合金零件上。如各种作为圆筒的内壁，活塞、汽塞、汽缸、轴承、飞机货舱的地板、滚棒和导轨、水利设备、蒸汽叶轮、适平机、齿轮和缓冲垫等零件。用硬质氧化工艺来代替传统的镀硬铬镀层，与硬铬工艺相比它具有成本低，膜层结合牢固，镀液，清洗废液处理方便等优点。但此工艺所得膜层的缺点是膜层厚度较大时，对铝和铝合金的机械疲劳强度指标有所影响。
铝硬质氧化后的产品在许多地方都可以使用到，例如在圆筒活塞作业的机械中，里面的活塞、汽缸、汽塞等零件都是铝硬质氧化后的铝或者是铝合金零件；大型飞机中也有使用到，飞机中的货舱就选用这种耐磨损硬度强的材质做地板；铝硬质氧化产品与镀硬铬镀层相比，成本更低，膜层更加可以牢固的结合，在镀液的过程中会容易一些。以上是小编介绍的关于铝硬质氧化的所有内容。
铝合金阳极氧化厚度 ，表面上形成氧化铝薄层 ，其厚度为5～30微米 ，硬质阳极氧化膜可达25～150微米 。
阳极氧化后的铝或其合金，提高了其硬度和耐磨性，可达250～500千克/平方毫米，良好的耐热性 ，硬质阳极氧化膜熔点高达2320K ，优良的绝缘性 ，耐击穿电压高达2000V ，增强了抗腐蚀性能 ，在ω=0.03NaCl盐雾中经几千小时不腐蚀。
氧化膜薄层中具有大量的微孔，可吸附各种润滑剂，适合制造发动机气缸或其他耐磨零件；膜微孔吸附能力强可着色成各种美观艳丽的色彩。
有色金属或其合金（如铝、镁及其合金等）都可进行阳极氧化处理，这种方法广泛用于机械零件，飞机汽车部件，精密仪器及无线电器材，日用品和建筑装饰等方面。
扩展资料
阳极氧化与导电氧化的区别：
1、阳极氧化是在通高压电的情况下进行的，它是一种电化学反应过程而导电氧化(又叫化学氧化)不需要通电，只需要在药水里浸泡就行了，它是一种纯化学反应。
2、阳极氧化需要的时间很长，往往要几十分钟，而导电氧化只需要短短的几十秒。
3、阳极氧化生成的膜有几个微米到几十个微米，并且坚硬耐磨；导电氧化生成的膜仅仅0.01—0.15微米，耐磨性不是很好，但是既能导电又耐大气腐蚀，这就是它的优点。
4、氧化膜本来都是不导电的，但因为导电氧化生成的膜实在是很薄，所以就是导电的。
参考资料：百度百科-阳极氧化
一、铝合金硬质氧化的优势：1、铝合金硬质氧化后表面硬度最高可达HV500左右。2、氧化膜厚度25-250um。3、附着力强，根据硬质氧化所生成的氧化特点：所生成的氧化膜有50%渗透在铝合金内部，50%附着在铝合金表面（双向生长）。4、绝缘性好：击穿电压可达2000V（完善的封孔）。5、耐磨性能好：对于含铜量未超过2%
的铝合金其最大的磨耗指数为3.5mg/1000转。其他所有的合金磨耗指数不应超过1.5mg/1000转。6、无毒：氧化膜和用来生产阳极氧化膜的电化学工艺应对人体无害。因此很多行业为了减轻产品的重量、机械加工的方便、环保低毒等要求，目前有的部分产品中的部份零部件由铝合金硬质氧化来代替不锈钢、电镀硬铬等工艺。
二、硬质阳极氧化和普通阳极氧化的区别：硬质氧化的氧化膜有50%渗透在铝合金内部，50%附着在铝合金表面，因此硬质氧化后产品外部尺寸变大，内孔变小。
（一）操作条件方面的差异：
1、温度不同：普通氧化18-22℃左右，有添加剂的可以到30℃，温度过高易出现粉
末或裂纹；硬质氧化一般在5℃以下，相对来说温度越低硬质越高。
2、浓度差异：普通氧化一般20%左右；硬质氧化一般在15%或更低。
3、电流/电压差异：普通氧化电流密度一般：1-1.5A/dm2；而硬质氧化：1.55A/dm2；普通氧化电压≤18V，硬质氧化有时高达120V。
（二）膜层性能方面的差异：
1、膜层厚度：普通氧化膜层厚度相对较薄；硬质氧化一般膜层厚度>15μm，过低达不到硬度≥300HV的要求。
2、表面状态：普通氧化表面较光滑，而硬质氧化表面较粗糙（微观，和基体表面粗糙度有关）。
3、孔隙率不同：普通氧化孔隙率高；而硬质氧化孔隙率低。
4、普通氧化基本是透明膜；硬质氧化由于膜厚，为不透明膜。
5、适用场合不同：普通氧化适用于装饰为主；而硬质氧化以功能为主，一般用于耐磨、耐电的场合。
本色处理后：就是金属本来的颜色，无光泽或军灰色。硬质氧化本色的颜色会因为您的产品铝合金中各金属的比例不同而有所差异，并不是硬质氧化加工的问题。只是本来铝合金的颜色接近银色，硬质氧化本色处理前，两批产品色差太小的话难以察觉，但经硬质氧化本色后，色差较氧化处理前更容易看出来了。
发黑处理是金属热处理的一种常用手段，原理是使金属表面产生一层氧化膜，以隔绝空气，达到防锈目的。外观要求不高时可以采用发黑处理。
