铝合金阳极氧化表面硬度达多少

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。

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。

但是铝合金表面硬度低，不耐磨，其应用范围受到一定限制，对铝合金进行硬质阳极氧化（阳极硬化）处理，可以获得与基体结合力好、具有一定厚度的膜层，能使用在铝制传动花键、轴承安装位置、螺纹紧固处等部位。（当然规则对某些部位的铝合金件也做了阳极硬化的要求，有人说做了没必要或者做了其他的比如镀硬铬等呵呵，其实阳极硬化的实用性和功能性的优势和必要性还是显而易见的）

根据调研和实验，7系铝合金在做完阳极硬化后，氧化膜厚度可为30μm-50μm，硬度为50-55HRC，可使铝材满足花键要求。（电解液为草酸，直流，电解温度0度以下，氧化颜色为带有金属光泽枯草黄绿色--屎黄色）

能做这项工作的工厂少之又少，这项技术会的技术人员更是稀少，小弟不才，在前辈和队友努力下，找到一家为出口活塞和核电设备做氧化的厂家，最终还是成功做了硬质氧化的铝制花键，其中曲折不多说，说一下具体步骤和注意事项吧。

氧化前的准备：

1，氧化要在完成所有机加工之后成品之前做

2，有条件最好做一下金相分析，确定材料真假，或者让供应商提供成分报告（据本人调研国内南平铝和西南铝还是不错的，货单上会提供这份报告）被某些材料供应商提供的假铝材坑到哭，成分不明确，烧蚀了我第一个做的最完美的加工件（因为不同系列铝材电解液配比不同，而且两种不同系列材料在一电解池中氧化肯定会发生烧蚀）

氧化过程：

1，首先要酸洗，这里要注意，酸洗之前一定要明白之前做没做过放电类的加工，比如说电火花放电加工花键，线切割加工等，如果有加工表面也会形成一层坚硬的氧化膜（是不是氧化铝没研究），酸洗一定要把这层膜腐蚀掉，否则这部分不导电不会被附上氧化膜，但是这样会影响工件的表面光滑度和亮泽，使工件发暗。为了使表面平整光亮，达到德雷克斯勒差速器壳的效果，我用抛光磨片加抛光蜡打磨了一次，但结果却呵呵，后来跟专家了解到，金属加工表面是物理平整，就是凸凹抚平的感 觉，氧化中会使其暴露，想要镜面效果只能通过化学抛光，用硝酸等化学试剂对加工表面处理再去氧化会得到镜面效果，因为这项工艺会对周围环境污染极大，极少有做的，所以处女座的朋友可以试试。

2，注意计算好工件表面积，这会和通电电流有一定比例关系，还有草酸含量也有关，否则会出现上膜慢，膜层较薄等问题，当然也和电解液有一定关系，我这边厂家只能做草酸的

3，电解过程中切勿频繁取出查看膜的厚度，会发生再次放入氧化池不反应的问题

4，注意控制好电流，过大会烧蚀，过小不反应

5，达到膜厚要求后取出后颜色会较重，用水清洗后，光泽十分好，水层干了之后会变暗，应该是正常反应，刚做出来那个亮啊

6，用测膜厚仪器多测几个点，我要求做到50丝硬度50多度（1丝,=0.01毫米=10微米），在因为材料失败过一次之后，第二次完美成功。测硬度，简单点可以用钥匙，钥匙不会在上面留下划痕的，氧化之前则不然。

注意氧化后就尽量不要再加工了，铝花键经过氧化之后更加放心，而且材料用的更极限，体积更小质量更轻，我做的差速器壳总重0.9KG，加上CUSCO差速器一共重2.5KG。

附上7系铝材的物理和化学成分，希望你们做金相实验和分析的时候能用得到

7075铝合金物理特：

性抗拉强度：524Mpa

0.2%屈服强度：455Mpa

伸长率：11%

弹性模量E：71GPa

硬度：150HB

密度：2.81g/cm^3

抗拉强度 σb (MPa)：≥560

伸长应力 σp0.2 (MPa)：≥495

伸长率 δ5 (%)：≥6

7075铝合金化学组成：

硅Si：0.40

铁Fe: 0.50

铜Cu：1.2-2.0

锰Mn：0.30

镁Mg：2.1-2.9

铬Cr：0.18-0.28

锌Zn：5.1-6.1

钛Ti：0.20

铝Al：余量

其他： 单个：0.05 合计：0.15

7050铝合金化学成分：

铝(Al) 余量

铬(Cr)≤0.04

锆(Zr)0.08～0.15

锌(Zn)5.7～6.7

硅(Si)≤0.12

铁(Fe)0.000～0.150

锰(Mn)≤0.10

镁(Mg)1.9～2.6

钛(Ti)≤0.06

铜(Cu)2.0～2.6

（区分2系与7系主要金属看锌和镁，7系之间区分看铜和锌含量）

6063铝合金

T1处理的屈服强度：90MPa，硬度：42HB

T5处理的屈服强度：175MPa，硬度：60HB

T6处理的屈服强度：210MPa，硬度：73HB

T832处理的屈服强度：240MPa，硬度：95HB

10HW对应的强度大致是120MPa，13HW对应的强度大致是270MPa。这个HW对应强度是外推的，所以只能做参考。

一、喷砂,主要作用是表面清理,在涂装(喷漆或喷塑)前喷砂可以增加表面粗糙度,对附着力提高有一定贡献,但贡献有限,不如化学涂装前处理。

二、着色:对铝进行上色主要有两种工艺:一种是铝氧化上色工艺,另外一种是铝电泳上色工艺。在氧化膜上形成各种颜色以满足一定使用要求如光学仪器零件常用着黑色纪念章着上金黄色等。

导电氧化(铬酸盐转化膜)——用于既要防护又要导电的场合。

化学氧化:氧化膜较薄,厚度约为0.5~4微米且多孔,质软,具有良好的吸附性,可作为有机涂层的底层,但其耐磨性和抗蚀性能均不如阳极氧化膜铝及铝合金化学氧化的工艺按其溶液性质可分为碱性氧化法和酸性氧化法两大类。按膜层性质可分为:氧化物膜、磷酸盐膜、铬酸盐膜、铬酸-磷酸盐膜。

电化学氧化,铝及铝合金的化学氧化处理设备简单,操作方便,生产效率高,不消耗电能,适用范围广,不受零件大小和形状的限制。 氧化膜厚度约为5~20微米(硬质阳极氧化膜厚度可达60~200微米),有较高硬度,良好的耐热和绝缘性,抗蚀能力高于化学氧化膜,多孔,有很好的吸附 能力。

三、喷涂:用于设备的外部防护、装饰通常都在氧化的基础上进行。

铝件在涂装前应进行前处理才能使涂层和工件结合牢固,一般的有三种方法：磷化(磷酸盐法)、铬化(无铬铬化)；化学氧化。

阳极氧化:就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程。刷镀合用于局部镀或修复。滚镀合用于小件,如紧固件、垫圈、销子等。

通过电镀,可以在机械制品上获得装饰保护性和各种功能性的表面层,还可以修复磨损和加工失误的工件。

钝化是使金属表面转化为不易被氧化的状态,而延缓金属的腐蚀速度的方法。

一种活性金属或合金,其中化学活性大大降低,而成为贵金属状态的现象,叫钝化。

金属由于介质的作用生成的腐蚀产物如果具有致密的结构,形成了一层薄膜(往往是看不见的),紧密覆盖在金属的表面,则改变了金属的 表面状态,使金属的电极电位大大向正方向跃变,而成为耐蚀的钝态。

如Fe→Fe++时标准电位为-0.44V,钝化后跃变到+0.5~1V,而显示出耐腐 蚀的贵金属性能,这层薄膜就叫钝化膜。

铝氧化表面处理工艺和配方如下：

工艺：

一、天然氧化：

氧化膜较薄，厚度约为0.5～4微米，且多孔，质软，具有良好的吸附性，可作为有机涂层的底层，但其耐磨性和抗蚀性能均不如阳极氧化膜；

二、电化学氧化：

氧化膜厚度约为5～20微米（硬质阳极氧化膜厚度可达60～200微米），有较高硬度，良好的耐热和绝缘性，抗蚀能力高于化学氧化膜，多孔，有很好的吸附能力。

配方：

①配方1，2适用于纯铝，铝镁合金，铝锰合金和铝硅合金的化学氧化。膜层颜色为金黄色，但后二种合金上得到的氧化膜颜色较暗。碱性氧化液中得到的膜层较软，耐蚀性较差，孔隙率较高，吸附性好，适于作为涂装底层。

②配方3中加入硅酸钠，获得的氧化膜为无色，硬度及耐蚀性略高，孔隙率及吸附性略低，在硅酸钠的质量分数为2%的溶液中封闭处理后可单独作为防护层用，适合于含重金属铝合金氧化用。

③工件经氧化处理后为提高耐蚀性，可在20g/L的CrO3溶液中，室温下钝化处理5～15s，然后在低于50℃温度下烘干。