增加铝合金阀芯硬质阳极氧化膜层厚度的工艺研究

【摘 要】文章研究了增加6A02铝合金阀芯硬质阳极氧化膜层厚度的工艺，分析了H2SO4浓度、苹果酸、电流密度、温度、电压对氧化膜厚度的影响，由此确定了最佳工艺方法及工艺参数，硬质阳极氧化所得氧化膜厚度达到使用要求，硬度值超过要求值10%～15%，成膜速率v=0.55μm /min。该工艺提高了硬质阳极氧化膜层的厚度，使得铝合金阀芯的膜层厚度能达到设计要求，现已用于铝合金阀芯表面阳极氧化。

【关键词】铝合金；硬质阳极氧化；氧化膜厚度

1、引言

为了使铝合金阀芯硬质阳极化膜层厚度能满足使用要求，现将电流密度、氧化电压、硫酸质量浓度、温度等参数进行相应调整，并在试验的基础上使其达到最优化。通过调整其参数，能使氧化膜膜层厚度达到使用要求，硬度显著增大，生产效率得到提高。

2、概述

铝合金阀芯因特殊的工作部位要求表面硬阳极氧化,且膜层厚度有一定要求，以前的工艺方法所得膜层厚度不足,达不到所要求的膜层厚度值，这就要求重新研究一种铝合金阀芯硬质阳极氧化膜层厚度的工艺方法。

2.1 工作情况

液力变速器的换档执行件是控制阀，控制阀主要由阀体、阀芯、电磁阀组成。电磁阀供电或断电，向阀芯提供控制油压，阀芯在控制油压的作用下，阀芯移动实现油路的接通或断开，从而实现换档。阀芯是换档过程中的重要件，材料为铝合金，表面要求硬质阳极氧化处理，厚度和硬度能够进行有效控制。

2.2 膜层现状

铝合金阀芯在进行表面硬质阳极氧化处理的过程中，膜层平均厚度不足，并且膜层厚度不稳定。

针对铝合金阀芯硬质阳极氧化表面处理出现的问题，为了使膜层厚度达到使用要求，而且均匀稳定。急需增加铝合金阀芯硬阳极化膜层厚度。

3、工艺的研究

3.1 零件的表面准备

3.1.1 选用合适的有机溶剂,清洗零件的表面.经过清洗处理后的表面不允许赤手触摸。

3.2 实验仪器

阳极化溶液槽、热交换器，阴极铅板、温度计、搅拌棒、外径千分尺。

3.3 工艺流程

阀芯机加工准备―水洗―除油（洗洁精）―水洗―腐蚀（碱洗）―水洗―出光（酸洗）―水洗―硬质阳极氧化―水洗―填充（封闭）―干燥―检测。

3.3.1 除油

室温下，工件在洗洁精中处理2～10min，以除去表面的油污。

3.3.2 出光

浓硝酸（ρ=1.5g/cm3)500mL/L，HF150mL/L在室温下处理1min左右由于硅不溶于碱,除油后残留在工件表面的硅与腐蚀渣形成”挂灰”吸附膜,影响硬质阳极氧化反应的进行，HF能溶解含硅元素的化合物，出光便可除去这层膜。

3.3.3 封闭处理

将蒸馏水或去离子水加热到90～95℃，阀芯进行沸水封闭5～10 min。

3.4 通过试验对工艺参数的确定

通过对试件进行试验，确定工艺参数。

3.4.1 硫酸质量浓度对氧化膜厚度的影响

硫酸硬质阳极氧化时硫酸一般按规定浓度使用，阳极氧化工艺中硫酸质量浓度一般不要过高，因为硫酸质量浓度过高会使膜层溶解，而使用恒电流电源时硫酸质量浓度可以比相应规范要求提高40%左右。

从如图2可以看出，随着硫酸质量浓度的增加，膜层生长速度加快，厚度增大；但是当硫酸浓度进一步提高时，膜层溶解速度也进一步加大，促使厚度降低。曲线中出现的最大值点是生长和溶解过程的平衡点，在转折点的左侧生长快于溶解，膜层以生长为主，其厚度不断增加，而在转折点的右侧，膜层以溶解为主，厚度降低。

结论：当硫酸质量浓度按比例增加时,变化趋势如图1所示，膜层厚度先绶慢上升后到峰值后急剧下降。

图1 质量浓度对膜厚的影响变化图

3.4.2 苹果酸对氧化膜厚度的影响

苹果酸加入量增大，膜层厚度明显提高。这是由于苹果酸有两个羧基而使分子成电负性，分子可以吸附在铝阳极表面上，从而阻挡了硫酸对铝合金阳极氧化膜的溶解，使得反应向着薄膜生长方向进行。

结论：苹果酸10～30g/L左右时，膜层厚度达到要求。

3.4.3 电流密度对氧化膜厚度的影响

氧化膜的生长是一个电化学反应过程，因而在电解液导电性能较好的情况下，选择较大的电流密度有利于膜的生成。

从图2可以看出，氧化膜厚度随电流密度增大先增加后降低，在电流达到一定密度后。膜层厚度开始降低,由于过大的电流密度会增加电场的助溶作用，促进膜层的化学溶解，造成厚度反而降低。因此应找出电流密度的最优值。

结论：当电流密度按比例增加时,变化趋势如图2所示，膜层厚度先绶慢上升后到峰值后急剧下降。

图2 电流对膜厚的影响变化图

3.4.4 电压对氧化膜厚度的影响

电压和厚度的变化成正向变化的趋势，如图2所示。一般可通过电压值来估测膜的厚度.

结论：当电压按比例增加时,变化趋势如图3所示，膜层厚度先绶慢上升后到峰值后急剧下降。

图3 电压对膜厚的影响变化图

3.4.5 电解液温度对氧化膜厚度的影响

从图4可知，电解液温度对膜厚的影响很大。温度越低，氧化膜越厚。温度越高氧化膜的溶解速度越大，膜层越疏松，厚度下降。氧化膜在设备的极限温度下,膜层厚度增加最多，在上限温度下膜层厚度最薄。

结论：当温度逐步下降时,变化趋势如图4所示，膜层厚度绶慢上升。

图4 温度对膜厚的影响变化图

4、结论

在最佳工艺参数下,硬质阳极氧化膜厚度平均值超过要求值5%～10%，硬度值超过要求值10%～15%，成膜速率v=0.55μm/min。

采用此硬质阳极氧化工艺，提高了硫酸质量浓度和电流密度，加快了成膜速度，缩短了生成厚膜的时间，提高了硬质阳极氧化膜层性能，大大提高了生产效率，该工艺目前已应用于铝合金阀芯硬质阳极氧化处理。

【参考文献】

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[2]张允诚,胡如南,向荣.电镀手册[M].北京:国防工业工业出版社,1997.

[3]刘志坚,刘鸿康,贺子凯,等.铝合金快速硬质阳极氧化工艺[J].电镀与涂饰,2001,20(2):39-42.

作者简介：吴晓霞，现在贵州凯星液力传动机械有限公司工作。