Proe/Creo产品设计：解决铝合金氧化着色表面硬度低问题

1、氧化处理技术

　　1)化学氧化

　　化学氧化处理所获得的膜层较薄，一般厚度为0.5μm ～4μm，质软不耐磨，抗蚀能力低于阳极氧化膜。

　　一般不宜单独使用，由于化学氧化膜吸附能力好，主要作用于油漆的底层，化学氧化按其溶液性可分为碱性和酸性两种。按其膜层性质可分为氧化膜，磷酸盐膜、铬酸盐膜及磷酸一铬酸盐膜等(这类型的氧化膜是可导电)。

　　2)电化学氧化(阳极氧化)

　　电化学氧化(俗称阳极氧化)是铝及铝合金在相应的电解液和特定的工艺条件下，由于外加电流的作用在铝及铝合金上形成一层氧化膜的过程称为阳极氧化(此氧化膜不导电)。

　　3)硬质阳极氧化(增加硬度)

　　硬质氧化膜的生成机理，与普通硫酸阳极氧化相同，但为了获得厚而硬的膜层，需要采用摄氏0度左右的电解液，和高电压和大电流的方法，使膜的生成速度远大于溶解速度，使膜层结构发生变化，构成了硬质氧化膜生长过程的新特点。

　　硬质氧化膜也是双层结构，其区别在于比普通氧化膜的阻挡层厚度大10倍，孔壁也如此，这是硬度高的基本原因之一。然而孔隙率比普通氧化膜少7～8倍，只有2%～6%，硬质膜基组杂乱无章互相干扰，出现一种特殊的棱柱状，导致膜内应力大，甚至引起开裂，合金元素和电解分解产物在膜壁中的残留，引起氧化膜的色泽深暗及合金成分不同的颜色不同。

　　合金成分和杂质，对硬质氧化有较大的影响，它影响氧化膜的均匀性和完整性。

　　铝铜、铝硅、铝猛合金做硬质氧化比较困难。

　　2、铝阳极氧化膜的结构

　　氧化膜是由阻挡层和多孔层组成的，多孔层是由许多具有六角柱状的氧化物基组(膜胞)组成的，每个膜胞的中心的一个六角形的小孔，形似蜂窝状结构，孔壁的厚度是孔隙直径的两倍。在硫酸阳极氧化膜平均孔隙率为20%～30%，1μm2的表面上大约有800个小孔，所以阳极氧化后可以着各种颜色。

　　3、阳极氧化膜的着色

　　阳极氧化膜具有多孔性和化学活性，很容易进行着色处理。

　　铝氧化膜有20%～30%的孔隙(硫酸膜)故有巨大的比表面积的化学活性，染料分子通过氧化膜的物理和化学吸附积存于内表层而显色。

　　硬质氧化膜的孔隙率比普通氧化膜少，孔深、口径小，着色比普通氧化膜困难，而且硬质氧化皮膜是厚膜，因合金的不同，它的底色就比较深，所以着色只能着黑色比较理想。

　　4、阳极氧化后的封闭处理

　　铝阳极氧化膜具有很高的孔隙率，和吸附能力，容易受污染和腐蚀，介质浸蚀，因此，氧化膜无论着色与否，用于何种场合，都必须进行封闭处理，其目的是提高耐蚀性。提高抗污染能力和固定色素体，如有特殊后续处理可以不加以封闭，增加吸附能力。

　　5、硬质氧化处理各种特性及技术说明

　　1)特性

　　硬质氧化是一种电化学处理方式，在纯铝或铝合金材料上面形成一极硬、耐高温、耐磨、有高电阻性、耐腐蚀的硬氧化膜。增强表面硬度，配合铝合金本身轻、机械加工容易、低成本的特性，广泛应用于各种工业及军事用途上。

　　2)硬度

　　指膜层硬度，膜层厚度(Thickness)指Build up和Penetration两部分。

　　T=1/2Build up+1/2Penetration

　　硬度最低标准为B.S.5599规定HRC36以上(约HV350)接近底材部份可超过HRC60(HV700)以上。

　　3)耐磨性

　　以Taber Abraser CS-17 1000g 负载，铝合金硬化处理之耐磨性远优于硬铬电镀及其它之硬化钢。

　　4)尺寸精确

　　膜层厚度一般为50±5µm(+-0.05mm)。

　　元件单面尺寸约增加25µm，对于较精细公差及特殊厚度要求，需于图面上特别注明。

　　5)抗蚀性

　　经封孔，盐雾试验(ASTM117规格)超过5000小时无腐蚀现象发生。

　　6)合金材料适合性

　　适用于所有铝合金，包括1000纯铝系(1050、1100)、2000铝铜系(2014)、3000铝锰系、5000铝镁系、6000铝镁矽系(6061、6063)、7000铝锌系(7050)及铸造铝合金514.2、A514.2、518.2、ADC.5 ADC.6等。

　　7)耐电压(Breakdown Voltage)

　　达1500VDC以上。

　　8)高度电阻性

　　于20度C 为4Ⅹ10.15欧姆cm2/cm,可作为良好之绝缘体。

　　9)耐热性

　　膜层熔点达2050度C，短时间可保护铝材在高温中免受损害。

　　10)低摩擦系数

　　磨光后的表面，摩控系数可低至0.095，因此各种军械及民用装备滑轨，均应用此技术。

　　11)氧化膜的结合力

　　硬质氧化膜的形式是有一半的膜在铝的内部一半长出来，与铝基体金属的结合力很强，很难用机械方法将它们分离，即使膜层随基体弯曲直至破裂，膜层与基体金属仍保持良好的结合。

　　12)氧化膜结构的多孔性

　　氧化膜具有多孔的蜂窝状结构，可使膜层对各种有机物、树脂、无机物、染料及油漆等表现出良好的吸附能力，可作为涂镀层的底层，也可将氧化膜染成各种不同的颜色(硬质氧化膜，只可染黑色)提高金属的装饰效果。

　　6、制作硬质氧化注意事项

　　1)制品上所有棱角应倒成直径不小于0.5mm的圆弧,不允许有锐角及毛刺以避免电流集中造成局部过热、变脆、断裂;

　　2)不要求厚膜部位用过氯乙烯胶等加以保护,螺纹孔,定位销孔用塑料或胶皮堵塞;

　　3)制品经硬质氧化后,尺寸增加约为膜厚的一半(单边);

　　所以对尺寸要求严格的制品,应根据膜厚确定其阳极氧化前的尺寸余量;

　　4)氧化膜与基体结合牢固，但膜层有脆性，并随厚度增加和增大，所以不宜用于承受冲击，弯曲或变形的零件。

　　达到一定厚度的硬质膜会使铝合金的疲劳强度有较大的降低，尤其是高强度铝合金，故对承受疲劳荷重零件，进行硬质氧化应十分慎重。