[发明专利]铝合金硬质阳极氧化膜及其工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金表面处理，特别是硫酸电解液硬质阳极氧化处理领域。

背景技术

铝合金硬质阳极氧化膜具有高硬度、耐腐蚀、绝缘、光功能等优良的性能，在汽车、机械、电子和航空航天等领域有广泛的应用，如发动机铝活塞、涡旋式压缩机斜盘、铝缸体等零部件硬质氧化后可提高耐磨和耐腐蚀性，利用氧化膜中的微孔可制备复合膜、过滤膜、功能膜，还可作为催化剂载体和模板合成纳米材料等。

常见的硬质阳极氧化均采用高浓度硫酸电解液，如硫酸为150-300g/L的电解液。普遍认为，氧化膜在金属/氧化膜/电解液界面间通过Al³⁺和O^2-向相反方向传输而生长，形成的多孔氧化膜由很薄的阻挡层(约1μm)与铝基体相隔离，并由阵列排列的六方单胞构成，单胞中有个细而长的孔通向外表面。但在实际阳极氧化过程中，因电解液种类和浓度及温度、铝合金成分和工艺参数等不同使氧化膜结构有很大差异。为了获得高质量的氧化膜和生产效率，不同的电解液种类、添加剂、电流密度、电压波形(如：直流叠加脉冲或正负脉冲)等被应用于铝合金硬质氧化中，但不利于环保和节能，且氧化膜的膜厚和性能仍然很有限。众所周知，阳极氧化膜生长是在氧化膜生长速度和电解液对氧化膜的溶解速度竞争下进行的，因此电解液的酸浓度及温度越低，氧化膜的溶解速度就越小，有利于氧化膜生长，膜层厚度和密度提高。当硫酸浓度过低(≤10wt％H₂SO₄)时，则认为不能得到完整的氧化膜，这是因为硫酸浓度低，电解液导电性差、冰点高，以及铝合金表面未进行特殊预处理。

发明内容

针对以上存在的问题，本发明的目的就在于提供一种铝合金硬质阳极氧化膜及其工艺方法，即先对铝合金工件表面进行抛丸处理，再在低硫酸浓度的电解液中进行硬质阳极氧化，制备出膜层厚、高硬度和高密度的硬质氧化膜，并有利于环保和节能，从而克服现有技术的不足。

本发明的技术方案是铝合金硬质阳极氧化膜及其工艺方法，对铝合金工件表面抛丸处理，得到高密度的高表面能的应力区，然后在低硫酸浓度电解液中进行低电流密度和高电流密度硬质阳极氧化。通过以下工艺方法来实现。

1、将去油、脱脂和清洗后的铝合金工件在抛丸机中采用洁净的不锈钢丸对铝合金工件表面进行喷丸处理5-8min，不锈钢丸粒度为200-70目，喷丸处理后再用清水洗净、烘干；

2、配制低硫酸浓度电解液，硫酸浓度为30-60g/L、硫酸铝为50-100g/L、酒石酸为20-40g/L和乙二醇为100-250g/L，其余为蒸馏水或去离子水；

3、在低硫酸浓度电解液中进行硬质阳极氧化，电解液温度为-4-3℃，电流采用恒定的直流或脉冲电流，按下列工艺步骤进行硬质阳极氧化得到氧化膜：

(1)采用低电流密度1-2A/dm²进行硬质阳极氧化12-15min；

(2)用高电流密度5-7A/dm²进行硬质阳极氧化80-100min；

(3)用清水洗净，烘干。

本发明的优点是：

(1)硬质氧化膜厚而综合性能好。氧化膜的厚度为340-374μm时，仍然具有高硬度和高密度。

(2)利于环境保护，节材节能。对铝合金工件表面预处理用洁净不锈钢喷丸处理，不用碱洗和酸洗，电解液的酸浓度极低，配制电解液用材料少，电解液温度升高不明显，硬质阳极氧化过程中对氧化膜的溶蚀很少，成膜速度快，并且电解液不会因铝离子的增加而报废，寿命长。

具体实施方式

本发明结合具体实施例进一步说明如下：

实施例1铝合金5052板材(200×150×2mm³)的硬质阳极氧化：

(1)将去油、脱脂和清洗后的铝合金5052板材在抛丸机中采用洁净的不锈钢丸对其表面进行喷丸处理5min，不锈钢丸粒度为100-120目，喷丸处理后再用清水洗净、烘干。

(2)配制低硫酸浓度电解液，得到硫酸浓度为30g/L、硫酸铝为70g/L、酒石酸为40g/L和乙二醇为150g/L，其余为蒸馏水或去离子水。

(3)在低硫酸浓度电解液中进行硬质阳极氧化，电解液温度控制在-1-1℃，电流采用恒定的直流电流，按下列工艺步骤进行硬质阳极氧化得到氧化膜：

①采用低电流密度2A/dm²进行硬质阳极氧化13min；

②用高电流密度6A/dm²进行硬质阳极氧化80min；

③取出，用清水洗净、烘干。