硬质阳极氧化工艺要点

　　铝及其合金在相应的电解液中，在特定的工作条件下，在外加电流的作用下，在阳极上形成氧化膜的过程，称做阳极氧化。活塞合金经氧化反应后生成A12O3氧化膜，该膜硬度很高，维氏显微硬度可达250-500kg/mm2，故称硬质阳极氧化。该氧化膜熔点高达2050℃，导热系数小于0。16w/m2·k，可使活塞顶部燃烧室承受瞬时高温，并可起绝热作用。经实践证明，用直流电源进行阳极氧化可以得到优质氧化膜。鉴于氧化膜具有较强的绝缘性，其形成过程随膜层的增厚而电阻增大，电流减小，因此，应选用经专门设计的可控硅整流电源供电，方可满足工艺要求。
　　硬质阳极氧化工艺氧化膜生成过程中发生放热反应和氢气排放。放热致使电解液温度急剧上升而加速氧化膜的溶解，倘若不能及时排除，局部表面会被烧蚀而发白，膜层疏松。控制与制订溶液温度参数决定着氧化工艺的成败。氢气的排除不容忽视，否则在氧化过程中将产生气阻，增大电阻，使电压急剧上升而中断氧化过程。因而设计合理而先进的氧化工艺装备也是至关重要的。
　　常规硬质阳极氧化工艺
　　我国活塞行业利用阳极氧化工艺源于80年代初。国外起始于50年代，到60年代后半期氧化膜厚达90μm。维氏硬度HMV400kg/mm2以上，且有专业化、大批量的生产线。现行的常规氧化工艺为：

　　采用单位溶剂配制电解液
　　溶液温度在273K以下
　　非氧化部位涂绝缘漆和整体密封保护
　　电流密度P<5A/dm2
　　电压40-90v
　　氧化时间1-l。5h
　　活塞横卧式装挂在电解槽内。
　　上述工艺存在如下不足：
　　a。活塞需全密封，装卸活塞需3-5min，且塑制螺栓使用寿命较短；
　　b。导电较易产生接触不良，导致接触部分击穿或烧伤；
　　c。涂绝缘漆比较麻烦，且不易保持很规则的轮廓；
　　d。氧化时间太长，生产率极低，难以实现自动化生产。
　　快速硬质阳极氧化
　　鉴于常规硬质阳极氧化的不足，我们结合出国考察的经验并参阅相关情报资料，自行设计制造了一条年产l5万只可与机加工生产线同步的半自动活塞阳极氧化生产线，现已批量生产。快速硬质阳极氧化的主要特点是冲破传统认识，越过氧化一焦化曲线，采用有效手段制止氧化膜的溶解，从而达到80-l00μm/min氧化膜生长速率，实现快速阳极氧化。
　　工艺过程
　　工艺过程为上挂-化学除油-冷水清洗-热水清洗-烘干-下挂-气动装夹活塞-氧化反应-卸活塞-上挂-冷水清洗一热水清洗-封闭处理-烘干-上油包装。对上述工艺过程我们取消了酸蚀、光化处理及绝缘处理，在化学除油槽液配方上进行专门研制，集除油、光化于一体，简化了工艺，实践证明可行。活塞顶面非氧化部位设有采用传统的涂2-3次绝缘漆的方法，而是利用本工艺特点在设计兼作保护套用的绝缘定位胎具时，设计仿形的定位胎和耐腐蚀性仿形密封垫。
　　操作方法
　　活塞经清洗干净后，放入氧化槽定位胎内，打开气缸阀门使活塞定位准确并夹紧，确保接触良好。启动充液耐蚀泵，使氧化槽内液而高于顶面即可启动氧化电源，氧化电源置于“自动”状态，氧化过程按输入的电流电压曲线运行，氧化结束后自动报警并切断电源停止氧化，若中途电压、电流波动，将自动报警并断电保护，氧化结束即松开气缸，取出活塞进行清洗和封闭处理。
　　主要工艺参数
　　电流密度（A/m2）    0-l2000
　　槽端电压（V）       0-l00
　　电解液温度（℃）    5-l5
　　氧化时间（min/工位）  3-5
　　电解液硫酸浓度（g/L）     200-250
　　主要设备
　　主要设备有数控数整电源、冷冻机、冷冻箱、氧化槽、7工位清洗槽、5工位烘干器、半自动悬挂行车等，占地面积l20m2。
　　注意事项
　　a。氧化过程应密切注意槽液温度变化。若工作过程槽液温度达到10℃以上应停止氧化，采取降温措施。
　　b。冷冻机应由专人严格按操作规程操作，否则有可能出现严重安全事故。
　　c。应注视氧化过程中电流、电压参数的变化，如电流突然增加，电压下降，或电压突然急升都要立即关闭电源，不过本整流控制柜会自动报警和自动切断氧化电源。
　　d。槽液应严加保护，防止油污及其他杂质污染a槽液应定期化验、调整和电化学处理。
　　质量检验标准与检测仪器
　　HB5057《铝及铝合金硬质阳极氧化膜层质量检验》标准规定：
　　外观
　　a。颜色应为灰色、暗灰色、黑色或黄褐色；
　　b。膜层应是连续、均匀、完整的；
　　c。允许缺陷有轻微水印、基体缺陷引起的膜层缺陷、膜层有网纹等；
　　d。不允许的缺陷为：局部无膜层、金属过腐蚀。电烧伤。疏松和易擦掉的膜层。
　　厚度
　　膜层厚度应符合零件图纸和工艺文件的规定。
　　硬度
　　膜层硬度应大于维氏硬度250kg/mm2。膜层厚度采用涡流测厚仪，膜层上测三点取平均值。硬度检测是在试片切面上采用显微硬度计测定三点取平均值，试片制取方法同活塞金相制样。

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