一种降低2系锻造铝合金烧蚀几率的硬质阳极氧化工艺的制作方法

本发明属于铝合金表面处理领域，具体涉及一种降低2系锻造铝合金烧蚀几率的硬质阳极氧化工艺。

背景技术：

1、铝合金现已广泛应用于人们的日常生活，为了拓展其应用范围，通常在其表面进行阳极氧化，以增强其外观性及功能性，硬质阳极氧化因可使产品表面具有良好的硬度、耐蚀性、耐磨性等，而被广泛的应用在导辊、气缸、摩擦片等产品上。国内通用的硫酸硬质氧化工艺针对5系、6系及个别7系铝合金已较为成熟，成品率较高，而针对2系锻造铝合金成熟工艺少之又少，因其铜含量较高，在硬质阳极氧化过程中极易烧蚀，而不得不降低其氧化膜厚度或舍弃一些使用性能而单纯注重外观，大大降低了其应用范围。

2、硬质阳极氧化过程中，只有使膜的成长速度大于溶解速度，氧化膜才能成长、加厚。普通硫酸硬质阳极氧化，一般可得到100μm以后厚的氧化膜。但针对铜含量较多的铝合金时，氧化膜在溶解过程中基体内的al-cu相极易脱落而造成产品出现腐蚀坑，如反应继续进行，则腐蚀坑内尖端放电优先，出现产品烧蚀。

3、为解决此类现象，已有大量科研人员，以有机酸及其盐为选择对象，试验了乳酸、酒石酸、琥珀酸、苹果酸、乙酸钠、柠檬酸钠等多种材料。在相同工艺条件下，可大大提高氧化膜的成长速度，在普通硫酸阳极氧化溶液中加入添加剂后，提高了氧化膜成长速度，在相同阳极氧化工艺条件下，可明显增加氧化膜的厚度。因为添加剂加入后，添加剂中的某些成分吸附在所生成的氧化膜上，硬质阳极氧化阻滞了硫酸分子向阳极表面的扩散，添加剂对阳极反应生成的氢离子有极强的缔合作用，降低了阳极表面氧化膜附近溶液的酸性，使膜的溶解减缓，提高了膜成长速度，从而得到较厚的氧化膜。可以看出，在硫酸硬质阳极氧化过程中，随着阳极氧化时间的延长，膜的成长速度低于阳极氧化初期的成长速度。在阳极氧化过程中，膜的溶解和成长是一对矛盾，随着氧化时间的增加，氧化膜加厚，溶解和成长趋于平衡，膜成长速度下降。当溶解速度等于成长速度时，氧化膜将不再加厚。而加入添加剂后，由于添加剂的加入降低了溶解速度，所以长时间电解，其膜成长速度也不会下降太多，从而可以得到较厚的氧化膜。

4、如专利号200910052072.x公布了一款硬质氧化添加剂，以有机酸、多元醇为主要介质添加至硫酸电解液中，解决硅含量高的铝合金硬质氧化烧蚀、膜层不均问题；专利号200610036677.6公布了一种型材硬质氧化制备工艺，主权项在于所述硬质阳极氧化采用的电解液中含有：硫酸250-350克/升、草酸1-3克/升、有机导电剂m10-20克/升、有机导电剂n10-20克/升；——所述有机导电剂m为乙二醛酸或羟基乙酸；——所述有机导电剂n为甘油或丙二酸；——所述硬质阳极氧化过程中，电解液温度为15-20℃。

5、然而以上两个专利均无法精准管控电解液浓度，随着电解液的使用内部有效成分分解或带出而降低，产品烧蚀几率逐渐增加，不利于生产成品率管控。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种降低2系锻造铝合金烧蚀几率的硬质阳极氧化工艺，通过对氧化前处理方式改进，电解液配比调整，硬质氧化电参数改进，生产较厚的硬质氧化膜层，拓展其应用范围，同时大大降低产品烧蚀几率，并提供电解液分析测试手段，利于实际生产使用。

2、一种降低2系锻造铝合金烧蚀几率的硬质阳极氧化工艺，采用以下方案：

3、(1)上挂：将2系锻造产品通过螺纹紧固方式与钛挂具连接；

4、(2)超声波磁力研磨：采用研磨剂，添加钢针，将2系锻造产品在槽液中进行磁力研磨3-5min后，超声波起震，得到处理后产品；

5、(3)三联纯水洗+曝气：采用三联纯水洗，清洗处理后产品表层液体残留及防止研磨钢针进入硬质氧化槽，污染槽液；

6、(4)硬质氧化：选用阶梯升压式直流脉冲型整流机，阳极连通清洗后的产品，阴极连通阴极板，以硫酸、草酸混合酸和硫酸镁为电解液，先恒定电流密度再设定电密1.5a/dm2启动脉冲模式；槽液要求cl-＜10ppm，cu2+＜15ppm，fe＜50ppm；

7、(5)封孔：将(4)处理后的产品经纯水洗后，用封闭液进行封闭处理，得到封闭后的产品；

8、(6)热纯水洗：将封闭后的产品放置于纯水内，得到2系锻造铝合金。

9、进一步地，步骤(1)所述挂具及紧固螺纹、螺母均为tc4钛合金。

10、进一步地，步骤(2)所述研磨剂选用hd-470s弱碱性药剂35±5g/l，所述钢针的尺寸为φ0.2*1mm，所述钢针与研磨剂溶液的质量比为1:50；所述槽液参数要求ph7-9，温度35±5℃，转速3000r，所述磁力研磨3-5min后超声波起震2-3min。

11、进一步地，步骤(4)所述电解液参数为硫酸90±10g/l+草酸40±5g/l+2-5g/l硫酸镁，电解液温度0±5℃。

12、进一步地，步骤(4)所述的恒定电流密度为1a/dm2，15min；所述脉冲模式中高低电压比为2:1，脉冲时间比0.5s：0.005s，时间20-60min。

13、进一步地，步骤(5)所述的封闭液包含有镍封闭及无镍封闭。

14、进一步地，步骤(6)所述的纯水温度为60-70℃，纯水电导率小于10μs/cm，放置时间为10-15min。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

16、1.本发明所述挂具及紧固螺纹、螺母均为tc4钛合金；所述前处理方式可有效去除产品表层油污、自然氧化膜；有效去除产品锻造及机械加工过程残留的毛刺、同时钝化边缘直角边，减少尖端放电；可有效提前去除/紧固2系铝合硬质氧化过程因膜溶解而脱落的al-cu相，降低烧蚀几率；前处理方式采用磁力研磨与超声波复合方式，减少研磨钢珠带出而污染硬质氧化槽液；

17、2.本发明所述电解液成分简单，草酸、硫酸、cl-可采用滴定方式进行测量，mg、cu、fe离子可采用icp发射光谱仪进行测试管控；电解液采用低硫酸，高草酸配比，可有效降低硬质氧化过程电解液对氧化膜的腐蚀速度，同时不影响氧化膜成膜速率；所述电解液添加硫酸镁作为缓蚀剂，避免硬质阳极氧化过程中，氧化膜溶解不均；

18、3.本发明所述硬质氧化工艺采用分段式电参数，前期低电流密度成膜，对产品基体进行初步保护，后提升电流密度，生成高厚度氧化膜；所述硬质氧化工艺在高电流密度成膜时，采用高低电压脉冲方式，避免产品因持续高电密而散热不均造成局部烧蚀风险；所述此硬质氧化工艺对cl、cu、fe杂质离子较为敏感，如达到管控指标上限，需对槽液进行更换或部分更换，以保证产品成品率。

19、4.本发明讲述的硬质阳极氧化工艺，操作便捷、工艺易控制，产品成品率高于95％。

技术特征：

1.一种降低2系锻造铝合金烧蚀几率的硬质阳极氧化工艺，其特征在于，采用以下方案：

2.根据权利要求1所述的降低2系锻造铝合金烧蚀几率的硬质阳极氧化工艺，其特征在于，步骤(1)所述挂具及紧固螺纹、螺母均为tc4钛合金。

3.根据权利要求1所述的降低2系锻造铝合金烧蚀几率的硬质阳极氧化工艺，其特征在于，步骤(2)所述研磨剂选用hd-470s弱碱性药剂35±5g/l，所述钢针的尺寸为φ0.2*1mm，所述钢针与研磨剂溶液的质量比为1:50；所述槽液参数要求ph7-9，温度35±5℃，转速3000r，所述磁力研磨3-5min后超声波起震2-3min。

4.根据权利要求1所述的降低2系锻造铝合金烧蚀几率的硬质阳极氧化工艺，其特征在于，步骤(4)所述电解液参数为硫酸90±10g/l+草酸40±5g/l+2-5g/l硫酸镁，电解液温度0±5℃。

5.根据权利要求1所述的降低2系锻造铝合金烧蚀几率的硬质阳极氧化工艺，其特征在于，步骤(4)所述的恒定电流密度为1a/dm2，15min；所述脉冲模式中高低电压比为2:1，脉冲时间比0.5s：0.005s，时间20-60min。

6.根据权利要求1所述的降低2系锻造铝合金烧蚀几率的硬质阳极氧化工艺，其特征在于，步骤(5)所述的封闭液包含有镍封闭及无镍封闭。

7.根据权利要求1所述的降低2系锻造铝合金烧蚀几率的硬质阳极氧化工艺，其特征在于，步骤(6)所述的纯水温度为60-70℃，纯水电导率小于10μs/cm，放置时间为10-15min。

技术总结本发明涉及一种降低2系锻造铝合金烧蚀几率的硬质阳极氧化工艺，属于铝合金表面处理领域。本发明对2系锻造铝合金进行前处理后，采用硬质阳极氧化工艺，以硫酸、草酸混合酸和硫酸镁为电解液，先恒定电流密度再设定电密1.5A/dm2启动脉冲模式；再经纯水洗后，用封闭液进行封闭处理，最后放置于纯水内，得到2系锻造铝合金。本发明所述电解液成分简单，所述硬质氧化工艺在高电流密度成膜时，采用高低电压脉冲方式，避免产品因持续高电密而散热不均造成局部烧蚀风险；操作便捷、工艺易控制，产品成品率高于95％。技术研发人员：刘昌明,王东辉,祝哮,赵怀鹏,张弟,任玉宝,王帅,孙强受保护的技术使用者：辽宁忠旺集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/23