一种硬质阳极氧化的内阴极辅助功能挂具及使用方法与流程

本发明属于铝合金材料表面处理，涉及一种硬质阳极氧化的内阴极辅助功能挂具及使用方法。

背景技术：

1、铝合金材料以其比重轻、强度大、可塑性好且耐蚀性高等特性广泛用于航空工业各类零件的制造领域。在应用过程中，常通过对铝合金零件进行硬质阳极氧化处理以进一步提高材料表面的硬度和耐磨性。零件表面的阳极氧化膜厚度均匀分布是工艺实际应用的目标之一，而协同改善阳极氧化过程中电场与流场的分布是众多调整策略的主要思路。在电场调节方面，常通过加装辅助阴极来改善零件表面的电力线分布，使得阴阳极间的距离差异δl＝l远-l近趋近于0；而流场调节方面，则通过加强内部电解液的搅拌，一方面使得电解液整体电阻率ρ分布均匀，另一方面使得表面的电化学极化δφ/δi增大，促使膜层的厚度分布均匀，质量提高。

2、然而对于小直径的套筒类铝合金零件来说，其难点在于，一是辅助内阴极的尺寸及装挂固定要求较为严格，一旦阴阳极不慎接触，零件就会烧坏报废；二是由于套筒内径较小，电解液流动更为困难，导致零件内表面电化学反应过程差异增大，同时阳极氧化的电渗作用减弱，难以形成厚度分布均匀的膜层。

3、因此，本发明设计了一种适用于小直径套筒类铝合金零件的内阴极辅助功能挂具，可同时有效调节套筒内部的电场与流场分布。通过加装可调控几何尺寸和导电/绝缘面积的内阴极管，可有效改善筒内电力线分布并避免阴阳极短路风险。同时，内阴极管打有均匀气孔，可从顶部直接向内通入气体以加强套筒内电解液的搅拌，将有助于提高此类零件的硬质阳极氧化膜层分布均匀性及质量。

技术实现思路

1、针对上述提出的在套筒类铝合金零件硬质阳极氧化过程中，由于内壁电流密度分布不均、电解液缺乏搅拌，导致氧化膜层厚度偏薄且分布不均的技术问题，为了提高套筒内壁的膜层厚度和均匀性，本发明提供了一种硬质阳极氧化的内阴极辅助功能挂具及使用方法。通过挂具的结构设计，采用阳极和阴极相互配合的方式，通过合适的内阴极放置及尺寸、结构调节，达到改善套筒内壁电流分布同时起到加强电解液搅拌的作用。挂具整体包括外部起到阳极电流输入作用的铝合金框架，以及内部尺寸可调节的铝管阴极。阴极可以根据实际套筒零件的尺寸，通过涂覆绝缘胶膜控制导电/绝缘面积的分布，有效的避免阴极、阳极之间由于直接接触而导致的短路风险。同时，内阴极采用中空管道且在管壁凿有气孔，可自上而下通入空气以加强筒内电解液的搅拌，使筒内电解液域离子分布更加均匀，有效地提高内壁硬质阳极氧化膜的厚度和分布均匀性，提高套筒类铝合金零件硬质阳极氧化膜层的整体质量，可适用于各类不同尺寸的套筒类铝合金零件。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种硬质阳极氧化的内阴极辅助功能挂具，所述的内阴极辅助功能挂具包括导电面尺寸可调节的内阴极装置以及主体起阳极电流输入作用和套筒类零件固定作用的铝合金框架，两部分装置配合可有效提高零件内壁的阳极氧化膜厚度和均匀性。

4、所述的铝合金框架包括铝制旋钮2、六角螺母3、实心铝圆杆4和铝夹板构件5；所述的实心铝圆杆4两端具有螺纹8，杆长度能够根据套筒零件尺寸进行灵活调整，实心铝圆杆4共设结构相同的两个；所述的铝夹板构件5为条形板状结构，其中部及两端均制通孔，中部通孔用于内阴极装置穿过，两端通孔用于两个实心铝圆杆4穿过，铝夹板构件5共设结构相同的两个，依次套在两个实心铝圆杆4上，套筒类零件夹持在两个铝夹板构件5之间，两个铝夹板构件5相对一侧，即二者与套筒类零件接触一面，沿长度方向制有凸起的双横梁9，用于控制整个内阴极辅助功能挂具与圆形套筒类零件的接触面积，减小零件表面的无膜区域；所述的铝制旋钮2一端为旋钮柄，另一端制螺纹孔7，铝制旋钮2共设4个，分别旋拧在两个实心铝圆杆4两端的螺纹8上，拧紧后抵在铝夹板构件5上，使两个铝夹板构件5夹紧套筒类零件，铝制旋钮2与铝夹板构件5之间设置六角螺母3，其套在实心铝圆杆4上，用于加强固定。

5、所述的六角螺母3材质为铝合金。

6、所述的内阴极装置包括中空的铝合金管1，其顶部采用通入阴极电流的金属夹具夹装，并根据需要通入合适的阴极电流，其下端穿过位于上部的铝夹板构件5中部通孔和套筒类零件内部后，从位于下部的铝夹板构件5中部通孔穿出，铝合金管1除深入套筒类零件内的部分以及顶部阴极导电金属夹夹装部位外，其余部分均使用绝缘胶包覆，并可依据零件的尺寸调节绝缘胶位置及面积，从而对绝缘面和导电面进行调节；铝合金管1管壁凿有若干气孔6，铝合金管1顶部通气后，气体从气孔6中吹出，对套筒类零件内部的电解液起搅拌作用。

7、一种上述硬质阳极氧化的内阴极辅助功能挂具的使用方法，所述的使用方法包括：

8、首先将套筒类零件置于两个铝夹板构件5之间，其圆心对准上下铝夹板构件5的中孔，接着安装六角螺母3和铝制旋钮2并拧紧，两个铝夹板构件5将套筒类零件夹紧；然后将铝合金管1除深入套筒类零件内的部分以及顶部阴极导电金属夹夹装部位外，其余部分均使用绝缘胶包覆，包覆后插入铝夹板构件5的中孔，并将其底部使用绝缘铜丝固定；下一步将装夹好零件的内阴极辅助功能挂具竖直下入电解槽，铝合金框架与反应槽体内的导电横杠搭接，并将通气管连接至铝合金管1，同时将阴极导电金属夹加装在铝合金管1上部并保证导电良好；最后，根据工艺规程计算氧化所需电流并输入到电源控制器中，开始硬质阳极氧化工艺操作。

9、优选的，铝合金管1长度为700mm，管内直径为8mm，据顶部170mm下打有均匀气孔6，直径为2mm，孔间间距为70mm。铝合金管除深入套筒类铝合金零件管内部分以及阴极导电金属夹加装部位，其余部分均使用绝缘胶包覆，导电/绝缘面积与零件尺寸相关。需注意内阴极尺寸的设置，若管径太细，则容易弯曲变形，同时影响通气效果，增加挂具的操作和维护难度，且降低挂具的使用寿命；如果太粗，则容易接触零件的细长孔内壁，增大短路风险。

10、优选的，所述的铝制旋钮2整体高度为90mm，螺纹的内圆大径为14mm，小径为12.5mm，螺距1.5mm，螺纹深度为45mm。

11、优选的，所述的六角螺母3厚度为10mm，对边宽度18mm，螺纹公称长度为60mm。

12、优选的，所述的实心铝圆杆4长度为600mm，两端具有螺纹8的部位高度为60mm，公称长度大于610mm，圆杆直径为15mm。

13、优选的，所述的铝夹板构件5厚度为5mm，与套筒类零件接触部位的双横梁9宽度与高度均为2mm，凸梁间的间距为23mm。

14、本发明的效果和益处是：

15、1、本发明通过在套筒类铝合金零件管内夹装内阴极，通过改善电解槽内的电流密度分布情况，可有效提高铝制件内壁的硬质阳极氧化膜层厚度，有助于提高零件整体的膜层分布均匀性。

16、2、本发明设计的装置同时具有阳极和阴极，两部分间具有良好的绝缘阻隔，在无短路风险的同时改善电解槽内整体的电场分布，通过调控内阴极的几何尺寸和导电/绝缘面积，可适应不同内径、长度及膜厚要求的套筒类零件。

17、3、本发明内阴极部位可进行通气并加强搅拌，能够有效改善筒内的浓度场分布均匀性，通过调控电解液域各离子的浓度分布，进而提高硬质阳极氧化工艺质量，改善套筒类铝合金零件的硬质阳极氧化膜层均匀性。