一种提高铝合金阳极化后表面粗糙度的工艺

作者:未知

  摘 要:铝属于较活泼的金属,容易被氧化,且在一些耐磨工况下,铝合金硬度较低,耐磨性差。因此,工业上常采用硫酸阳极化、铬酸阳极化、硬质阳极化等来保证铝合金的抗腐蚀性能、耐磨性能和电绝缘性能等。但通常情况下,阳极化后铝合金的表面粗糙度较低,只有0.4~0.8,需要补充加工才能满足表面粗糙度0.1的要求。由此,本文提出一种提高铝合金阳极化后表面粗糙度的工艺,以期为学者的研究提供参考。
  关键词:铝合金;硬质阳极化;粗糙度
  中图分类号:TG506.1 文献标识码:A 文章编号:1003-5168(2019)04-0049-02
  A Process for Improving Surface Roughness of Aluminum
  Alloy after Anodization
  GAO Jun WANG Pengyuan
  (AVIC Xinxiang Aviation Industry (Group)Co.,Ltd.,Xinxiang Henan 453000)
  Abstract: Aluminum is a more active metal, easy to be oxidized, and in some wear-resistant conditions, the hardness of aluminium alloy is low, wear resistance is poor. Therefore, sulfuric acid anodization, chromic acid anodization and hard anodization are often used in industry to ensure the corrosion resistance, wear resistance and electrical insulation performance of aluminium alloys. However, in general, the surface roughness of aluminium alloys after anodization is low, only 0.4~0.8, which requires supplementary processing to meet the requirement of 0.1 surface roughness. Therefore, this paper proposed a process to improve the surface roughness of aluminium alloy after anodization, in order to provide reference for scholars'research.
  Keywords: Aluminum alloy;hard anodization;roughness
  阳极化是常用的提高铝合金表面抗腐蚀性能的表面处理方式,但阳极化处理后,会大幅度降低铝合金表面的粗糙度。对于同时有面密封和耐腐蚀性要求的产品,过低的表面粗糙度不利于保证密封性能,过高的表面粗糙度无法保证阳极化处理,因此,需要对阳极化后的配合面进行补充加工。本文旨在提出一种较传统手工研磨更为高效的补充加工工艺。
  1 问题分析
  在产品研制中,因为结构紧凑和工作环境温度的要求,不能使用密封圈、密封填料等实现工作面间的密封,只能通过提高工作面的形位公差和表面粗糙度来保证密封性能。
  某项产品研制过程中,要求产品两个平面之间的密封依靠配合平面的粗糙度和平面度保证(技术要求:1MPa的气压下,5min内不能从面漏气),同时需要满足相应的铝合金防腐蚀要求。密封示意图见图1。
  因此,为了满足设计要求,需要保证配合面有阳极化层来满足防腐蚀的需求,同时,又要保证其粗糙度0.1以及平面度0.006,以满足配合面的密封性要求。
  2 工艺方法
  2.1 防腐实现工艺
  根据防腐蚀要求,选择合适的阳极化表面处理方法。阳极化表面处理方法有硫酸阳极化、铬酸阳极化和硬质阳极化。需要根据各种阳极化的性能选择合适的阳极化表面处理方法。
  第一,硫酸阳极化。一般膜厚10~35μm,有较高的硬度和耐磨性,经封闭后有良好的防护性能。该方法应用最广泛、成本较低。通常情况下,硫酸阳极化后表面粗糙度为0.4~0.8,需要补充加工才能满足表面粗糙度0.1的要求。但是,由于膜厚较薄,基本不能进行补充加工,因此工艺上不可实现。
  第二,铬酸阳极化。一般膜厚2~10μm,抗腐蚀性良好,有足够的电绝缘性,可防止接触别种金属的电偶腐蚀。通常情况下,铬酸阳极化后表面粗糙度为0.4~0.8,需要补充加工才能达到表面粗糙度0.1的要求,但是由于膜厚较薄,基本不能进行补充加工,因此工艺上不可实现。
  第三,硬质阳极化。一般膜厚10~60μm,具有很好的耐腐蚀性、耐磨性和绝缘性,调整工艺参数可得硬度较高或韧性较好的不同膜层。通常情况下,硬质阳极化后表面粗糙度为0.4~0.8,能满足补充加工达到粗糙度0.1的要求,具有較大的工艺控制空间。
  经过对比分析,选用硬质阳极化进行表面处理。
  2.2 粗糙度实现工艺
  为保证0.1的粗糙度,传统工艺方法是按照阳极化镀层→粗研工序→精研工序的顺序进行补充加工,进而保证表面粗糙度0.1和平面度0.006的要求。无论是粗研还是精研,传统方法都是通过手工完成的,生产效率较低。因此,需要探讨出一种能实现快速研磨且能满足产品形位公差和粗糙度要求的方法。通过实践,本文利用平磨机,通过优化工艺手段控制磨削量、合理设计装卡工装的方式,实现对硬质阳极化铝合金表面的磨削加工。
  3 传统研磨工艺面临的挑战
  3.1 阳极化层掉块
  根据对比分析结果以及相关标准,零件阳极化层初始厚度应为40~60μm,保证粗糙度和平面度后厚度不低于10μm。但在实践中发现,阳极化后,镀层合格率较低,较多零件出现表面掉块的现象。通过试验发现,此材料与阳极化层结合性较差,建议降低阳极化层厚度。同时还发现,阳极化层不超过50μm即能保证良好的阳极化合格率。
  3.2 难以同时保证平面度和粗糙度
  因研磨工序是通过手工完成的,所以,粗研、精研后,难以在阳极化层厚度内同时保证平面度和粗糙度,出现较多阳极化层完全磨没才能同时保证粗糙度和平面度的情况,零件合格率极低。据此,只能在阳极化后直接进行精磨工序。不经过粗研直接进行精研虽然能提高零件合格率,但会增加3~5倍的人工成本。
  4 新工艺方法研究
  4.1 阳极化层分析
  根据《热处理手册》[1]查得,当硬质阳极化层达到一定厚度后(厚度在20~50μm时,维氏硬度可达380~420)具有较高的硬度,并且表面致密性良好。结合阳极化处理后的铝合金表面样机化层厚度特性和硬度特性以及工厂的平磨加工能力,可以通过设计合适的装卡工装,严格控制磨削量,在平磨机上仅加工硬质阳极层的方式,对硬质阳极化层进行补充加工来满足设计的粗糙度和平面度要求。
  4.2 样件试制
  根据对阳极化层的分析及初步设想,选取10个满足阳极化要求的样件进行试制。阳极化后对平面进行精磨,精磨量控制在15~30μm。经试验验证,精磨后多数零件已经能满足粗糙度0.1和平面度0.006的要求。同时,由于未直接对铝表面进行磨削,磨刀也不易损坏[2]。
  5 结语
  本文针对铝合金阳极化后表面粗糙度降低的问题,提出一种提高其表面粗糙度的方法,以期为阳极化后的铝合金表面加工提供参考。
  参考文献:
  [1]中国机械工程学会热处理学会.热处理手册[M].北京:机械工业出版社,2008.
  [2]机械加工工艺手册[M].北京:机械工业出版社,2003.
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