一種提高鋁合金陽極化后表面粗糙度的工藝
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摘 要：鋁屬于較活潑的金屬，容易被氧化，且在一些耐磨工況下，鋁合金硬度較低，耐磨性差。因此，工業上常采用硫酸陽極化、鉻酸陽極化、硬質陽極化等來保證鋁合金的抗腐蝕性能、耐磨性能和電絕緣性能等。但通常情況下，陽極化后鋁合金的表面粗糙度較低，只有0.4～0.8，需要補充加工才能滿足表面粗糙度0.1的要求。由此，本文提出一種提高鋁合金陽極化后表面粗糙度的工藝，以期為學者的研究提供參考。
關鍵詞：鋁合金;硬質陽極化;粗糙度
中圖分類號：TG506.1 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）04-0049-02
A Process for Improving Surface Roughness of Aluminum
Alloy after Anodization
GAO Jun WANG Pengyuan
?。ˋVIC 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
陽極化是常用的提高鋁合金表面抗腐蝕性能的表面處理方式，但陽極化處理后，會大幅度降低鋁合金表面的粗糙度。對于同時有面密封和耐腐蝕性要求的產品，過低的表面粗糙度不利于保證密封性能，過高的表面粗糙度無法保證陽極化處理，因此，需要對陽極化后的配合面進行補充加工。本文旨在提出一種較傳統手工研磨更為高效的補充加工工藝。
1 問題分析
在產品研制中，因為結構緊湊和工作環境溫度的要求，不能使用密封圈、密封填料等實現工作面間的密封，只能通過提高工作面的形位公差和表面粗糙度來保證密封性能。
某項產品研制過程中，要求產品兩個平面之間的密封依靠配合平面的粗糙度和平面度保證（技術要求：1MPa的氣壓下，5min內不能從面漏氣），同時需要滿足相應的鋁合金防腐蝕要求。密封示意圖見圖1。
因此，為了滿足設計要求，需要保證配合面有陽極化層來滿足防腐蝕的需求，同時，又要保證其粗糙度0.1以及平面度0.006，以滿足配合面的密封性要求。
2 工藝方法
2.1 防腐實現工藝
根據防腐蝕要求，選擇合適的陽極化表面處理方法。陽極化表面處理方法有硫酸陽極化、鉻酸陽極化和硬質陽極化。需要根據各種陽極化的性能選擇合適的陽極化表面處理方法。
第一，硫酸陽極化。一般膜厚10～35μm，有較高的硬度和耐磨性，經封閉后有良好的防護性能。該方法應用最廣泛、成本較低。通常情況下，硫酸陽極化后表面粗糙度為0.4～0.8，需要補充加工才能滿足表面粗糙度0.1的要求。但是，由于膜厚較薄，基本不能進行補充加工，因此工藝上不可實現。
第二，鉻酸陽極化。一般膜厚2～10μm，抗腐蝕性良好，有足夠的電絕緣性，可防止接觸別種金屬的電偶腐蝕。通常情況下，鉻酸陽極化后表面粗糙度為0.4～0.8，需要補充加工才能達到表面粗糙度0.1的要求，但是由于膜厚較薄，基本不能進行補充加工，因此工藝上不可實現。
第三，硬質陽極化。一般膜厚10～60μm，具有很好的耐腐蝕性、耐磨性和絕緣性，調整工藝參數可得硬度較高或韌性較好的不同膜層。通常情況下，硬質陽極化后表面粗糙度為0.4～0.8，能滿足補充加工達到粗糙度0.1的要求，具有較大的工藝控制空間。
經過對比分析，選用硬質陽極化進行表面處理。
2.2 粗糙度實現工藝
為保證0.1的粗糙度，傳統工藝方法是按照陽極化鍍層→粗研工序→精研工序的順序進行補充加工，進而保證表面粗糙度0.1和平面度0.006的要求。無論是粗研還是精研，傳統方法都是通過手工完成的，生產效率較低。因此，需要探討出一種能實現快速研磨且能滿足產品形位公差和粗糙度要求的方法。通過實踐，本文利用平磨機，通過優化工藝手段控制磨削量、合理設計裝卡工裝的方式，實現對硬質陽極化鋁合金表面的磨削加工。
3 傳統研磨工藝面臨的挑戰
3.1 陽極化層掉塊
根據對比分析結果以及相關標準，零件陽極化層初始厚度應為40～60μm，保證粗糙度和平面度后厚度不低于10μm。但在實踐中發現，陽極化后，鍍層合格率較低，較多零件出現表面掉塊的現象。通過試驗發現，此材料與陽極化層結合性較差，建議降低陽極化層厚度。同時還發現，陽極化層不超過50μm即能保證良好的陽極化合格率。
3.2 難以同時保證平面度和粗糙度
因研磨工序是通過手工完成的，所以，粗研、精研后，難以在陽極化層厚度內同時保證平面度和粗糙度，出現較多陽極化層完全磨沒才能同時保證粗糙度和平面度的情況，零件合格率極低。據此，只能在陽極化后直接進行精磨工序。不經過粗研直接進行精研雖然能提高零件合格率，但會增加3～5倍的人工成本。
4 新工藝方法研究
4.1 陽極化層分析
根據《熱處理手冊》[1]查得，當硬質陽極化層達到一定厚度后（厚度在20～50μm時，維氏硬度可達380～420）具有較高的硬度，并且表面致密性良好。結合陽極化處理后的鋁合金表面樣機化層厚度特性和硬度特性以及工廠的平磨加工能力，可以通過設計合適的裝卡工裝，嚴格控制磨削量，在平磨機上僅加工硬質陽極層的方式，對硬質陽極化層進行補充加工來滿足設計的粗糙度和平面度要求。
4.2 樣件試制
根據對陽極化層的分析及初步設想，選取10個滿足陽極化要求的樣件進行試制。陽極化后對平面進行精磨，精磨量控制在15～30μm。經試驗驗證，精磨后多數零件已經能滿足粗糙度0.1和平面度0.006的要求。同時，由于未直接對鋁表面進行磨削，磨刀也不易損壞[2]。
5 結語
本文針對鋁合金陽極化后表面粗糙度降低的問題，提出一種提高其表面粗糙度的方法，以期為陽極化后的鋁合金表面加工提供參考。
參考文獻：
[1]中國機械工程學會熱處理學會.熱處理手冊[M].北京：機械工業出版社，2008.
[2]機械加工工藝手冊[M].北京：機械工業出版社，2003.
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