提高导纸辊零件的阳极氧化质量

黄晓芳

（许昌烟草机械有限责任公司， 河南 许昌 461000）

引言

7075铝合金由于强度高，可使用性好，易于加工，是热处理强化铝合金中性能优良的结构材料[1]，大量的应用于航空工业及烟草机械产品中。许昌烟草机械有限责任公司采用该材料生产的导纸辊零件在硬质阳极氧化过程中，经常出现零件尺寸超差及着色不良的现象，严重影响产品质量。本文在大量实验的基础上，分析了阳极氧化的工艺特点，对生产中存在的问题进行分析，并提出解决的办法。

1 实验部分

1.1 硬质阳极氧化着黑色工艺流程

除油→水洗→碱腐蚀→水洗→出光→流水洗→硬质阳极氧化→流水洗→染色→水洗→封闭→干燥→检验。

1.2 试验条件及主要氧化工艺参数

试件外形为：外圆Φ33 mm，长度为86 mm，两端各有一个Φ22 M6公差内孔。

材料为7075铝合金，成分为：w（Si）=0.40%、w（Fe）=0.50%、w（Cu）=1.2～2.0%、w（Mn）=0.30%、w（Mg）=2.1～2.9%、w（Cr）=0.18～0.28%、w（Zn）=5.1～6.1%、w（Ti）=0.20%、w（Al）：余量。

硬质阳极氧化液成分组成为：ρ（硫酸）=195～220g/L、ρ（硫酸镍）=8～12 g/L、ρ（草酸）=11～17 g/L、ρ（丙三醇）=1.5～2 g/L及余量蒸馏水。

染色槽液成分及要求为：染料酸性黑ATT，ρ（ATT）=10～20 g/L，余量蒸馏水；染液酸碱度 pH=4.5～5.5。

工艺要求：Al/Et.A50hd.Cl(BK)，即：硬质阳极氧化着黑色，膜层厚度50 μm。

2 故障原因分析及解决方法

2.1 针对尺寸超差问题结合

设备及生产的实际情况，从多个方面进行了原因分析，最终确定了3个主要因素。

1）卡具（零件）与电极及电极之间接触部位有污渍和氧化物，卡具（零件）、电极电接触不良，导致氧化零件在电解液中电流分配紊乱，影响氧化膜生长及零件尺寸控制。

2）氧化中，卡具表面氧化膜具有高电阻，产生大量焦耳热，引起过熔、烧损。卡具铝丝烧损，引起局部电流短路，电流分配紊乱，导致零件阳极氧化尺寸失去控制。

3）卡具形状、尺寸设计不合理，无法实施在线检测零件内孔尺寸，不能精确控制零件内孔尺寸。

针对以上问题，分别通过下面的方法予以解决.

1）清理铅板、电极输出铜棒，使阴、阳极输出环节的接触面洁净，保证导电良好。

2）对除位于零件内孔的铝丝卡具部分外的卡具用塑料管、胶带覆盖，进行绝缘处理。

3）重新设计卡具，将需要检测的辊子零件内孔空间变为自由空间，实现内孔尺寸在线检测。

2.2 针对染色不良问题

1）氧化后水洗时间3 min，氧化膜微孔中残留的硫酸槽液清理不彻底，使得微孔内局部的pH值小于4.5，染色效果差。

2）氧化温度2℃±0.5℃，氧化温度降低，氧化膜的染色性会下降[2]。

针对以上问题，分别通过下面的方法予以解决。

1）增加水洗时间，第一次自来水水洗时间为8～12 min，第二次软水洗为2～3 min。

2）提高氧化温度，提高至8℃±0.5℃。

3 实验分析及验证

保证以上故障均排除的情况下，分别在工艺温度-2℃～10℃范围内选取四个温度-2℃、2℃、5℃、8℃进行氧化实验，确定最佳硬质阳极氧化工艺温度。导电端及自由端的平均膜层厚度增长值见表1。

表1 导电端及自由端的平均膜层厚度增长值及染色效果

从表1可以得到，同一温度条件下，导电端和自由端内孔的平均膜层厚度增长值不一致，导电端的小于自由端的，这可能由导电端和自由端处的电流分配不均匀导致的。此外，随着氧化温度的降低，导电端和自由端内孔的平均长膜差距逐渐减小，在-2℃时二者仅相差0.004 mm，但染色效果一般，因此可以提高氧化温度来改善阳极氧化膜的染色质量，考虑设备的功率消耗以及生产成本等因素，在保证染色质量最优的前提下，氧化温度选用8℃。并以此为基础，将零件两端的公差在车削过程中差别0.005 mm，以保证氧化后尺寸的一致性。

后续加工了4批次170件，经检验，质量稳定，均满足设计要求。

4 结论

本文通过对导纸辊零件硬质阳极氧化着色后出现的质量问题，进行试验验证及分析得到以下结论。

1）通过保证阴、阳极输出环节的接触面洁净、并对位于零件内孔外的铝丝卡具部分外的卡具进行绝缘处理和设计新卡具实现内孔尺寸在线检测，将两端公差在车削过程中区分，可以解决导纸辊零件硬质阳极氧化后尺寸出现超差的问题。

2）导纸辊零件硬质阳极氧化后导电端内孔的平均膜层厚度小于自由端内孔的，并且随着氧化温度的降低，导电端和自由端内孔的平均长膜差距逐渐减小。

3）综合机加成本及设备功率消耗，导纸辊零件的最优氧化温度为8℃。