硬质阳极氧化是一种厚膜阳极氧化法，这是一种铝和铝合金特殊的阳极氧化表 面处理工艺。此种工艺，所制得的阳极氧化膜最大厚度可达 250 微米左右，在 纯铝上能获得 氧气止回阀1500kg/mm2 的显微硬度氧化膜，而在铝合金上则可获得 400〜600kg/mm2的显微硬度氧化膜。其硬度值，氧化膜内层大于外层，即阻 挡层大于带有孔隙的氧化膜层，因氧化膜内有松孔，可吸附各种润滑剂，增加 了减摩能力，氧化膜层导热性很差，其熔点为 2050 C,电阻系数较大，经封闭 处理（浸绝缘物或石蜡）击穿电压可达 2000V，在大气中较高的抗蚀能力，具 有很高的耐磨性，也是一种理想的隔热膜层，也有良好的绝缘性，并具有与基 体金属结合得很牢固等一系列优点，因此在国防工业和机械零件制造工业上获 得及其广泛的应用。主要应用于要求高耐磨、耐热、绝缘性能好等的铝和铝合 金零件上。如各种作为圆筒的内壁，活塞、汽塞、汽缸、轴承、飞机货舱的地 板、滚棒和导轨、水利设备、蒸汽叶轮、适平机、齿轮和缓冲垫等零件。用硬 质氧化工艺来代替传统的镀硬铬镀层，与硬铬工艺相比它具有成本低，膜层结 合牢固，镀液，清洗废液处理方便等优点。但此工艺所得膜层的缺点是膜层厚 度较大时，对铝和铝合金的机械疲劳强度指标有所影响。金玻璃
硬质阳极氧化电解方法很多，例如：硫酸、草酸、丙二醇、磺基水杨酸及其 它的无机盐和有机酸等。所用电源可分为直流、交流和交直流叠加电源等几种， 目前广泛应用的有下列两种硬质阳极氧化。
（ 1）硫酸硬质阳极氧化直流法；
（ 2）草酸硬质阳极氧化交直流重选法。
其中，硫酸法是目前得到较广泛应用的一种硬质氧化法。
1硬质阳极氧化原理
铝合金硬质阳极氧化原理，就是在电场的作用下，加速铝合金表面氧化膜的形 成即用铅板作阴极，铝合金制作阳极，稀硫酸溶液作电解液，当通过直流电时， H+ 便向阴极移动，产生阴极反应： 4H2+4e=2H2T
而 OH- 便向阳极运动产生阳极反应：
4OH ―― 4e=2H2O+2Ct
当在阳极上失去多余的电子，所析出的氧呈原子状态 ,由于原子状态的氧要比分 子状态的氧更为活泼，更易与铝起反应：
2A1+3S A12O3
上述—反应在铝和铝合金制件表面是均匀地，同时进行地
氧化膜随着通电时间的增加，电流增大而促使氧化膜增厚。与此同时，由于 (Al2O3 )的化学性质有两重性，即它在酸性溶液中呈碱性氧化物，在碱性溶 液中呈酸性氧化物。无疑在硫酸溶液中氧化膜液发生溶解，只有氧化膜的生成 速度大于它的溶解速度，氧化膜才有可能增厚，当溶解速度与生成速度相等时， 氧化膜不再增厚。当氧化速度过分大于溶解速度时，铝和铝合金制件表面易生 成带粉状的氧化膜。
硬质阳极氧化的电解液时在-10 °C〜+5 °C左右的温度下电解。由于硬质阳极 氧化所生成的氧化膜层具有较高的电阻，会直接影响到电流强度的氧化作用。 为了取得较厚的氧化膜，势必要增加外电压，其目的是为了消除电阻大的影响， 而使电流密度保持一定，但电
流较大时会产生激烈的发热现象，加上生成氧化 膜时会放出大量的热量，使零件周围电解液温度剧烈上升，温度上升将会加速 氧化膜的溶解，使氧化膜无法变厚。另外，发热现象在膜层与金属的接触处最 严重，如不及时解决，加工零件的局部表面会因温度上升而被烧坏。
解决办法，就是采用冷却设备和搅拌相结合。冷却设备使电解液强行降温，搅 拌是为了使整槽电解液温度均匀，以利于获得较高质量的硬质氧化膜。
2硬质阳极氧化法工艺要求
为了得到质量较好的硬质阳极氧化膜，并能保证零件所需要尺寸，必须按下列 要求来进行加工。
2.1锐角倒圆
被加工零件不允许有锐角、毛刺以及其它各种尖锐的有棱角的地方因为硬质氧
化，一般阳极氧化时间均是很长的，而且氧化过程(A1+02>A12O3+ Q )本
身就是一个放热反应。又由于一般零件棱角的地方往往又是电流较为集中的部 位所以这些部位最易引起零件的局部过热，使零件被烧伤。因此铝和铝合金所 有棱角均应进行倒角处理，并且倒角 y 圆半径不应小于 0.5 毫米。
2.2表面光洁度
硬质阳极氧化后，零件表面的光洁度是有所改变的，对于较粗糙的表面来说， 经此处理后可以显得比原来平整一些，而对于原始光洁度较高的零件来说，往 往经过此种处理后，显示的表面光洁光亮度反而有所降低，降低的幅度在 1〜2 级左右。
2.3零件尺寸的余量
因硬质氧化膜的厚度较高，所以如需要进一步加工的铝零件或以后需要装配的 零件，应事先留有一定的加工余量，及指定装夹部位。
因硬质阳极氧化时，要改变零件尺寸，故在机械加工时，要事先预测，氧化膜 的可能厚度和尺寸公差，而后在确定阳极氧化前的零件实际尺寸，以便处理后， 符合规定的公差范围。
一般来说，零件增加的尺寸大致为生成氧化膜厚度的一半左右。
2.4 专用夹具
因硬质阳极氧化的零件在氧化过程中，要承受很高的电压和较高的电流，一定
要使夹具和零件能保持极良好的接触，否则将因接触不良而造成击穿或烧伤零
件接触部位的毛病。所以要求对不同形状的零件，以及零件氧化后的具体要求 来设计和制造专用夹具。
2.5 局部保护
如在同一个零件上，既有普通阳极氧化又要有硬质阳极氧化的部位因根据零件 的光洁度和精密度来安排具体工序。通常首先进行普通的阳极氧化，在进行硬 质阳极氧化，把不需要进行硬质阳极氧化的表面加以绝缘，绝缘的方法有用喷 或毛刷，将以配制好硝基胶或过氢乙烯胶涂抹于不需要处理的表面，绝缘层 要涂的薄而均匀，每涂一层应在低温下干燥 30〜60分钟共涂2〜4层即可。绝
缘胶的配制：
（1）硝基液（ Q98 －1）5 份，红硝基液（ Q04－3）1 份（其中红硝
基液可用少量甲基红来代替） ，用 X－1 接地变稀释剂稀释到工业粘度，刷涂为 60丝绵机〜80s，喷涂为20〜30s ,（用四号粘度剂）。
（2）过氯乙烯胶液（ G98－1） 100 克，红过氯乙烯防腐液（ G52－1）
15〜20g,稀释剂用X - 3调到适当粘度，一般为刷涂或浸涂。
（3）聚乙烯醇 100 克，香蕉水 500cc 。配制法：将聚乙烯醇溶解到香蕉水中， 成胶液状，刷涂于零件上需要绝缘的部位，室温固化，大约 4 小时，如在 60〜70C下烘干、30分钟即可。
3硬质氧化工艺流程
铝零件 化学除油（也可用超声波除油） 清洗 硬质阳极氧化处理 闭 成品
4硫酸法硬质阳极氧化的电解液配方及操作规范（见表 1）
4.1工艺配方 表1
名称
桩基泥浆比重
配方 1
配方 2
配方 3
硫酸 D=1.84/ (g / L)
200〜300
15%
10%
温度疋
0.5〜 5
20〜 25
25〜 100
槽端电压/V
40〜 90
25〜 60L
由 40〜120L
-8〜 10
0
-5〜 5
时间/h
2〜 2.5
2
2
搅拌
需空气搅拌 需空气搅伴 需空气搅伴
4.2操作方法
(1)首先打开降温设备，将电解液温度降低到工艺所规定的温度范围内，阴极 挂铅版，然后把装挂好的零件放置在阳极导电杠上卡紧，零件与零件之间，零 件与阴极之间一定要保持
较大的距离，绝对不能接触。打开压缩空气电解液搅 拌(注意：压缩空气一定要进行除油处理) 。
(2)送以直流电源，开始的电流密度一般为 金刚石磨头0.5A/dm2,在25分内分5〜8次逐 步升高到2.5 A/dm2。以后保持电流密度2.5 A/dm2,均每隔5分钟，调查一次 电流开始电压为8〜12V，最终电压可根据膜层的厚度和材料不同而定。
(3)在硬质阳极氧化过程中，须经常注意电压和电流表，如发现有电流突然增 加，电压下降的现象，这说明零件膜层局部已溶解，应立即关闭电源，检查并 取出溶解的零件，其它零件可继续进行氧化处理，电流可一次给足。
4.3各种因素对氧化膜硬度和生长速度的影响
铝和铝合金表面上能否生成优质的硬质氧化膜层，主要取决于电解液的成份浓 度，温度，电流密度，及其原材料的成分。
4.3.1电解液的浓度
采用硫酸电解液进行硬质阳极氧化时，一般在 10％〜30％浓度范围内，浓度低 时，氧化膜硬度高，特别是纯铝比较明显，但对铜含量较高的铝合金( CY12) 例外。因为含铜量较高的铝合金易生成 CuAl2 的化合物，这种化合物在氧化时 溶解速度较快，极易烧毁铝零件。所以一般不适合用低浓度的硫酸电解液，必 须在高浓度(H2SO4在300〜400g/L )中进行氧化处理或采用交直流电叠加 法处理。
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