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摘要：本文针对国外成熟的无染色硫酸阳极化工艺，结合公司实际生产的情况，通过研究材料及酸洗特点，进行改进工艺可行性研究，制定出一套可行、简易、安全的优化工艺方案，并通过试验进行工艺稳定性和可行性验证，对比分析优化工艺前后对阳极化膜的外观、厚度、耐蚀性以及膜重等性能的影响，最终获得工艺改进方案。
关键词：铝及铝合金，阳极氧化，工艺优化
1 概述
铝及铝合金阳极氧化后，其耐蚀性、硬度、耐磨性及绝缘性均有很大的提高，氧化膜用热水密封后，能进一步提高其耐蚀性和耐磨性，因此在航空发动机领域有着广泛的应用。
本文将现场材料为AMS4027的铝合金进气盘，对国外客户批准的硫酸阳极化工艺进行研究分析，提出了优化改进的工艺方案，通过实验及性能测试，验证了方案的可行性及稳定性。
2 改进方案
2.1进气盘材料介绍
进气盘，材料AMS4027；盐雾试片：铝合金板，材料2024-T3，尺寸：3 x 10 x（0.025~0.063）inch min；膜重试片：铝合金板，材料2024-T3，尺寸：3 x 3 x（0.025~0.063）inch min。
表1 AMS4027的成分组成
2.2改进思路和方案
2.2.1优化前后硫酸阳极化工艺流程
国外无染色硫酸阳极化成熟工艺主要流程：①除油—②三酸脱氧—③硝酸除挂灰—④水膜检查—⑤硫酸阳极化—⑥封闭—⑦检验。实际实施时，由于现场阳极化生产线布置除挂灰槽在三酸脱氧槽前，加工时易导致槽液交叉污染；且导致零件周转次数多、成本高等弊端。
2.2.2优化改进思路和方案
通过分析该零件的材料特点及硫酸阳极化工艺特点，零件材料AMS4027，经热处理至T6状态，通常情况下经酸洗后容易产生挂灰的是硅元素，考虑到氧化硅的特殊性质，其能溶于氢氟酸（HF），但不易溶于硝酸，所以理论分析三酸脱氧（含HF）的过程中已除去硅元素，而后的硝酸作用有限，认为省去除挂灰工步，硫酸阳极化工艺依然可以满足客户的验收要求。
2.2.3改进后方案
优化后硫酸阳极化工艺主要工步为：①除油—②三酸脱氧—③水膜检查—④硫酸阳极化—⑤封闭—⑥检验。
3试验验证方法
3.1硫酸阳极化前处理
原硫酸阳极化工艺前处理为：丙酮除油，三酸脱氧以及除挂灰。优化后，硫酸阳极化前处理为：丙酮除油，三酸脱氧。前处理的目的是得到洁净的适于表面处理的活性铝基体表面，同时要保证阳极化前水膜连续（10~30）s。
3.2硫酸阳极化
将试片和试验件放入一定浓度的硫酸、铝离子和氯离子的硫酸阳极化溶液中，溶液温度为（18~24）℃，将电压从0升到20±2v后，保持（30~35）min。
3.3阳极化性能评价
一般情况下，阳极化膜的外观和膜厚是验收试验，盐雾和膜重试验为定期试验，本文用加工的试验件评价外观和膜厚，用试片评价盐雾和膜重。
3.3.1阳极化膜外观
阳极化膜层应外观连续、光滑、附着力好，且均匀，无粉化区域、松散膜层、如破裂或划痕之类的不连续（除接触点外）以及其它有害膜层寿命的损伤或缺陷。
3.3.2膜层厚度
用型号为TT260的测厚仪，将探针置于待测表面，在不同的位置取点，至少取6个读数，最后算出平均值。膜层厚度应在5-15μm的范围内。
3.3.3耐蚀性试验
成膜处理的试片放入型号为亚特拉斯SF850盐雾箱中，试验温度为35±2℃，盐水溶液是含（5±1）%NaCl的中性水溶液（雾化后PH 为6.5~7.2），喷雾量为（1.0~2.0）ml/（h•80cm2），保持336h。
3.3.4膜重试验
将试样用烘箱烘干，温度93±6℃，时间（30~50）min。试样从烘箱取出后放入干燥器中冷至室温（时间约30min），用电子天平称量试样的重量M0，精确到1毫克。将试样浸泡在沸腾的铬酐-磷酸试验溶液中加热，溶解膜层5min取出，用去离子水清洗干净，重复烘干—溶解，直到称重值M不再变化，表示膜层完全去除。
4实验结果与分析
4.1对试验件外观的影响
两种不同加工流程下，比较试验件膜层外观，外观显示膜层均均匀一致，颜色深浅无变化，因此硫酸阳极化工艺改进后对硫酸阳极化膜层外观无影响。
4.2对试验件厚度的影响
按照两种不同加工流程分别加工6组试验件，改进前试验件编号为A1~A6，改进后试验件编号为B1~B6，阳极化膜层厚度见表2。
表2 两种不同加工流程下试验件膜层厚度
由表可见，优化工艺后，零件的膜层厚度与原工艺相比无差异，且膜层厚度均能满足要求。
4.3 对试片耐蚀性的影响
每组试验加工5个试片，放置盐雾箱336小时后，在总面积约为150平方英寸（968cm2）的试验区域内，出现分散斑点或麻点的总数不应超过15个，在总面积为30平方英寸（194 cm2）的试验区域内，分散的斑点或麻点不应超过5个，每个斑点或麻点直径不大于1/32英寸（0.8mm），否则为不合格。
在两种不同的加工流程下，分别加工六组试片，盐雾后的外观比较见图1。
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改进前工艺加工 改进后工艺加工
图1两种不同加工流程下，试片盐雾后外观对比
由图1可见，优化后工艺加工的试片，盐雾后外观颜色无差异，且盐雾结果能达到336小时的性能要求。
4.4对试片膜重的影响
未封闭的试片膜重应不低于6.5 g/m2，每组试验加工3个试片，每个试片均应满足要求，三个试片膜重的平均值为每组试验的膜重值。
在不同的加工流程下，分别加工六组试片，改进前试片编号分别为C1~C6，改进后试片编号分别为D1~D6，膜重试验结果见表3。
表3 两种不同加工流程下试片的膜重
由表可见，优化前后工艺加工的试片，膜重基本无差异，且均满足不低于6.5 g/m2的要求，即膜重性能测试合格。
5结论
通过实验证明，优化后工艺加工零件的膜层外观和厚度与原工艺相比无明显差异，均可满足生产要求，且性能测试均合格。故可采用优化工艺生产加工。改进后的工艺存在以下优点：
（1）除挂灰工步一般所用溶液为浓酸，去除此工步及相应的水洗工步后，能有效降低零件的生产成本，同时减少了酸对环境的污染且提高了生产过程的安全性。
（2）去除除挂灰及相应的冷水洗工步也相应缩短了零件加工的周期，提高生产的效率。
（3）针对材料为AMS4027的铝合金零件进行硫酸阳极化，可按照优化后的工艺进行，本次通过理论分析与试验验证的意义还在于举一反三，其他类似材料的零件进行阳极化加工时，可参考此工艺进行试验，另外对于国外成熟的其他工艺方案，要敢于突破，可通过独创的试验验证，研究出简易、安全、稳定的新工艺方案。
参考文献：
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