7系铝材硬质阳极氧化的研究

大学生方程式赛车上为了轻量化使用轻质材料7系铝合金材料（尤其以7075和7050为主），7075铝合金是一种冷处理锻压合金，强度高，远胜于软钢。7075是商用最强力合金之一。7075铝合金结构紧密，耐腐蚀效果强，良好机械性能及阳极反应。细小晶粒使得深度钻孔性能更好，工具耐磨性增强，螺纹滚制更与众不同。

但是铝合金表面硬度低，不耐磨，其应用范围受到一定限制，对铝合金进行硬质阳极氧化（阳极硬化）处理，可以获得与基体结合力好、具有一定厚度的膜层，能使用在铝制传动花键、轴承安装位置、螺纹紧固处等部位。（当然规则对某些部位的铝合金件也做了阳极硬化的要求，有人说做了没必要或者做了其他的比如镀硬铬等呵呵，其实阳极硬化的实用性和功能性的优势和必要性还是显而易见的）

根据调研和实验，7系铝合金在做完阳极硬化后，氧化膜厚度可为30μm-50μm，硬度为50-55HRC，可使铝材满足花键要求。（电解液为草酸，直流，电解温度0度以下，氧化颜色为带有金属光泽枯草黄绿色--屎黄色）

能做这项工作的工厂少之又少，这项技术会的技术人员更是稀少，小弟不才，在前辈和队友努力下，找到一家为出口活塞和核电设备做氧化的厂家，最终还是成功做了硬质氧化的铝制花键，其中曲折不多说，说一下具体步骤和注意事项吧。

氧化前的准备：

1，氧化要在完成所有机加工之后成品之前做

2，有条件最好做一下金相分析，确定材料真假，或者让供应商提供成分报告（据本人调研国内南平铝和西南铝还是不错的，货单上会提供这份报告）被某些材料供应商提供的假铝材坑到哭，成分不明确，烧蚀了我第一个做的最完美的加工件（因为不同系列铝材电解液配比不同，而且两种不同系列材料在一电解池中氧化肯定会发生烧蚀）

氧化过程：

1，首先要酸洗，这里要注意，酸洗之前一定要明白之前做没做过放电类的加工，比如说电火花放电加工花键，线切割加工等，如果有加工表面也会形成一层坚硬的氧化膜（是不是氧化铝没研究），酸洗一定要把这层膜腐蚀掉，否则这部分不导电不会被附上氧化膜，但是这样会影响工件的表面光滑度和亮泽，使工件发暗。为了使表面平整光亮，达到德雷克斯勒差速器壳的效果，我用抛光磨片加抛光蜡打磨了一次，但结果却呵呵，后来跟专家了解到，金属加工表面是物理平整，就是凸凹抚平的感 觉，氧化中会使其暴露，想要镜面效果只能通过化学抛光，用硝酸等化学试剂对加工表面处理再去氧化会得到镜面效果，因为这项工艺会对周围环境污染极大，极少有做的，所以处女座的朋友可以试试。

2，注意计算好工件表面积，这会和通电电流有一定比例关系，还有草酸含量也有关，否则会出现上膜慢，膜层较薄等问题，当然也和电解液有一定关系，我这边厂家只能做草酸的

3，电解过程中切勿频繁取出查看膜的厚度，会发生再次放入氧化池不反应的问题

4，注意控制好电流，过大会烧蚀，过小不反应

5，达到膜厚要求后取出后颜色会较重，用水清洗后，光泽十分好，水层干了之后会变暗，应该是正常反应，刚做出来那个亮啊

6，用测膜厚仪器多测几个点，我要求做到50丝硬度50多度（1丝,=0.01毫米=10微米），在因为材料失败过一次之后，第二次完美成功。测硬度，简单点可以用钥匙，钥匙不会在上面留下划痕的，氧化之前则不然。

注意氧化后就尽量不要再加工了，铝花键经过氧化之后更加放心，而且材料用的更极限，体积更小质量更轻，我做的差速器壳总重0.9KG，加上CUSCO差速器一共重2.5KG。

附上7系铝材的物理和化学成分，希望你们做金相实验和分析的时候能用得到

7075铝合金物理特：

性抗拉强度：524Mpa

0.2%屈服强度：455Mpa

伸长率：11%

弹性模量E：71GPa

硬度：150HB

密度：2.81g/cm^3

抗拉强度 σb (MPa)：≥560

伸长应力 σp0.2 (MPa)：≥495

伸长率 δ5 (%)：≥6

7075铝合金化学组成：

硅Si：0.40

铁Fe: 0.50

铜Cu：1.2-2.0

锰Mn：0.30

镁Mg：2.1-2.9

铬Cr：0.18-0.28

锌Zn：5.1-6.1

钛Ti：0.20

铝Al：余量

其他： 单个：0.05 合计：0.15

7050铝合金化学成分：

铝(Al) 余量

铬(Cr)≤0.04

锆(Zr)0.08～0.15

锌(Zn)5.7～6.7

硅(Si)≤0.12

铁(Fe)0.000～0.150

锰(Mn)≤0.10

镁(Mg)1.9～2.6

钛(Ti)≤0.06

铜(Cu)2.0～2.6

（区分2系与7系主要金属看锌和镁，7系之间区分看铜和锌含量）

6063铝合金

T1处理的屈服强度：90MPa，硬度：42HB

T5处理的屈服强度：175MPa，硬度：60HB

T6处理的屈服强度：210MPa，硬度：73HB

T832处理的屈服强度：240MPa，硬度：95HB

10HW对应的强度大致是120MPa，13HW对应的强度大致是270MPa。这个HW对应强度是外推的，所以只能做参考。