詳述：鋁合金硬質氧化

硬質氧化全稱硬質陽極氧化處理。鋁合金的硬質陽極氧化處理主要目的是，提高鋁及鋁合金的各種性能，包括耐蝕性、耐磨性、耐候性、絕緣性及吸附性等。它既適用于變形鋁合金，也可能用于壓鑄造鋁合金零部件。

硬質氧化與普通氧化的區別

1、厚度不同

硬質氧化比普通氧化厚度厚，一般普通氧化膜厚8-12um，硬質氧化膜厚一般50-100um。

2、硬度不同

硬度：普通氧化一般HV250-350，硬質氧化一般HV350-550。

3、溫度不同

普通18-22℃左右，有添加劑的可以到30℃，溫度過高易出現粉末或裂紋；硬質氧化一般在5℃及以下，相對來說溫度越低硬質越高。

氧化膜生成過程

在酸性溶液中，鋁陽極在外電流作用下氧化時，同時發生兩個過程：氧化膜的生成和氧化膜的溶解。只有當成膜的速度超過膜溶解的速度時，鋁表面才有氧化膜的實際存在。

槽液通電后，水首先被電解，因而在陽極上生成新生態氧。由于氧原子具有很強的活性，極易與鋁發生反應，在鋁件表面上生成三氧化二鋁膜層，在氧化膜形成的同時，由于溶液中酸（如硫酸）的作用，膜又不斷地被溶解。

三氧化二鋁是不導電的，氧化膜的形成后本會使鋁表面與溶液絕緣，導致電化學反應停止，但由于化學溶解作用，使氧化膜具有許多微孔，電解液可以滲入到鋁基體表面，因而，使氧化膜的形成與溶解反應不斷地進行。

但當氧化膜達到一定厚度時，表面不再生成氧化膜（原因：這層氧化膜不導電，但生成氧化膜必須要有電流，當氧化膜的厚度逐漸增加，其導電性越來越差，此時氧化膜的生成速度小于溶解速度，便不再繼續生成。

想要氧化膜繼續增加，有兩個核心因素：

1、增加電壓。硬質陽極氧化的初始電壓和時間對氧化膜質量也有很大影響。如果初始電壓過大，則會導致電流增加，焦耳熱和生成熱急劇增加，溶解速率急劇增加。氧化膜柔軟、無光澤、呈粉末狀且不耐磨。對于氧化處理時間，一般來說，氧化膜厚度隨氧化處理時間的延長而增加，但在一定時間后，如果施加的電壓不增加，氧化膜實際上不會增加。如果時間繼續延長，氧化膜硬度低，粉末疏松。相反，氧化處理時間太短，氧化膜厚度薄且不耐磨。

2、控制溫度。常規氧化一般在常溫下（20-25°C）進行。而硬質氧化的氧化溫度在≤5°C。冷卻設備使電解液強行降溫，攪拌是為了使整槽電解液溫度均勻，以利于獲得較高質量的硬質氧化膜。

硬質氧化特點：

1、成本高。由于其氧化需要更長的時間和更長的電壓，需要有一個單獨的氧化槽。硬質氧化的槽液有區別于普通氧化槽液，前者溫度更低、硫酸濃度更低。對于銅含量大于5%或硅含量大于8%的變形鋁合金，或者高硅的壓鑄造鋁合金，應考慮增加一些陽極氧化的特殊措施。例如：對于2XXX系鋁合金，為了避免鋁合金在陽極氧化過程中被燒損，可采用385g/L的硫酸加上15g/L草酸作為電解槽液，電流密度也應該提高到2.5A/dm以上。

2、溫度要求低。硬質氧化的氧化溫度要求≤5°C，因此進行硬質氧化需要配備一臺除冷機，以專門去降低它的溫度。如果溫度過高，溶液和電極會因焦耳效應而過熱。氧化膜溶解速度加快，硬度降低，表面粗糙、疏松、呈粉末狀。

工藝方法

硬質陽極氧化電解方法很多，例如：硫酸、草酸、丙二醇、磺基水楊酸及其它的無機鹽和有機酸等。所用電源可分為直流、交流，交直流疊加，脈沖及疊加脈沖電源等幾種，廣泛應用的有硫酸（草酸/混酸型）硬質陽極氧化法這三種硬質陽極氧化。

硬質陽極氧化的電解液時在-10℃～+5℃左右的溫度下電解。由于硬質陽極氧化所生成的氧化膜層具有較高的電阻，會直接影響到電流強度的氧化作用。

硫酸/草酸硬質氧化與普通陽極氧化無本質差異，混酸型硬質氧化存在以下附加反應：

1 .陰極反應：4H+ +4e=2H2↑

2. 陽極反應：4OH－－4e=2H2O+O2↑

3. 鋁氧化：陽極上析出的氧呈原子狀態,比分子狀態的氧更為活潑，更易與鋁起反應：2Al+3O→Al2O3

4 .氧化于陽極膜溶解的動平衡： 氧化膜隨著通電時間的增加，電流增大而促使氧化膜增厚。與此同時，由于（Al2O3）的化學性質有兩重性，在硫酸溶液中氧化膜液發生溶解，只有氧化膜的生成速度大于溶解速度，氧化膜才有可能增厚。當氧化速度過分大于溶解速度時，鋁和鋁合金制件表面易生成帶粉狀的氧化膜。

硬質氧化影響因素

鋁合金表面是否能生成優質的硬質氧化膜層，關鍵取決于電解液濃度和溫度。

1、濃度

采用硫酸電解液進行硬質陽極氧化時，一般在10%～30%濃度范圍內，濃度低時，氧化膜硬度高，特別是純鋁比較明顯，但對銅含量較高的鋁合金（CY12）例外。因為含銅量較高的鋁合金易生成CuAl2的化合物，這種化合物在氧化時溶解速度較快，極易燒毀鋁零件。所以一般不適合用低濃度的硫酸電解液，必須在高濃度（H2SO4在 300～400g/L）中進行氧化處理或采用交直流電疊加法處理。

2、溫度

電解液溫度對氧化膜的耐磨性影響極大，溫度下降，鋁合金的陽極氧化膜耐磨性能增高，這是由于電解液對于膜的溶解速度下降所造成的，為了獲得較高硬度的氧化膜。我們要掌握溫度在±2℃范圍內進行硬質陽極氧化處理為好。