5A06 铝合金阳极氧化的研究及应用

苗子羽 何广杰

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Al-Mg 合金具备较好的强度和抗冲击性能，在航空航天及电子汽车产品中应用广泛。但同其他铝合金存在一个共同的问题：基体不能满足航空航天产品对零件耐蚀性的考核要求，故针对于腐蚀与耐蚀性，需要进行深入的研究分析。

5A06 铝板为Al-Mg 系防锈铝，5A06 铝板具有较高的强度和腐蚀稳定性， 在退火和挤压状态下塑性尚好，但该材料在用于航空航天零部件时，一般需要对其进行表面处理，才能够满足产品的耐腐蚀性要求。阳极氧化是铝合金材料最常用的表面处理方式，但按照目前常用的Al-Cu 合金（2A12）阳极氧化工艺参数对5A06 材料进行处理时，会对处理后的零件尺寸造成较大影响，造成精密零部件后续无法正常装配的问题。

目前针对Al-Cu合金（如2A12）阳极氧化处理的工艺研究较多，实际生产质量稳定，本文结合5A06 材料与2A12 材料阳极氧化后的厚度差异，再进行工艺参数对比，重新摸索，制定出适合5A06材料阳极氧化的工艺参数，以解决表面处理后无法满足尺寸要求的问题。

1 试验方案

1.1 材料为2A12 阳极氧化的工艺参数及其在5A06 材料上的试验

影响零件氧化膜的厚度的工艺参数为：氧化温度、氧化槽硫酸含量、氧化时间、氧化电压，而影响零件尺寸的因素为：膜厚、前处理去除量[1]。

铝合金材料通用工艺参数为：槽液温度13-25℃，硫酸含量180-200g/L，氧化时间20-40min，氧化电压16-18V，碱腐蚀时间≤1min。

2A12 材料阳极氧化过程常用工艺参数为：槽液温度18-19℃，硫酸含量185-195g/L，氧化时间33min，氧化电压17V，碱腐蚀时间15-30s。

经上述参数的2A12 材料阳极氧化后， 氧化膜厚度约为8-12μm，碱腐蚀去除量与尺寸增长量抵消后对尺寸影响不超过5μm。

将上述参数直接应用于5A06 材料进行阳极氧化后，氧化膜厚度为45．2μm，碱腐蚀去除量无法抵消氧化膜层的增长，经测量，阳极氧化后试样尺寸增加40μm。

在工艺条件相同的情况下，两种材料阳极氧化膜层厚度出现较大差异，5A06 材料氧化膜厚度远大于2A12，这是由于5A06 材料中含有镁，镁的活泼性高于铝，在氧化过程中，先进行溶解反应，故其成膜速度更快，导致其膜层更厚，故需要对5A06 材料的氧化参数进行进一步摸索试验。

1.2 试验方案设计

由于碱腐蚀时间、硫酸含量控制相对范围较小，故针对温度、氧化时间、氧化电压进行正交试验摸索，因氧化温度、时间、电压参数与氧化膜厚度均为正相关的关系，故设置为中下限正交方案8组。具体方案如下：

A 组：氧化温度14℃，氧化时间33min，氧化电压17V；B 组氧化温度14℃，氧化时间33min，氧化电压13V；C 组：氧化温度14℃，氧化时间20min，氧化电压17V；D 组：氧化温度14℃，氧化时间20min，氧化电压13V；E 组：氧化温度18℃，氧化时间33min，氧化电压17V；F 组：氧化温度18℃，氧化时间33min，氧化电压13V；G 组：氧化温度18℃，氧化时间20min，氧化电压17V；H 组：氧化温度18℃，氧化时间20min，氧化电压13V。

2 试验结果与分析

2.1 试验结果

采用恒压输出，按照各组指定方案对试样进行阳极氧化，氧化完成后，使用Minitest4100 涡流测厚仪进行膜层厚度检测，使用外径千分尺进行尺寸测量。试验结果如下：A 组：腐蚀尺寸5μm，膜层厚度32．2μm，最终尺寸增加25μm；B 组：腐蚀尺寸5μm，膜层厚度22．2μm，最终尺寸增加15μm；C 组：腐蚀尺寸5μm，膜层厚度18．6μm，最终尺寸增加12μm；D 组：腐蚀尺寸6μm，膜层厚度5．1μm，最终尺寸增加2μm；E 组：腐蚀尺寸5μm，膜层厚度45．2μm，最终尺寸增加40μm；F 组：腐蚀尺寸6μm，膜层厚度34μm，最终尺寸增加36μm；G 组：腐蚀尺寸5μm，膜层厚度26．2μm，最终尺寸增加20μm；H 组：腐蚀尺寸4μm，膜层厚度10．1μm，最终尺寸增加3μm。

2.2 数据分析

从试验结果得到的数据可以看出，氧化温度、氧化时间、氧化电压三个参数均对氧化膜的膜层厚度起到重要的影响，关系为正相关；当氧化温度、氧化时间、氧化电压均处于下限（D 组）时，膜层厚度与常规2A12 按照实际常用参数时一致，且对尺寸的影响在5μm 以内，可以忽略，不会影响产品的实际尺寸；

当氧化温度处于中限、氧化时间、氧化电压均处于下限（H 组）时，膜层厚度与常规2A12 按照实际常用参数时一致，且对尺寸的影响在5μm 以内，可以忽略，不会影响产品的实际尺寸；

经过对阳极氧化后的试样按照HB5820．12 进行中性盐雾试验336 小时，均未出现锈蚀，故上述参数下零件阳极氧化后耐蚀性合格[2]。结合实验数据与理论分析，同时考虑到在进行实际生产过程中可能存在的一槽多用情况，可选取H 组参数数据作为后续工艺参数控制参考，即氧化温度18±1℃，氧化时间20±1min，氧化电压13±1V。

3 结语

2A12材料与5A06材料阳极氧化过程膜层增长速度差异较大，5A06 材料阳极氧化过程膜层增长速度快，氧化温度、氧化时间、氧化电压均对氧化膜层的增长起到重要影响作用，关系均为正相关，氧化温度18±1℃，氧化时间20±1min，氧化电压13±1V 参数作为后续5A06 材料阳极氧化工艺控制参数，可以解决阳极氧化对产品尺寸影响过大的问题，同时获得耐蚀性合格的阳极氧化膜。