阅读说明：本技术 一种铝合金硬质阳极氧化装置及方法 (Aluminum alloy hard anodic oxidation device and method ) 是由 阳建君 范才河 雷新蕾 孙斌 吴艳辉 欧玲 王博文 于 2019-10-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种铝合金硬质阳极氧化装置及方法,所述铝合金硬质阳极氧化装置包括控温保温系统,阳极氧化系统和辅助控制系统和电源；所述控温保温系统包括装有冷却介质的真空保温容器,所述真空保温容器中设有冷却铜管,所述阳极氧化系统安装在真空保温容器内,所述阳极氧化装置包括电解槽,所述电解槽内设有阴极板和阳极挂具；所述辅助控制系统设置在阴极板和阳极挂具之间,所述辅助控制系统包括L型支撑架,所述L型支撑架包括相互垂直的竖板和横板,所述竖板固定在电解槽上,所述横板上安装有搅拌装置和温度传感器；所述电源为可调式恒流恒压电源。利用本发明进行阳极氧化能及时散热冷却,降低阳极氧化过程中高温对氧化膜性能的不良影响。(The invention discloses an aluminum alloy hard anodizing device and a method, wherein the aluminum alloy hard anodizing device comprises a temperature control and heat preservation system, an anodizing system, an auxiliary control system and a power supply; the temperature control and heat preservation system comprises a vacuum heat preservation container filled with a cooling medium, a cooling copper pipe is arranged in the vacuum heat preservation container, the anodic oxidation system is arranged in the vacuum heat preservation container, the anodic oxidation device comprises an electrolytic bath, and a negative plate and an anode hanger are arranged in the electrolytic bath; the auxiliary control system is arranged between the cathode plate and the anode hanger and comprises an L-shaped support frame, the L-shaped support frame comprises a vertical plate and a transverse plate which are perpendicular to each other, the vertical plate is fixed on the electrolytic bath, and a stirring device and a temperature sensor are arranged on the transverse plate; the power supply is an adjustable constant-current constant-voltage power supply. The invention can dissipate heat and cool in time when used for anodic oxidation, and reduce the adverse effect of high temperature on the performance of the oxide film in the anodic oxidation process.)

一种铝合金硬质阳极氧化装置及方法

技术领域

本发明涉及铝合金阳极氧化技术领域，更具体地，涉及一种铝合金硬质阳极氧化装置及方法。

背景技术

铝合金材料以密度小、韧性强、可焊接、易成型加工等性能特点。但是铝合金质轻柔软，硬度低，耐腐蚀性能差，熔点低等缺点在工业中饱受诟病。因此，为了提高铝合金表面硬度，耐腐蚀性能以及熔点等，必须对铝合金进行表面处理，而阳极氧化是铝及铝合金最常用的表面处理手段。以铝合金制品为阳极置于电解质溶液中，利用电解作用，使其表面形成质密氧化铝薄膜的过程，称为铝合金的阳极氧化处理。经过阳极氧化处理的铝合金产品称为铝合金阳极产品。

铝合金阳极氧化在其表面镀一层阳极氧化膜，可以大幅度提高其表面性能。然而阳极氧化过程是一个大量放热的过程，在传统的装置中，阳极氧化过程在常温下进行，随着反应过程的进行，温度逐渐升高，温度过高会使氧化膜空隙增加，甚至溶解，成膜效果差。

在铝合金的阳极氧化过程中，电流通过电池或电解池时，整个电极过程为电解质的扩散和对流等过程所控制，在两极附近的电解质浓度与溶液本体就有差异，电解质浓度不均匀，使阳极和阴极的电极电位与平衡电极电位发生偏离，产生浓差极化现象。浓差极化会导致阳极氧化能耗增加，同时导致溶液温度升高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种铝合金硬质阳极氧化装置，通过降低阳极氧化过程中的反应温度，提高了氧化膜的硬度、厚度和耐腐蚀性。

本发明的另一目的在于提供上述铝合金硬质阳极氧化装置的方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种铝合金硬质阳极氧化装置，包括控温保温系统，阳极氧化系统和辅助控制系统和电源；

所述控温保温系统包括装有冷却介质的真空保温容器，所述真空保温容器中设有冷却铜管，所述冷却铜管内装有制冷剂，所述冷却铜管的进水口和出水口与压缩机连接，所述压缩机上装有温控装置；

所述阳极氧化系统安装在真空保温容器内，所述阳极氧化装置包括电解槽，所述电解槽内设有阴极板，所述电解槽上方设有不锈钢定位棒，所述不锈钢定位棒上悬挂有阳极挂具，所述阳极挂具为钛合金卡槽或钛合金夹具；

所述辅助控制系统设置在阴极板和阳极挂具之间，所述辅助控制系统包括L型支撑架，所述L型支撑架包括相互垂直的竖板和横板，所述竖板固定在电解槽上，所述横板位于电解槽上方，所述横板上安装有搅拌装置和温度传感器；

所述电源为可调式恒流恒压电源，所述电源的正负极分别与不锈钢定位棒和阴极板连接。

进一步地，所述冷却铜管环绕设置在真空保温容器内壁上。

进一步地，所述压缩机为活塞压缩机、螺杆压缩机、离心压缩机的任意一种。

进一步地，所述不锈钢定位棒横跨电解槽槽口，所述电解槽槽口上设有导轨，所述不锈钢定位棒上设有滑块，所述滑块可在导轨内滑动。

进一步地，所述导轨上标有刻度。

进一步地，所述阴极板两侧设有凸起，所述电解槽上设有对应的缺口，所述凸起与缺口相配合固定阴极板。

进一步地，所述搅拌装置为螺旋桨。

进一步地，所述真空保温容器为不锈钢材质，包括外壳和内壳，所述外壳和内壳之间设有真空内腔。

进一步地，所述电解槽为塑料材质。

一种利用所述铝合金硬质阳极氧化装置的铝合金阳极氧化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.预处理：对待处理铝合金样品与阴极板进行超声波清洗、干燥处理，将铝合金样品和阴极板分别固定在阳极挂具和电解槽中，所述铝合金样品和阴极板的距离为10±2cm；

S2.降温：向反应槽中注入电解液，开启压缩机将电解液冷却至-10～-5℃；

S3.阳极氧化：开启搅拌装置和电源进行阳极氧化，阳极氧化时间为25～65min；

S4.封孔：采用沸腾去离子水对阳极氧化后的铝合金样品进行封孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明将电解槽安装在真空保温容器内，在真空保温容器设置冷却铜管吸热为阳极氧化装置提供低温环境，能及时对阳极氧化溶液进行散热冷却，消除氧化过程中高温对氧化膜性能的不良影响，氧化膜成膜致密，空隙分布均匀。

本发明通过采用不锈钢定位棒悬挂阳极夹具，不锈钢定位棒可以在电解槽槽口的导轨上来回移动，进而调整阳极夹具上铝合金样品和阴极板之间的距离，达到控制装置阻抗的目的。

本发明在阳极挂具和阴极板之间设置搅拌机构，加快了阳极氧化溶液和冷却铜管的热交换速率，还能使电解质在阳极氧化过程中保持成分均匀，从而使铝合金样品均匀成膜，提高了氧化膜的厚度、硬度和耐腐蚀性能。

附图说明

图1为实施例1中的铝合金硬质阳极氧化装置的结构示意图；

图2为实施例2制备的铝合金氧化膜金相图；

图3为实施例3制备的铝合金氧化膜金相图；

图4为实施例4制备的铝合金氧化膜金相图；

图5为实施例5制备的铝合金氧化膜金相图；

图6为实施例6制备的铝合金氧化膜金相图；

其中，1为铝合金样品，2为冷却铜管，3为电解槽，4为钛合金卡槽，5为不锈定位棒，6为搅拌装置，7为L型支撑架，8为温度传感器，9为阴极铅板，10为真空保温容器，11为冷却介质，12为电源。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种铝合金硬质阳极氧化装置，包括控温保温系统，阳极氧化系统和辅助控制系统和电源。控温保温系统包括真空保温容器10，真空保温容器10为不锈钢材质，真空保温容器包括外壳和内壳，在外壳和内壳之间设有真空内腔，起到保温效果。在真空保温容器10内设有冷却铜管2，冷却铜管2环绕设置在真空保温容器10内壁上。冷却铜管2的进水口和出水口与压缩机(图中未示出)连接，在冷却铜管2内装有R600a制冷剂。压缩机可以为活塞压缩机、螺杆压缩机、离心压缩机的任意一种，本实施例中优选离心压缩机。压缩机上设有温控装置，对压缩机的制冷温度进行调整，从而控制阳极氧化过程中的反应温度,温控装置为温控器。在真空保温容器10中装有冷却介质11，具体地，本实施例中所使用的冷却介质的成分为乙醇，具有凝固点极低，密度小，比热容较大，易挥发吸热等特点。

本实施例中，阳极氧化系统安装在真空保温容器10内，阳极氧化装置包括电解槽3，电解槽3为塑料材质，耐低温和腐蚀。在电解槽3内设有阴极板8，阴极板8两侧设有凸起，电解槽3上设有对应的缺口，在使用时通过凸起与缺口相配合固定阴极板8的位置。电解槽3上方设有不锈钢定位棒5，具体地，不锈钢定位棒5横跨电解槽3槽口，电解槽槽口上设有导轨，不锈钢定位棒上与导轨接触的位置设有滑块，滑块在导轨上滑动，带动不锈钢定位棒电解槽3槽口上移动。在导轨上标有刻度，以用于固定阴极板的缺口为原点，标有毫米刻度；使用时可根据电解槽槽口的刻度精确调整阳极挂具和阴极板的距离，调节装置阻抗。不锈钢定位棒5上悬挂有阳极挂具，用于固定铝合金样品，阳极挂具为钛合金卡槽或钛合金夹具，本实施例中，阳极挂具优选为钛合金卡槽4。

本实施例中，辅助控制系统设置在阴极板8和阳极挂具之间，辅助控制系统包括L型支撑架7，L型支撑架7包括相互垂直的竖板和横板，竖板固定在电解槽3上，横板上安装有搅拌装置6和温度传感器8。具体地，搅拌装置6为螺旋桨，搅拌装置6内部安装有驱动电机。阳极氧化过程中，搅拌装置6转动，使电解液保持成分均匀，同时加快热交换效率；温度传感器8可实时反馈阳极氧化过程中的反应温度。

本实施例采用可调式恒流恒压电源12，可调节电压和电流的大小，同时显示反应过程中电压和电流的变化，控制阳极氧化反应进程。阳极氧化过程中，电源12的正负极分别与不锈钢定位棒5和阴极板8连接。

实施例2

本实施例提供一种铝合金阳极氧化方法，包括以下步骤：

S1.预处理：对2a96铝合金材质的铝合金样品与阴极板进行超声波清洗、干燥处理，将铝合金样品和阴极板分别固定在阳极挂具和电解槽中，所述铝合金样品和阴极板的距离为10cm；

S2.降温：向反应槽中注入浓度为120g/L H₂SO₄溶液作为电解液，开启压缩机将电解液冷却至-5℃；

S3.阳极氧化：开启搅拌装置和电源进行阳极氧化，阳极氧化时间为25min；

S4.封孔：采用沸腾去离子水对阳极氧化后的铝合金样品进行封孔，封孔时间为15min，图2为本实施例制备的氧化膜的金相照片。

实施例3

本实施例提供一种铝合金阳极氧化方法，包括以下步骤：

S1.预处理：对2a96铝合金材质的铝合金样品与阴极板进行超声波清洗、干燥处理，将铝合金样品和阴极板分别固定在阳极挂具和电解槽中，所述铝合金样品和阴极板的距离为8cm；

S2.降温：向反应槽中注入浓度为120g/L H₂SO₄溶液作为电解液，开启压缩机将电解液冷却至-10℃；

S3.阳极氧化：开启搅拌装置和电源进行阳极氧化，阳极氧化时间为35min；

S4.封孔：采用沸腾去离子水对阳极氧化后的铝合金样品进行封孔，封孔时间为15min，图3为本实施例制备的氧化膜的金相照片。

实施例4

本实施例提供一种铝合金阳极氧化方法，包括以下步骤：

S1.预处理：对2a96铝合金材质的铝合金样品与阴极板进行超声波清洗、干燥处理，将铝合金样品和阴极板分别固定在阳极挂具和电解槽中，所述铝合金样品和阴极板的距离为12cm；

S2.降温：向反应槽中注入浓度为120g/L H₂SO₄溶液作为电解液，开启压缩机将电解液冷却至-8℃；

S3.阳极氧化：开启搅拌装置和电源进行阳极氧化，阳极氧化时间为45min；

S4.封孔：采用沸腾去离子水对阳极氧化后的铝合金样品进行封孔，封孔时间为15min，图4为本实施例制备的氧化膜的金相照片。

实施例5

本实施例提供一种铝合金阳极氧化方法，具体步骤参照实施例1，与实施例1不同之处在于，步骤S3中阳极氧化时间为55min，图5为本实施例制备的氧化膜的金相照片。

实施例6

本实施例提供一种铝合金阳极氧化方法，具体步骤参照实施例1，与实施例1不同之处在于，步骤S3中阳极氧化时间为65min，图6为本实施例制备的氧化膜的金相照片。

对实施例2～6阳极氧化处理后的铝合金进行氧化膜厚度、铝合金硬度和耐腐蚀性能测试，其中耐腐蚀性能测试采用点滴实验，所用腐蚀液配比为：3g K₂Cr₂O₄、75ml H₂O、5mlHCl，测试结果见表1。

表1

	氧化膜厚度(um)	铝合金硬度(HV)	点滴时间(S)
				实施例2	13.47	236.45	30
实施例3	22.83	238.46	32
				实施例4	28.01	263.81	57
实施例5	33.08	227.47	52
				实施例6	30.2	220.9	50

从上述测试结果及附图来看，本发明制备的氧化膜成膜效果好，提高了铝合金的硬度和耐腐蚀性能，其中以实施例4的效果最佳。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。