|
关 键 词：光学系统，铝合金，材料，硬质氧化，工艺 作 者： 内 容： 3．1工艺条件对铝合金硬质氧化膜反射率的影响
1．1 溶液成分的影响
图l为硫酸质量浓度对氧化膜反射率的影响，图2为多元醇、草酸质量浓度对氧化膜反射率的影响。
草酸l2 g／L，多元醇l5 g／L，温厦6℃，电流密度2．5A/dm2，氧化时间50min
图1硫酸质量浓度对反射率的影响 Figurel Effect of mass concentration of H2S04 0n reflectance
硫酸280 g／L，温度6℃，电流密度2．5 A／dm2，氧化时间50 min
图2草酸和多元醇的质量浓度对反射率的影响 Figure 2 Effects of mass concentrations of oxaHc acid and polyol on reflectance
从图l可以看出，硫酸质量浓度为260～300 g／L时，氧化膜反射率低于8．4％；硫酸质量浓度达320 g／L时，反射率为8．37％，但此时氧化膜略显粗糙，外观质量较差，而且膜层硬度下降至430 HV。从图2可以看出，溶液中草酸和多元醇质量浓度增加时镜面反射率也随之增大，但影响幅度较小；而草酸和多元醇质量浓度过低时零件表面易被击穿，已无实用价值。最终确定溶液成分为：硫酸260～300g／L，草酸10～15 g／L，多元醇10—20g／L。
上述现象的产生是因为硬质阳极氧化过程是一个膜层溶解、生成的平衡过程，氧化过程中硫酸、草酸会对氧化膜产生影响[2]。从图1可知，硫酸对氧化膜镜面反射率影响较显著。溶液中硫酸质量浓度增加时，氧化膜溶解速率加快，孔隙率增大，染料吸附能力变强，氧化膜镜面反射率随之降低；但质量浓度过高时，氧化膜疏松，表面过于粗糙，镜面反射率反而增大。
根据选择吸附原理，氧化过程中草酸、多元醇在正电场作用下通过物理和化学吸附，在零件氧化膜表面形成一层较致密的缓冲层，而且这些吸附优先发生在场强大的活性点上，使电极表面电场强度的分布趋于均匀，同时阻滞了硫酸向阳极表面的扩散，降低了氧化膜附近H+浓度，抑制了电解液对氧化膜层的溶解，使氧化膜更趋平整、光滑，有助于提高氧化膜的硬度、降低氧化膜孔隙率，在一定程度上增大了氧化膜的反射率，同时还可以扩大电解液的工作温度范围、避免氧化膜被击穿。
1．2 电流密度的影响
图3为电流密度对氧化膜反射率的影响。
硫酸280 g／L，草酸12 g／L，多兀醇l5 g／L，温度6℃，氧化时间50 min 图3 电流密度对反射率的影响 Figure 3 Effect of current density on reflectance
从图3可以看出，电流密度小于3．5 A／dm2时，反射率随电流密度的增加而下降；当电流密度过大时，反射率上升。因此，氧化过程中电流密度应控制在2～3A/dm2。
由于电流波形、电流密度对氧化膜外观及质量有显著的影响[5-6]，本文采用普通直流电流对变焦机构进行硬质氧化。电流的控制方式为：氧化开始时电流密度为0．5 A／dm2，在30 min内分5次逐步升高电流密度至3 A／dm2，然后保持电流恒定，直至氧化终止。氧化过程中，电流密度过大或升高速率过快时，反应过程中释放出的焦耳热的聚集，以及氧化膜／金属界面粗化都容易导致零件局部过热，加速氧化膜的溶解，降低氧化膜的均匀性、致密度。虽然这在一定程度上有助于降低氧化膜的反射率，但膜层疏松多孔，外观质量差，硬度下降，严重时还会烧伤零件。因此，氧化过程中应严格控制电流密度增加的速率及幅度。
1．3 温度的影响
图4为温度对氧化膜反射率的影响。
圈4温度对反射率的影响 Figure 4 Effect of temperature on reflectance
从图4可以看出，温度低时氧化膜镜面反射率较高；随着温度的升高，氧化膜镜面反射率也随之下降。因此，氧化温度应控制在5～7 ℃，最佳温度为6 ℃。 温度易影响氧化膜的质量[7]，温度较低则氧化膜生成速率远高于溶解速率，此时膜层致密、吸附力差，染色时表面呈青色；随着温度的升高，氧化膜孔隙增多、吸附能力增强，镜面反射率也随之下降。而且温度低时氧化膜脆性大，变焦机构工作时膜层易产生裂纹；温度过高时氧化膜表面粗糙，外观质量下降，严重时氧化膜有“粉化”现象。
1．4 氧化时间的影响
图5为氧化时间对氧化膜反射率的影响。
图5氧化时间对反射率的影响 Figure 5 Effect of oxidation time on reflectance
从图5可以看出，延长氧化时间，则氧化膜的反射率降低。考虑到膜层的厚度和吸附性，最终控制氧化时间为50min。
延长氧化时间有助于增强氧化膜的吸附能力，在一定程度上降低膜层的反射率。但时间过长时，所得氧化膜厚度反而减少，膜屡疏松多孔，严重时易发生局部烧蚀的现象。随着氧化时间的延长，膜层溶解速率超过其生成速率时，在硫酸的腐蚀作用下，氧化膜层的厚度降低。另外，由于以Al203构成的阻挡层导热性比铝基体的导热性差，因此随着氧化时间延长，阻挡层达到一定厚度时反应产生的化学热和焦耳热积聚在零件表面，如果搅拌不良，氧化膜易因局部过热而发生烧蚀现象。
2.膜层的基本性质
经过45 min氧化后，所得氧化膜厚度约l5呻，平均显微硬度450 Hv，镜面反射率低于8．4％。 注：本站部分资料需要安装PDF阅读器才能查看，如果你不能浏览文章全文，请检查你是否已安装PDF阅读器！ |
