硬質(zhì)氧化作為鋁合金陽(yáng)極氧化中比較特殊的一類電化學(xué)成膜方法，在鋁表面處理工藝中占據(jù)比較重要的地位。作為硬質(zhì)氧化的技術(shù)指標(biāo)，一個(gè)是氧化膜層較厚，普遍在25μm以上；二是氧化膜橫截面顯微硬度在350HV以上。雖然硬度和氧化膜厚度都有所提高，但是氧化工藝與普通陽(yáng)極工藝并沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別。

一、主要的工藝區(qū)別在以下幾個(gè)方面：

硬質(zhì)氧化的氧化膜有50%滲透在鋁合金內(nèi)部，50%附著在鋁合金表面，因此硬質(zhì)氧化后產(chǎn)品外部尺寸變大，內(nèi)孔變小。

(一)、操作條件方面的差異:

1、溫度不同:普通氧化18-22℃左右，有添加劑的可以到30℃，溫度過(guò)高易出現(xiàn)粉末或裂紋;硬質(zhì)氧化一般在5℃以下，建議在0℃左右，這就需要強(qiáng)大的冷凍機(jī)和攪拌循環(huán)裝置。越低的溫度造就越硬的氧化膜質(zhì)量，相對(duì)來(lái)說(shuō)溫度越低硬質(zhì)越高。

2、濃度差異:普通氧化一般20%左右;硬質(zhì)氧化一般在15%或更低。

3、電流/電壓差異:普通氧化電流密度一般:1-1.5A/dm2;而硬質(zhì)氧化:1.5-5A/dm2;普通氧化電壓≤18V，硬質(zhì)氧化有時(shí)高達(dá)120V，硬質(zhì)氧化的電流密度較高、電壓較大。建議電壓在30V以上、電流密度在2.5A/dm2以上，具體電參數(shù)需要配合槽溫、硫酸濃度、合金材質(zhì)等綜合確

(二)、膜層性能方面的差異:

1、膜層厚度:普通氧化膜層厚度相對(duì)較薄:硬質(zhì)氧化一般膜層厚度>15μm，過(guò)低達(dá)不到硬度≥300HV的要求。

2、表面狀態(tài):普通氧化表面較光滑，而硬質(zhì)氧化表面較粗糙(微觀，和基體表面粗糙度有關(guān))。

3、孔隙率不同:普通氧化孔隙率高;而硬質(zhì)氧化孔隙率低。

4、普通氧化基本是透明膜;硬質(zhì)氧化由于膜厚，為不透明膜。

5、適用場(chǎng)合不同:普通氧化適用于裝飾為主;而硬質(zhì)氧化以功能為主，一般用于耐磨、耐電的場(chǎng)合。

二、不同鋁合金系列硬質(zhì)氧化的特點(diǎn)：

1系純鋁合金，最容易硬質(zhì)陽(yáng)極氧化并且得到高絕緣性、高硬度的氧化膜。

2系鋁-銅合金，硬質(zhì)氧化比較困難。主要是含有富銅的金屬間化合物，在氧化過(guò)程中優(yōu)先溶解，從而導(dǎo)致氧化膜不連續(xù)、或者針孔狀缺陷。解決的方案一般是采用交直流疊加或者脈沖電源、改變電解液成分和電參數(shù)等來(lái)避免2系合金的硬氧缺陷。

5系鋁-鎂合金，硬質(zhì)氧化的技術(shù)難度一般，膜層硬度稍差于6系合金，并且存在燒傷、膜厚過(guò)度等問(wèn)題。

6系鋁-鎂-硅合金，硬質(zhì)氧化的難度一般，屬于比較容易得到高質(zhì)量氧化膜層的合金，其中對(duì)膜層質(zhì)量起到比較大的反作用成分一般都是由銅、鐵引起的。

7系鋁-鋅合金，硬氧難度較大，存在諸如針孔等氧化缺陷，膜層硬度與耐磨性也要稍差于6系合金。

通常，從硬氧的成膜效率和氧化膜質(zhì)量來(lái)看，從優(yōu)到差的排序?yàn)椋?系→5系→3系→6系→7系→2系

（一）、鋁合金硬質(zhì)氧化的優(yōu)勢(shì):

1、鋁合金硬質(zhì)氧化后表面硬度最高可達(dá)HV500左右。

2、氧化膜厚度 25-250um。

3、附著力強(qiáng)，根據(jù)硬質(zhì)氧化所生成的氧化特點(diǎn):所生成的氧化膜有50%透在鋁合金內(nèi)部，50%附著在鋁合金表面(雙向生長(zhǎng))

4、絕緣性好:擊穿電壓可達(dá)2000V(完善的封孔)。

5、耐磨性能好:對(duì)于含銅量未超過(guò) 2%的鋁合金其最大的磨耗指數(shù)為3.5mg/1000轉(zhuǎn)。

其他所有的合金磨耗指數(shù)不應(yīng)超過(guò)1.5mg/1000轉(zhuǎn)。

6、無(wú)毒:氧化膜和用來(lái)生產(chǎn)陽(yáng)極氧化膜的電化學(xué)工藝應(yīng)對(duì)人體無(wú)害，

因此很多行業(yè)為了減輕產(chǎn)品的重量、機(jī)械加工的方便、環(huán)保低毒等要求，目前有的部分產(chǎn)品中的部份零部件由鋁合金硬質(zhì)氧化來(lái)代替不銹鋼、電鍍硬鉻等工藝。

三、通電過(guò)程

硬質(zhì)氧化和普通氧化并無(wú)差異，都是把鋁合金作為陽(yáng)極去通電，并在表面生成氧化膜的一個(gè)過(guò)程。

（一）、陽(yáng)極氧化的電極反應(yīng)

鋁及鋁合金陽(yáng)極氧化液一般采用中等溶解能力的酸性溶液，如硫酸、草酸等，將鋁及鋁合金零件作為陽(yáng)極，鉛板為陰極，通以直流電，陰極上的反應(yīng)為：2H+＋2e→H2↑
而在陽(yáng)極上，主要是水的放電：H2O—2e→[O]＋2H+2AI+3[O] →AL2O3+1670kJ

（二）、硫酸溶液的硬質(zhì)氧化工藝與參數(shù)

游離硫酸濃度：100~150g/L

鋁離子含量：1~5g/L

氧化槽液溫度：（0±2）℃

電流密度：（3.5±0.5）A/dm2

氧化時(shí)間：60~120min

槽液攪拌：槽液強(qiáng)循環(huán)攪拌

陽(yáng)極氧化膜厚度：50~100μm

封孔處理：一般可不進(jìn)行封閉處理，但是當(dāng)需要進(jìn)行封閉處理時(shí)，不建議使用中溫、中高溫、高溫鎳（無(wú)鎳）封閉或者純水沸水封閉。建議使用常溫有鎳或者常溫?zé)o鎳封閉，這樣既增強(qiáng)了氧化膜的耐腐蝕性、也不會(huì)導(dǎo)致氧化膜耐磨性降低。

四、氧化膜

硬質(zhì)膜與普通膜的結(jié)構(gòu)相似，由阻擋層和多孔層組成，呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)。其區(qū)別是硬質(zhì)膜阻擋層厚度比普通膜阻擋層厚度約大10倍，硬質(zhì)膜的孔壁厚、孔隙率低。其氧化物單元(膜胞)排列不整齊，相互干擾，出現(xiàn)一種特殊的棱柱狀結(jié)構(gòu),導(dǎo)致膜層有較大的內(nèi)應(yīng)力，甚至出現(xiàn)裂紋。硬質(zhì)膜與普通膜在物理性質(zhì)上的差別。

外觀與顏色：通常硬質(zhì)氧化膜比較粗糙，有微裂紋，且膜層顏色與鋁合金種類與膜層厚度息息相關(guān)，總體上是不透明淺灰到深灰色之間過(guò)度。

膜厚：硬質(zhì)氧化膜厚度普遍在50微米以上，氧化膜厚度越大，外觀缺陷越多，裂紋越多，膜厚均勻性、連續(xù)性就越差。

硬度：硬質(zhì)氧化膜硬度取決于合金成分與硬氧工藝，顯微硬度數(shù)值甚至與膜的橫截面與基體的相對(duì)位置有關(guān)，越靠近基體的顯微硬度值越高。國(guó)標(biāo)中關(guān)于維氏顯微硬度合格值的規(guī)定，2系合金需要250HV，其他除2系的變形鋁合金400HV，高鎂（mg≥2%）5系與7系需要300HV。

耐磨性：耐磨性一般在未封閉的氧化膜上進(jìn)行，因?yàn)楦邷胤忾]后，耐磨性會(huì)降低50%左右。硬氧的氧化膜耐磨性通常比普氧的提高1~2倍（2系合金除外）。

電絕緣性:陽(yáng)極氧化膜都是非導(dǎo)電性的，硬質(zhì)陽(yáng)極氧化膜的擊穿電壓甚至達(dá)到1000V以上。如果需要進(jìn)一步提高擊穿電壓，那么應(yīng)該提高硬氧時(shí)的外加電壓。

抗腐蝕性:硬氧膜的抗腐蝕性一般比常規(guī)氧化膜更強(qiáng)，但是硬氧膜更容易出現(xiàn)微裂紋，所以硬氧后經(jīng)過(guò)常溫有鎳/無(wú)鎳封閉的往往更耐鹽霧試驗(yàn)。同時(shí)，硬氧后增加涂層、石蠟、礦物油等也能很好的提高膜層的抗腐蝕性。

耐熱性:硬質(zhì)氧化膜是熱耗散的良好“黑體”，熱發(fā)射性隨著氧化膜厚度增加迅速提高，利用這個(gè)特性，可以消除加熱部件的熱斑，應(yīng)用在部分炊具材料上。

力學(xué)性能:硬氧一般不會(huì)影響材料的力學(xué)性能，但是可能導(dǎo)致材料的延展性和疲勞強(qiáng)度降低，且膜層越厚，影響越大。

五、前后質(zhì)量變化

硬質(zhì)氧化的氧化膜有50%滲透在鋁合金內(nèi)部、50%附著在鋁合金表而，因此硬質(zhì)氧化后產(chǎn)品外部尺寸變大、內(nèi)孔變小，而普通氧化后外部尺寸變小內(nèi)孔變大。

因此，當(dāng)你的鋁合金打算采用硬質(zhì)氧化工藝前，需要注意零件尺寸的余量。

因硬質(zhì)氧化膜的厚度較高，所以如需要進(jìn)一步加工的鋁零件或以后需要裝配的零件，應(yīng)事先留有一定的加工余量，及指定裝夾部位。因硬質(zhì)陽(yáng)極氧化時(shí)，要改變零件尺寸，故在機(jī)械加工時(shí)，要事先預(yù)測(cè)，氧化膜的可能厚度和尺寸公差，而后在確定陽(yáng)極氧化前的零件實(shí)際尺寸，以便處理后，符合規(guī)定的公差范圍。一般來(lái)說(shuō)，零件增加的尺寸大致為生成氧化膜厚度的一半左右。

六、適用工件范圍

硬質(zhì)氧化是一種厚膜陽(yáng)極氧化法，這是一種鋁和鋁合金特殊的陽(yáng)極氧化表面處理工藝。鋁合金的硬質(zhì)陽(yáng)極氧化處理主要用于工程或軍事目的，它既適用于變形鋁合金，也可能用于壓鑄造合金零件部件。

陽(yáng)極氧化所謂鋁的陽(yáng)極氧化是一種電解氧化過(guò)程，在該過(guò)程中，鋁和鋁合金的表面通常轉(zhuǎn)化為一層氧化膜，這層氧化膜具有保護(hù)性、裝飾性以及一些其他的功能特性。氧化膜薄層中具有大量的微孔，可吸附各種潤(rùn)滑劑，適合制造發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸或其他耐磨零件；膜微孔吸附能力強(qiáng)可著色成各種美觀艷麗的色彩。有色金屬或其合金（如鋁、鎂及其合金等）都可進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理，這種方法廣泛用于機(jī)械零件，飛機(jī)汽車部件，精密儀器及無(wú)線電器材，日用品和建筑裝飾等方面。