硬質氧化作為鋁合金陽極氧化中比較特殊的一類電化學成膜方法，在鋁表面處理工藝中占據比較重要的地位。作為硬質氧化的技術指標，一個是氧化膜層較厚，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極工藝並沒有本質區別。

一、主要的工藝區別在以下幾個方面：

①硬質氧化的槽溫很低，建議在0℃左右，這就需要強大的冷凍機和攪拌循環裝置。越低的溫度造就越硬的氧化膜質量。

②硬質氧化的硫酸濃度較低，建議在130g/L左右，鋁離子含量控制在5~10g/L范圍較好。

③硬質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，具體電參數需要配合槽溫、硫酸濃度、合金材質等綜合確定。

④采用脈沖電源或者特殊波形電源，升壓階段采取逐步遞增加壓的方式，一方面避免材料在過高電壓下燒毀，另一方面也能促進氧化膜按照正常方式生長。

⑤硬質氧化也可以在槽液中添加一些有機酸。有機酸能夠提高氧化膜的硬度以及韌性，也有直接使用有機酸溶液來做氧化工藝，用於一些特殊場合零部件氧化。

二、不同鋁合金系列硬質氧化的特點：

①1系純鋁合金，最容易硬質陽極氧化並且得到高絕緣性、高硬度的氧化膜。

②2系鋁-銅合金，硬質氧化比較困難。主要是含有富銅的金屬間化合物，在氧化過程中優先溶解，從而導致氧化膜不連續、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等來避免2系合金的硬氧缺陷。

③5系鋁-鎂合金，硬質氧化的技術難度一般，膜層硬度稍差於6系合金，並且存在燒傷、膜厚過度等問題。

④6系鋁-鎂-矽合金，硬質氧化的難度一般，屬於比較容易得到高質量氧化膜層的合金，其中對膜層質量起到比較大的反作用成分一般都是由銅、鐵引起的。

⑤7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於6系合金。

通常，從硬氧的成膜效率和氧化膜質量來看，從優到差的排序為

1系→5系→3系→6系→7系→2系

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三、硫酸溶液的硬質氧化工藝與參數

遊離硫酸濃度：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

氧化時間：60~120min

槽液攪拌：槽液強循環攪拌

陽極氧化膜厚度：50~100μm

封孔處理：一般可不進行封閉處理，但是當需要進行封閉處理時，不建議使用中溫、中高溫、高溫鎳（無鎳）封閉或者純水沸水封閉。建議使用常溫有鎳或者常溫無鎳封閉，這樣既增強瞭氧化膜的耐腐蝕性、也不會導致氧化膜耐磨性降低。

e76f7f1be87867b2991e86825c2e341e普通6系合金經過氧化後呈現灰黃色外觀

四、硬質陽極氧化膜的性能概述

①外觀與顏色

通常硬質氧化膜比較粗糙，有微裂紋，且膜層顏色與鋁合金種類與膜層厚度息息相關，總體上是不透明淺灰到深灰色之間過度。

②膜厚

硬質氧化膜厚度普遍在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、連續性就越差。

8e8c9c4936d93db977333227bf25c431普通6系合金經過硬氧後，表面產生微裂紋

③硬度

硬質氧化膜硬度取決於合金成分與硬氧工藝，顯微硬度數值甚至與膜的橫截面與基體的相對位置有關，越靠近基體的顯微硬度值越高。國標中關於維氏顯微硬度合格值的規定，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。

④耐磨性

耐磨性一般在未封閉的氧化膜上進行，因為高溫封閉後，耐磨性會降低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）。

⑤電絕緣性

陽極氧化膜都是非導電性的，硬質陽極氧化膜的擊穿電壓甚至達到1000V以上。如果需要進一步提高擊穿電壓，那麼應該提高硬氧時的外加電壓。

⑥抗腐蝕性

硬氧膜的抗腐蝕性一般比常規氧化膜更強，但是硬氧膜更容易出現微裂紋，所以硬氧後經過常溫有鎳/無鎳封閉的往往更耐鹽霧試驗。同時，硬氧後增加塗層、石蠟、礦物油等也能很好的提高膜層的抗腐蝕性。

⑦耐熱性

硬質氧化膜是熱耗散的良好“黑體”，熱發射性隨著氧化膜厚度增加迅速提高，利用這個特性，可以消除加熱部件的熱斑，應用在部分炊具材料上。

⑧力學性能

硬氧一般不會影響材料的力學性能，但是可能導致材料的延展性和疲勞強度降低，且膜層越厚，影響越大。

本人長期從事鋁合金表面處理添加劑的開發與應用，以後將盡量多的試驗過程和實踐心得發表出來，與本行業的專傢大佬多多交流，互相啟迪。同時也感謝大傢對我文中描述的不當之處批評指正，鋁合金行業的美好未來需要大傢的一起努力。