鋁及鋁合金具有高的比強度、優(yōu)秀的加工性能和耐腐蝕性能，在各行業(yè)中的應用不斷增加。表面處理可以改善鋁及鋁合金的承載能力和耐磨性，在鋁及鋁合金構(gòu)件的生產(chǎn)中占有非常重要的地位。
硬質(zhì)陽極氧化是一種常用而又有效的鋁及鋁合金表面處理方法。它是用電化學的方法在鋁表面形成一層較厚的Al3O4層，以提高鋁的表面硬度及耐磨性。為了進一步提高涂層的性能，可在涂層中引入第二相粒子。一般來講，這種粒子可以分為兩類：即硬粒子和軟粒子。硬粒子，如SIC和SiN，可以增加涂層的硬度；軟粒子，如聚四氟乙烯（PTFE）和MOS2，可以增加涂層的自潤滑性能。
本文試驗研究了添加聚四氟乙烯顆粒的鋁合金復合硬質(zhì)陽極氧化，測定了復合陽極氧化層的摩擦因數(shù)，并和常規(guī)硬質(zhì)陽極氧化層的結(jié)果進行了比較。
1 試驗方法
陽極氧化用鋁合金為T4態(tài)的6063合金，其化學成分（質(zhì)量分數(shù)/%，下同）見表1。陽極氧化試樣為直徑30mmX5mm的圓片。氧化前，試樣用金剛石膏拋光，表面粗糙為Ra0。2~0。3µm。
表1 6063鋁合金的化學成分 %
|
Mg |
Si |
Fe |
Cu |
Mn |
Cr |
Zn |
Ti |
Al |
|
0.45~0.90 |
0.20~0.60 |
0.35 |
0.10 |
0.10 |
0.10 |
0.10 |
0.10 |
余量 |
常規(guī)使質(zhì)剛極氧化液用濃度為2. 24 mol／L的水溶液H2SO4水溶液，復合陽極氧化液為上述常規(guī)硬質(zhì)陽極氧化液一種聚四氟乙烯分散液的混合液，其混合比例為2 24mol／LHjs(1水溶液：聚四氟乙烯分散液=3：1(休積比)。氧化液的溫度山氧化汲中放置的環(huán)形冷卻管控制，整個氧化過程采用恒溫氧化，溫度為-3℃~-4℃，氧化過程中用磁力棒攪拌氧化液，用鉛板作陰極，陰極面積為陽極面積的10倍以上。氧化電源用自流電源，陽極的穩(wěn)定氧化電流密度為2．5 A／dm：。
氧化層硬度用自動顯微硬度計測量，測定位置為氧化層外表面，所用載荷為100g，加載持續(xù)時間為8s，，用光學顯微鏡觀察氧化層橫截面形貌。
為了表征復合硬質(zhì)陽極氧化層的摩擦性能，用MM-200磨損試驗機進行了室溫下干摩擦條件下的摩擦力矩測定試驗、試驗采用滑塊式裝置，如圖]所示。此時將復合硬質(zhì)陽極氧化試樣加工成尺寸為20mmx10mmx 5 nun的長方體，作為固定的試桿；旋轉(zhuǎn)試樣為外徑、內(nèi)徑16mm，厚度10mm的淬火GCr15鋼圓環(huán)．硬度為60HRC，表面光潔度為Ra0。2µm。試驗前，固定試樣和轉(zhuǎn)動試樣都用化學純的酒精液仔細清洗。采用階梯加載法測定摩擦力矩：初始載荷為49 N，以后每次增加載荷49 N，一直增加到196 N；在每—載荷下試驗的時間都是5min。旋轉(zhuǎn)試桿的轉(zhuǎn)速為100r／rain，在固定試樣與旋轉(zhuǎn)試樣接觸點上的相對滑動速度相當于0。21m·S-1摩擦因數(shù)是由試驗直接測出的摩擦力矩除以所用載荷和旋轉(zhuǎn)試樣的半徑而得到的。
1 結(jié)果與討論
圖2為一經(jīng)過60min陽析氧化的典型的復合硬質(zhì)陽極氧化層橫截面的光學顯微照片。在這個照片中，顏色較深的部分為為復合陽極氧化層，顏色較淺的部分為6063鋁合金基體。由照片可以看出，復合硬質(zhì)氧化層是致密的，厚度可達70µm，聚四氟乙烯粒子均勻地分布在氧化層中，粒子直徑尺寸為2µm左右。在復合硬質(zhì)陽極氧化層照片上放一透明的細方格紙，可測量出聚四氟乙烯顆粒在整個復合硬質(zhì)陽極氧化層的表面硬度為400-480HVO。1
復合硬質(zhì)陽極氧化層的摩擦因數(shù)與載荷的關系如圖3所示，為便于比較，圖中還給出了在相同條件下常規(guī)硬質(zhì)陽極氧化層和沒有經(jīng)過陽極氧化的61163鋁合金的摩擦因數(shù)：由圖3可見，在所有試驗載荷下，兩種硬質(zhì)陽極氧化層的摩擦因數(shù)都明顯比沒有進行硬質(zhì)剛極氧化處理的6063鋁合金的低很 多；而復合硬質(zhì)陽極氧化層的摩擦因數(shù)比常規(guī)硬質(zhì)叫極氧化層的摩擦系數(shù)還要低。常規(guī)硬質(zhì)陽極氧化層的平均摩擦因數(shù)為0。1347，復合硬質(zhì)陽極氧化層的摩擦因數(shù)為0。1115，復合硬質(zhì)陽極氧化層中的聚四氟乙烯顆粒使得硬質(zhì)陽極氧化層的摩擦田數(shù)在干摩擦條件下降低了17％。
1 結(jié)論
在常規(guī)的硫酸型硬質(zhì)陽極氧化液中添加聚四氟乙烯分散液，可以在6063鋁合金表面形成含有聚四氟乙烯顆粒的復合硬質(zhì)陽極氧化層。氧化層中聚四氟乙烯顆粒的直徑為2µm左右，面積百分比含量為2%~3%。復合硬質(zhì)陽極氧化層與淬火鋼對磨時的平均干摩擦因數(shù)為0。11，比常規(guī)硬質(zhì)陽極氧化層的摩擦因數(shù)低17%。 |
