鋁及鋁合金具有高的比強度、優秀的加工性能和耐腐蝕性能，在各行業中的應用不斷增加。表面處理可以改善鋁及鋁合金的承載能力和耐磨性，在鋁及鋁合金構件的生產中占有非常重要的地位。
硬質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陽極氧化，測定了復合陽極氧化層的摩擦因數，并和常規硬質陽極氧化層的結果進行了比較。
1 試驗方法
陽極氧化用鋁合金為T4態的6063合金，其化學成分（質量分數/%，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 %
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Mg |
Si |
Fe |
Cu |
Mn |
Cr |
Zn |
Ti |
Al |
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0.45~0.90 |
0.20~0.60 |
0.35 |
0.10 |
0.10 |
0.10 |
0.10 |
0.10 |
余量 |
常規使質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硬質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；旋轉試樣為外徑、內徑16mm，厚度10mm的淬火GCr15鋼圓環．硬度為60HRC，表面光潔度為Ra0。2µm。試驗前，固定試樣和轉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。旋轉試桿的轉速為100r／rain，在固定試樣與旋轉試樣接觸點上的相對滑動速度相當于0。21m·S-1摩擦因數是由試驗直接測出的摩擦力矩除以所用載荷和旋轉試樣的半徑而得到的。
1 結果與討論
圖2為一經過60min陽析氧化的典型的復合硬質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陽極氧化層的表面硬度為400-480HVO。1
復合硬質陽極氧化層的摩擦因數與載荷的關系如圖3所示，為便于比較，圖中還給出了在相同條件下常規硬質陽極氧化層和沒有經過陽極氧化的61163鋁合金的摩擦因數：由圖3可見，在所有試驗載荷下，兩種硬質陽極氧化層的摩擦因數都明顯比沒有進行硬質剛極氧化處理的6063鋁合金的低很 多；而復合硬質陽極氧化層的摩擦因數比常規硬質叫極氧化層的摩擦系數還要低。常規硬質陽極氧化層的平均摩擦因數為0。1347，復合硬質陽極氧化層的摩擦因數為0。1115，復合硬質陽極氧化層中的聚四氟乙烯顆粒使得硬質陽極氧化層的摩擦田數在干摩擦條件下降低了17％。
1 結論
在常規的硫酸型硬質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%。復合硬質陽極氧化層與淬火鋼對磨時的平均干摩擦因數為0。11，比常規硬質陽極氧化層的摩擦因數低17%。 |
