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    國標:GB/T19822-2005 鋁及鋁合金硬質陽極氧化膜規范


      鋁合金硬化處理GB/T19822-2005 鋁及鋁合金硬質陽極氧化膜規范(全文聯系DR.XIAO 13925071166)

    本標準等同采用ISO 10074:1994《鋁及鋁合金硬質陽極氧化膜規范》(英文版)。

    ——取消了ISO 10074的前言;

    ——用“本標準”代替了“本國際標準”;

    ——其引用的國際標準中已有對應的國家標準的改為對應的國家標準;

    ——附錄G表G.1中磨料網目規格應為μm,標準原文誤為mm,所以糾正為μm;

    ——附錄A、附錄B、附錄C、附錄D和附錄E為規范性附錄,附錄F、附錄G、附錄H和附錄J為資料性附錄;

    ——在“5外觀”條款中,增加了“允許合適位置和尺寸的掛具痕”。

    引言

    硬質陽極氧化是形成主要應用于工程目的的硬(且通常厚)氧化鋁膜層的一種電解處理方法。

    硬質陽極氧化可以用于鑄造或鍛造的鋁及鋁合金,但對于5%以上的銅和/或8%以上的以及壓鑄鋁合金需要特殊的陽極氧化工藝。為了獲得最好的顯微硬度、耐磨性或低表面粗糙度的特性,應選用低的合金含量。

    除非另有規定,工件在所有熱處理、機加工、焊接、成型和沖孔操作后,在機加工表面上可獲得最好的效果。尖銳輪廓需加工成曲率半徑不低于預定厚度十倍的圓角以避免燒蝕或剝落。

    硬質陽極氧化通常會導致每一表面上尺寸增加膜層厚度的50%。如有必要,工件陽極氧化前的尺寸應估計到這一增加。

    膜層厚度通常在25μm~150μm范圍內。低厚度(≤25μm)膜有時用于多種用途,例如花鍵、螺紋;一般厚度的膜(50μm~80μm)用于耐磨或絕緣的需要;高厚度膜(150μm)用于修復的目的,但厚膜的外層趨向于變軟。非常硬的膜層降低疲勞強度,這種現象可以通過減小厚度或封閉以減至最小。硬質陽極氧化導致表面粗糙度增加,可通過降低合金含量或機械精飾來得到抑制。

    硬質陽極氧化膜一般用于:

    ——抵抗磨粒磨損或腐蝕磨損;

    ——電絕緣;

    ——隔熱;

    ——修復工件(克服其在機加工中或因磨損產生的公差);

    ——抗腐蝕(封閉的膜)。

    鋁及鋁合金硬質陽極氧化膜規范

    1 范圍

    本標準規定了鋁及鋁合金硬質陽極氧化膜的技術條件,包括測試方法。

    需方向供方提供的信息在附錄A中給出。

    2 規范性引用文件

    下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注日期的引用文件,其隨后的所有的修改單(不包括勘誤的內容)或修訂版與本標準,然而,鼓勵根據本標準達成協議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本適用于本標準。

    GB/T 4957 非磁性基體金屬上非導電覆蓋層 覆蓋層厚度測量(ISO 2360,IDT)

    GB/T 6462 金屬和氧化物覆蓋層 橫斷面厚度顯微鏡測量方法(eqv ISO 1463)

    GB/T 8015.1—1987 鋁及鋁合金陽極氧化膜厚度的試驗方法 重量法(idt ISO 2106 :1982)

    GB/T 8754 鋁及鋁合金陽極氧化 應用擊穿電位測定法檢驗絕緣性(idt ISO 2376)

    GB/T 9790 金屬覆蓋層及其他相關覆蓋層 維氏和努氏顯微硬度試驗(neq ISO 4516)

    GB/T 10125 人造大氣腐蝕試驗 鹽霧試驗(eqv ISO 9227)

    GB/T 11109—1989 鋁及鋁合金陽極氧化 術語(eqv ISO 7583)

    GB/T 12967.1—1991鋁及鋁合金陽極氧化 用噴磨試驗儀測定陽極氧化膜的平均耐磨性(idt ISO 8252 :1987)

    GB/T 12967.2 鋁及鋁合金陽極氧化 用輪式磨損試驗儀測定陽極氧化膜的耐磨性和磨損系數(idt ISO 8251)

    ISO 2859-0:1995 特性檢查抽樣程序 第0部分:ISO 2859特性抽樣系統介紹

    ISO 2859-1:1995特性檢查抽樣程序 第1部分:按批檢驗合格質量水平(AQL)編制的抽樣程序

    3 術語和定義

    3.1 批

    相同公稱成分并在一起進行處理。

    3.2 批驗收試驗

    按本規范的要求檢驗一批產品性能所進行的試驗。

    3.3 有效表面

    膜層覆蓋的工件部分,即工作面和外觀重要的部分。

    4 材料分類

    硬質陽極氧化膜的性質和特點受到合金成分及加工方法兩方面的影響,因此,對于本標準,將材料分為五類合金并歸類如下:

    第1類:除第2類以外的全部鍛造合金;

    第2類(a):2000系列合金;

    第2類(b):含2%或2%以上鎂的5000系列合金及7000系列合金;

    第3類(a):低于2%銅或低于8%硅的鑄造合金

    第3類(b):其他鑄造合金。

    5 外觀

    表面需全部陽極氧化,目測外觀基本均勻,不存在剝落、砂眼、起粉的區域。目測驗收須逐批進行。

    允許合適位置和尺寸的夾具痕。

    裂紋和微裂紋通常不作為報廢的理由。

    6 厚度

    厚度測量在有效表面(但不在記號@周圍5mm以內,也不在輪廓鄰近周邊)上進行。

    測量應采用GB/T 4957所描述的無損渦流法或GB/T 6462中破壞性的顯微鏡測量法,有爭議時,應采用顯微鏡測量法(GB/T 6462)進行測量。

    厚度或是相關的最終尺寸應在對批檢測試驗后給出。

    通常的膜層厚度在40μm~60μm之間(見引言及附錄A)

    7 表面密度

    當按照GB/T 8015.1測量具有公稱厚度為50μm±5μm的未封閉陽極氧化膜時,其表面密度(單位面積上的膜層質量)的最小值由表1給出。

    表1 最小表面密度

    材料類別 允許的最小表面密度(mg/dm2)

    第1類 1100

    第2類 950

    第3類(a) 950

    第3類(b) 按協議定

     注:如果膜層厚度不是50μm,則按比例換算。

     

    8 耐磨粒磨損性能

    8.1 總則

    為封閉的陽極氧化膜(見注)須測定其耐磨粒磨損性能,因為與其他性能具有很好的相關性,耐磨粒性能試驗依照附錄G G.1,按GB/T 12967.2描述的輪式磨損試驗法進行。

    注:對于封閉過的陽極氧化膜可以測定耐磨性,但熱水封閉著色可降低耐磨性50%以上。

    當磨輪不適用時(特別是一些弧形表面),則依照附錄G G.2按GB/T 12967.1描述的噴磨法進行試驗,該試驗對總膜層厚度給出一個平均值。

    TABER法(見附錄B)只有在指定條件下使用。

    8.2 輪式磨損試驗法

    通過測定膜層厚度的損失即膜層質量損失來測定耐磨粒磨損性能。當依照附錄G G.1按GB/T 12967.2描述的輪式磨損試驗法測定時,最終數值將是用一個19.6N的載荷和240目規格的碳化硅砂紙做最少3次試驗的平均值。

    合格值在表2給出。

    在相同試驗條件下,每天都應對標準試樣進行測試。當測定膜層厚度損失時,每一厚度值應為測試范圍內十點讀數的平均值。

    硬質陽極氧化處理和耐磨性試驗之間的時間間隔應不少于24h,在這段時間內,試樣應存放于試驗環境中。

    表2 輪式磨損試驗的合格值

    合金類別 往返行程數DS/次 平均相對耐磨粒磨損性能的合格值/%

    相對于標準試樣(見附錄C)

    第1類 800~100 ≥80%

    第2類(a) 400~100 ≥30%

    第2類(b) 800~100 ≥55%

    第3類(a) 400~100 ≥55%或按協議定

    第3類(b) 400~100 ≥20%或按協議定

    注1:由于表面條件或陽極氧化膜結構,膜層并不是總是適合進行耐磨粒磨損試驗。第3類合金極少要求做試驗,耐磨性合格值由供方和需方之間商定,并可能需要專門的標準片。

    注2:平均相對比耐磨粒磨損性能由以下公式給出

    平均相對比耐磨損性能=試驗@@的平均磨損速率/標準片的平均磨損速率×100

    這里磨損速率是指單位往復行程次數的厚度或重量的損失。

     

    8.3  噴磨磨損試驗法

        耐磨粒磨損性能通過用去的碳化硅質量或穿透膜層所需要的時間來測定,當依照附錄G G.2按GB/T 12967.1描述的方法測定時,最終的數值將最少是3次試驗的平均值。

    合格值在表2給出。

    硬質陽極氧化處理和耐磨性試驗之間的時間間隔應不少于24h,在這段時間內,試樣應存放于試驗環境中。

    表3 噴磨法耐磨試驗的合格值

    合金類別 平均相對耐磨粒磨損性能的合格值/%

    相對于標準試樣(見附錄C)

    第1類 ≥80%

    第2類(a) ≥30%

    第2類(b) ≥55%

    第3類(a) ≥55%或按協議定

    第3類(b) ≥20%或按協議定

    注1:由于表面條件或陽極氧化膜結構,膜層并不是總是適合進行耐磨粒磨損試驗。第3類合金極少要求做試驗,耐磨性合格值由供方和需方之間商定,并可能需要專門的標準片。

    注2:平均相對比耐磨粒磨損性能由以下公式給出

    平均相對比耐磨損性能=試驗@@的平均磨損速率/標準片的平均磨損速率×100

    這里,磨損速率是除去1μm厚膜層必須持續的時間(s)或用去磨料的質量(g)。

     

    8.4  TABER試驗法

    當按附錄B進行測定時,TABER試驗合格值在表4給出。

    表4 TABER耐磨粒磨損性試驗的合格值

    合金類別 合格值(最大質量損失)/mg

    第1類 15

    第2類(a) 35

    第2類(b) 25

    第3類 (見注)

    注:由于表面條件或陽極氧化膜結構,膜層并不是總是適合進行耐磨粒磨損試驗。第3類合金極少要求做試驗,耐磨性能合格值由供方和需方之間商定,并可能需要專門的標準片。

     

    9  維氏顯微硬度

    當按GB/T 9790在25μm~50μm的膜層上進行維氏顯微硬度測定時,最小值在表5給出。

    表5  維氏顯微硬度合格值

    合金類別 顯微硬度/HV0.05

    第1類 400

    第2類(a) 250

    第2類(b) 300

    第3類(a) 250

    第3類(b) 按協議定

    注:50μm以上的膜層厚度可能降低顯微硬度值,尤其是在外層。

     

    10  耐腐蝕性

    本試驗只用于封閉過的氧化膜。

    如需要(見附錄A)做腐蝕試驗,將陽極氧化膜按GB/T 10125(NSS試驗)試驗336h。

    一般具有50μm厚的陽極氧化膜在中性鹽霧中暴露336h后,除了夾具痕1.5mm以內或角落外不會出現任何腐蝕點。

     

    附錄A

    (規范性附錄)

    需方應向供方提供的信息

    需方應于適當時候向供方提供下列信息:

    a) 本標準號;

    b) 標明材料牌號和熱處理代號;

    c) 重要表面的區域;

    d) 所需陽極氧化膜的厚度;

    e) 接觸點(掛具痕)的合適位置和尺寸;

    f) 任何需要的特殊前處理或后處理(尤指封閉)(見附錄J);

    g) 最后的尺寸公差;

    h) 任何所需要的特性,例如耐腐蝕性、電絕緣性、表面擦傷的允許度、處理前后的批硬度或粗糙度;

    i) 任何擊穿電壓測量的要求(見附錄E);

    j) 抽樣程序(如果需要)(見附錄D);

    k) 任何對合格證和認可手續的要求(見附錄F);

    l) 任何特殊包裝和交付的要求(見附錄H)。

    附錄B

    (規范性附錄)

    TABER耐磨粒磨損性能試驗法

    B.1  磨輪的準備

    每次試驗后清潔磨輪,有S11紙磨50周。摘自:()中國涂裝設備網。

    每磨4周,用金剛石研磨機重修表面,應格外小心,盡可能少除去一些表面材料。

    處理后限一年內使用。

    B.2  試樣的準備

    硬質陽極氧化處理和耐磨性試驗之間的時間間隔應不少于24h,在這段時間內,試樣應存放于試驗環境中。

    B.3  程序

    將試樣置于輪臺上,其轉速設置為60r/min±2 r/min或70 r/min±r/min。鋁合金硬化處理

    裝好兩個CS17磨輪,每個負荷為1000g。

    在試樣的0.8mm~1.5mm內安置吸塵口。

    開始吸塵。

    設置周期旋鈕為1 000周。

    開始試驗。

    當設備停止,將試樣從輪臺上取下置于干燥器內。

    試樣稱量,精確到0.1mg(質量為m0)。

    再次將試樣置于輪臺上。

    裝好CS17磨輪,安置好吸塵口。

    開始吸塵。

    設置周期旋鈕為10 000周。

    開始試驗。

    當設備停止,將試樣從輪臺上取下置于干燥器內。

    記下試驗結束時的最終溫度和濕度。

    試樣稱量,精確到0.1mg(質量為m1)。

    B.4  結果的表示

    質量損失Δm(mg)由式B.1給出:

            Δm=(m0-m1)            …………………B.1

    式中:

    m0——試樣磨1 000周后的質量,單位為毫克(mg);

    m1——試樣繼續磨10 000周后的質量,單位為毫克(mg)。

    B.5  試驗報告

    試驗報告應包括如下內容:

    a)        本標準的參看資料

    b)        試樣的標識(包括合金)以及認可的參比試樣的標識;

    c)        質量損失的計算值;

    d)        試驗前后記錄的溫度和濕度;

    e)        任何與試驗處理相關的觀察結果、試樣或試驗區域的狀態。

     

    附錄C

    (規范性附錄)

    標準試樣的制備

    C.1  標準試樣制備

    通過磨光或拋光的鋁片作為耐磨粒磨損性能試驗的標準陽極氧化試樣。

    鋁牌號:Al99.5/1050A;

    厚度:至少2mm;

    倒圓:至少2mm。

    C.2  工藝條件

    前處理:脫脂(輕微堿腐蝕或酸浸蝕);

    陽極氧化:溶液成分;

    游離硫酸:180g/L±2 g/L;

    鋁離子:1 g/L~5 g/L;

    其余:去離子水。

    C.3  陽極氧化條件

    溫度:0℃±0.5℃:

    電流密度:3.5A/dm2±0.35 A/dm2

    強攪拌:用壓縮空氣;

    陽極氧化時間:40min;

    陽極氧化膜厚度:50μm±5μm。

    C.4  膜層不封閉,在空氣中干燥

    標準試樣垂直懸掛于水平安置在氧化槽的極杠上進行陽極氧化,保持整個陽極表面處于強力攪拌,使用波動不超過5%的平穩直流電。同槽陽極氧化的試樣數不多于20個,每個標準試樣的槽液不少于10L。

    做測試試驗時,一天至少要測試標準試樣一次。

     

    附錄D

    (規范性附錄)

    抽樣程序

    當需方希望確認一批或多批陽極氧化工件是否符合質量規定時,應根據ISO 2859-1給出的抽樣程序,按ISO 2859-0的規定進行抽樣。

    這樣,當同一生產線上進行陽極氧化的一套完整程序用于氧化生產3批以致更多批次的工件時抽樣程序將作為合格質量水平(AQL)的基礎,這個質量水平代表需方準備接受的誤差的平均百分率。

     

    附錄E

    (規范性附錄)

    擊穿電壓

    如需方需要(見附錄A),陽極氧化膜的擊穿電壓按GB/T 8754描述的方法進行測定,擊穿電壓最小合格值由供方和需方商定。

     

    附錄F

    (資料性附錄)

    鑒定和驗收程序

    當需要鑒定時,需方應在生產開始前準備好驗收所需的樣件或試片。根據商定的鑒定步驟進行鑒定,按照鑒定需要測試各項目。除非需方認可,不允許修改鑒定步驟。

     

    附錄G

    (資料性附錄)

    耐磨粒磨損性能試驗

    G.1  輪式耐磨性能試驗法

    采用GB/T 12967.2描述的試驗方法進行耐磨粒磨損性能試驗,顯示出硬度與表面密度之間有很好的相關性,說明這是一種較好的試驗方法。但是較高的耐磨性能需要較大的負荷。膜層表面粗糙度的增加會引起測量的困難,對于2μm~3μm突起的膜層,需以100個往復形成的預磨以除去3μm膜層,保證起點的重現性。

    第2(a)類合金比第1類合金耐磨性能低,所以可給定較少的試驗往復行程數,大約每400次往復行程除去5μm膜層(見GB/T 12967.2)。

    較高的硬質陽極氧化膜的耐磨性能需要較大的負荷和較粗的碳化硅砂紙(240目)。對于某些用途,采用協議參比試樣的比較耐磨性能試驗可能更好(見GB/T 12967.2—1991第7章第3款)。

    G.2  噴磨耐磨性能試驗

    噴磨耐磨性能試驗法特別適用于那些形狀復雜、不規則的工件。GB/T 12967.1描述的這種方法允許使用兩種不同的噴嘴裝置。GB/T 12967.1—1991中圖2描述的噴嘴使用高的空氣速度和低的空氣流量。這樣將導致很快的磨損速率,有可能在通常的測量時間內穿透膜層。

    GB/T 12967.1—1991圖3中描述的噴嘴裝置使用低的空氣速度和高的空氣流量。這樣需要很長的試驗時間,而通常測量的是穿透膜層用去的磨料量。

    表G.1  噴磨耐磨性能試驗中使用的噴嘴的比較

    噴嘴 GB/T 12967.1—1991圖2 GB/T 12967.1—1991圖3

    空氣壓力/kPa 15 15

    空氣流量/(L/min) 15±1 67±2

    磨料網目規格/(μm) 106 150

    磨料流量/(g/min) 25±1 25±1

     

     

    附錄H

    (資料性附錄)

    陽極氧化工件的包裝和儲運

    H.1  包裝

    陽極氧化工件的包裝須保證其在裝運過程中得到保護并儲存中不致由于保管不善、放置于露天或其他通常有害的環境中受到損害。

    H.2  儲運

    陽極氧化工件按照工業上通常的慣例來準備,要能滿意地搬運并安全運到交貨地點。包裝要按照適合運輸的原則和規章來進行。

     

    附錄J

    (資料性附錄)

    工藝控制

    所使用的設備與工藝須能得到滿足本標準要求的陽極氧化膜。除非另有約定,工藝條件須由供方確定。

    J.1 (非強制性的)

    屏蔽保護的目的是為了使工件的某些制定區域不被處理,特別是那些含有不是鋁,而是鋼、銅或有機材料制作的工藝。

    不同的適用技術包括:

    ——蠟;

    ——油漆或涂料;

    ——機械保護;

    ——傳統的陽極氧化的使用(例如鉻酸陽極氧化)。

    J.2  上夾具

    夾具以鋁合金或鈦合金制作,這樣易于緊固工件以確保良好的電接觸和機械接觸。

    J.3  脫脂

    表面需要清除去油脂、氧化物、水銹及其他污物。不同的脫脂方法包括:

    ——溶劑浸漬脫脂;

    ——蒸汽脫脂;

    ——堿或酸脫脂。

    J.4  浸蝕或腐蝕(非強制性的)

    浸蝕或腐蝕除去表面的氧化皮,但會引起表面粗糙,故在硬質陽極氧化前很少使用。如有必要,應使用適當的酸溶液。

    J.5  噴丸硬化(非強制性的)

    硬質陽極氧化將導致鋁合金抗疲勞性降低。陽極氧化前噴丸硬化可以減少抗疲勞性的損失。

    J.6  硬質陽極氧化

    硬質陽極氧化通常在下列條件下進行:

    ——電解質:槽液通常由硫酸和去離子水(有或沒有一種或幾種添加劑)組成;

    ——攪拌:強而均勻的攪拌對于工件表面的散熱是重要的;

    ——溫度:通常在-10℃~+5℃范圍內;對于某些特殊的工藝,上限溫度可達到+20℃;

    ——電流:使用的電流可以是直流、交流、直流疊加交流或脈沖電流。

    J.7  封閉(非強制性的)

    當硬度、耐磨性能和耐腐蝕性能之間必須綜合考慮時,通常以沸水(有或沒有添加劑)進行封閉。封閉一般會降低陽極氧化膜的耐磨性和顯微硬度,并導致裂紋。

    J.8  機械精飾(非強制性的)

    工件可使用研磨或拋光以達到精確尺寸或改善其表面粗糙度。

    J.9  浸滲(非強制性的)

    二硫化鉬、聚四氟乙烯或其他適當的材料可以用在硬質陽極氧化膜上以改善其摩擦特性。

    J.10 溶液控制

    陽極氧化溶液:陽極氧化溶液的成分根據化學分析控制,當溶液使用時,至少每周調整一次溶液成分,使其保持在規定的范圍內。

    封閉溶液:對于封閉溶液,pH值、電導率或添加劑濃度需控制在適當值,至少每周測試一次,將其保持在規定的范圍內鋁合金硬化處理

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