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铝阳极氧化如何满足制动钳当前与未来的要求

信息来源:ddduuu.com  时间:2018-07-11  浏览次数:291

随着铝质汽车制动器部件的市场份额不断增加,市场对相关零部件的质量要求也在不断提高。像防腐蚀保护和物理外观改良等因素对于产品短期及长期的使用性能及系统的可靠性极为重要阳极氧化工艺在实现这些性能方面发挥着至关重要的作用。

 

鉴于铝合金制动部件构成上的特点,阳极氧化工艺对层有一些要求,同时这也对工艺供应商提出了一些特殊要求。因此,阳极氧化铝卡钳不仅需要满足各项要求,更需要符合未来引领汽车行业工艺和性能提升趋势的要求。

 

阳极氧化的制动钳如何提高性能

 

当前在汽车制动部件的制造材料中铝合金占据很大比例。市场对这种制动部件(见图1)的质量要求不断提高汽车制造商既需要确保系统的可靠性,同时还要满足耐腐蚀性和装饰性能要求。

 

鉴于制动件的铝合金成分和严格的质量要求,阳极氧化应用商和工艺供应商面临前所未有的特殊要求。

 

图1:盘式制动系统示例,制动钳为红色

 

八成车辆配置盘式制动器  市场前景广阔

 

2016年,中国生产了9,200多万辆乘用车,其中80%配备了盘式制动器其中约20 %(1,500万辆)装有铝质制动部件。

 

其中一个示例是制动钳壳体现代汽车制动系统通常使用铸铁产品或铸铁支架与铝质制动钳壳体的组合产品。为了获得与同类卡钳相同的强度,铝质卡钳的尺寸通常比铸铁卡钳更大,即便如此,铝质卡钳的重量仍然要比铸铁卡钳小一些。

 

由于空间限制和所施的力较小,铝质制动壳体多用于中小型车辆,通常仅用于后轴。在较大型的车辆中,由于可用空间较大,可采用体积更大的部件,这意味着铝质制动卡钳可以安装在前轴上。

 

制造商通常会使用电镀镀层(例如锌或锌镍和/或漆)进行表面处理,这不仅可以保护铸铁制动器免受腐蚀,同时为了美化其外观, 图2和3展示了此类镀层外观VDA 237 – 300制动钳表面防护指南,是大部分产品规范的基础不过,此类镀层的质量和供应情况因车辆类型和规格而异。2通常情况下,批量生产的汽车没有任何特别的腐蚀要求。因此,铝质制动壳体无需进行表面处理,或者仅需钝化处理。

 

对于质量要求较高的车辆,铝质制动钳可采取阳极氧化处理,以提高产品的防腐性和耐磨性并改善其外观。此外,由于铝制制动壳体表面可在阳极氧化过程中着色或在处理完成后漆,制动钳的装饰性能可得到进一步提高。

 

图2:铸铁制动钳

 

图3:镀锌铸铁制动钳

 

根据汽车应用需求量身定制34

 

汽车应用对于所需的保护类型和相应的处理方式有一定的要求。例如,无处理、涂漆、普通阳极氧化和硬质阳极是有区别的。 此类应用使用特定的铝合金,合金总含量最大为10 %,铜含量最大为2 %。当铜含量为5%最大时, 需采用硬质阳极氧化。AlSi7Mg和AlSi5Cu4等合金已被证明特别适用于制动部件。由于表面各不相同,因此必须考虑每种表面的不同要求

 

大部分低价值汽车装配的是铝质卡钳,对于腐蚀防护或美观度要求较低。因此,这类卡钳在铸造和机加工之后不会进行表面处理。虽然这会影响到汽车的外观,但腐蚀并不会对部件功能产生不利影响。

 

兼具美观与防腐的涂漆表面

 

美观度和长期防腐性能来说,制动钳壳体的涂漆处理很重要。可视区域是指车轮中直接可见的组装部件其美学方面的考虑最为重要,该区域要求拥有完美的表面。在直接视野区域,业界对制动器表面的喷涂设计及功能、性能不断提出更高的要求(见图4)。制动钳壳体的表面需具有均匀的颜色和结构类似于零件(例如制动钳架)表面。从功能的角度来看,涂漆部件的要求与未涂漆的卡钳相同。

 

喷漆前,首先对零件进行无六价铬钝化预处理。此流程完成后,对部件进行涂漆、机加工,然后进行阳极氧化处理。

 

 

 

图4:制动器的可视区域

 

阳极氧化表面的要求及相关标准

 

对于阳极氧化表面,氧化层厚度通常为5-25μm (0.6-1mil)。由于公差要求严格,设计师在设计部件时会考虑到阳极氧化工艺会影响到原材料这一点。阳极氧化的要求并不总是适用于整个部件,通常会限于主要的表面区域。阳极氧化完成后,部件表面至少须达到光滑且无污渍的要求。

 

阳极氧化表面的要求和相关标准包括:

· 外观和颜色(一致)

· 氧化层厚度(UNI EN ISO 2360或UNI EN ISO 1463)

· 尺寸/公差(依图纸而定)

· 粗糙度(依图纸而定)

· 耐腐蚀性(UNI EN ISO 9227或ASTM B117)

功能(依公司而定)

耐光性(ISO 2135)

耐液体性(汽油、清洁剂,如UNI EN ISO 2812- 1)最常用于涂漆表面

耐高压清洗(依公司而定)最常用于涂漆表面。56

 

根据具体应用情况,普通的阳极氧化镀层通常被用于制动钳壳体,其中硬质阳极氧化通常应用于需要拥有高耐磨性和中等耐腐蚀性的部件,例如活塞。阳极氧化可以是无色的,或者阳极氧化膜可以通过有机染料给氧化层染色。

 

按照高腐蚀防护要求,汽车制动钳或部件的氧化层的建议厚度一般为15 - 25μm ( 0.6 - 1ml ),硬质阳极氧化30μm (1.2ml )。应在机加工表面上进行层厚测量,以确保获得的结果足够精确,推荐使用UNI EN ISO 2360认证的涡流法或UNI EN ISO 1463微观方法。

 

依据UNI EN ISO 9227或ASTM B117标准耐蚀性是阳极氧化处理的另一个重要要求,通过中性盐雾(NSS)试验来确定。中性盐雾试验要求取决于阳极氧化层的厚度和封闭类型,但通常在120小时至480小时之间以产生小于1 %的白锈。

 

对于最高等级的要求,可要求720小时的中性耐腐蚀性实验产生的白色腐蚀小于5 %。7必须在阳极氧化至少48小时之后再对封闭质量进行评估,并根据ISO2143进行颜色丢失试验分析:2017年(最高:评级1)。8

 

阳极氧化处理的工艺参数

 

汽车制动钳的阳极氧化过程通常遵循一组标准规则。根据要求,部件可首先进行喷砂、机械研磨或抛光等处理。电解抛光可用于小部件,以增加氧化物层的均匀性并改善其外观。作为阳极氧化前的预处理,制动卡钳必须进行除油去黑膜处理,有时还会进行增亮处理。

 

具有防腐蚀性能的阳极生成的氧化物层需要进行封闭。最常见的方法是,首先使用含镍封闭,随后实施热水封闭,采用二者组合的形式。在使用热水封闭流程中,需要在至少96℃ 的温度下的去离子水中持续浸泡以3分钟/微米层厚计算。或者先在至少60℃ 的热水里封闭,随后进行冷封闭。根据标准要求,也可以采用化学三价铬处理(随后的热水封闭的使用与否视情况而定)。

 

下表展示了对制动器壳体进行20μm(0.8 mil)厚的正常阳极氧化处理,随后封,以达到在AlSi7Mg上实现480 h NSS的高腐蚀保护的工艺。

工序

参数范围

注释

脱脂

60 - 65;5分钟

 

 

 

氢氧化钠50g /升
60°C;60-90 秒

铝30-50g/升

 

 

去黑膜

环境温度;60秒

 

阳极氧化

180 - 200克/升H2SO4;
19°C;60分钟

铝3-15g/升

 

 

可选有机着色

根据需要定制

 

纯水

 

 

预封

60;10分钟

镍预封

纯水

 

 

冷封

环境温度最高28;10分钟

镍封

水洗(老化)

60°C

 

表1:正常阳极氧化的工艺实例。9

 

这个示例中,首先对制动器壳体进行25μm(1mil)厚的硬质阳极氧化,随后进行钝化,以提供高腐蚀保护,制动器型号为AlSi7Mg中性盐雾试验实现了120 h < 1 %白锈和720 h < 5 %白锈。

 

工序

参数范围

注释

脱脂

60 - 65;5分钟

 

 

 

还原

30°C;2,5分钟

 

阳极氧化

180 - 200克/升H2SO4;
8,5°C;65分钟

铝 3-15g/升

 

 

钝化

40°C;6分钟

铬3 +

表2:硬质阳极氧化工艺实例。10

 

行业市场未来趋势

 

随着人们化学产品对环境的影响越来越关注,安全问题也越来越备受重视。 市场对能在低温环境下工作且满足立法要求的不含封闭工艺的需求量正逐步增长。此外,主机厂期望他们供应商提供的制程,能同时满足高防腐蚀要求。领先的系统供应商已开始对相关研发项目进行投资以开发相关解决方案;然而,目前可使用的工艺尚无法满足全部市场需求。

 

另一个关键趋势是制动系统部件的外观需要一致。酸性锌镍涂层铸铁架和阳极氧化铝质制动钳的外观是不同的,目前市场仍然没有普遍可接受的解决方案,如下图5所示。

 

麦德美乐思工业解决方案公司(MEIS)对其处于领先水平的研发项目做了大量投资,以制定出能够应对此类行业挑战的长期计划,为制造商及其客户提供高质量产品。例如,麦德美乐思公司开发了一系列无硼脱脂剂、无硝酸去黑膜和耐高PH封闭剂,以满足当前和未来市场的需求。

 

 

图5:镀锌铸铁(上部)与阳极氧化铝(下部)

 

目前,铝质部件的质量已成为关注点,而阳极氧化已成为最终流程的首选工艺。因此镀层应用商和工艺供应商需要更加密切地合作,确保开发出最佳工艺,并使其在全球范围内遵守相关环保法规,以满足主机厂的更复杂的要求。

 

麦德美乐思公司团队积极响应主机厂和立法者的要求,开发出了不含硼和不含更加环保工艺和产品。除阳极氧化工艺外,麦德美乐思公司还可提供电镀工艺,当应用商应用麦德美乐思产品时,其独一无二的特性赋予应用商强有力的竞争优势。麦德美乐思OEM团队与主机厂,一级供应商以及客户直接合作,提供一流的技术和专业知识助力合作伙伴实现卓越运营和流程创新。


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关于我们 

麦德美乐思工业解决方案是麦德美乐思性能解决方案的一个分支。本公司为客户提供表面处理的化学工艺解决方案,以提高产品在日常使用中的性能。麦德美乐思的化学工艺、材料和层能够保护和提升应用于汽车、航空、建筑、石油和电子工业中的零部件性能。凭借精湛的工艺和和独特的刹车和紧固件质量保证体系,麦德美乐思为全球范围内的汽车工业提供卓越、全球统一标准的表面处理工艺


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