镁合金表面处理微弧氧化技术

物质通过放电通道向
外喷出，遇到冷的电解液 后而冷却凝固，这一个放 电就终止了。
（ g）
上述过程同时也在其他 部位发生。
（ h）
图2 微弧氧化机理示图
各个微区放电所产生的
物质（主要是氧化镁）连接
在一起而形成一层氧化膜层。
（i）
未能跑出的等离子气体
高温高压的作用有一小 部分的等离子气体突破膜层 向外逸出。
镁合金微弧氧化技术
主要内容：

镁合金

表面处理技术
微弧氧化技术 微弧氧化技术的工艺


一、镁合金
1、镁
镁是地球上储量最丰富的元素之一，在地壳表 层金属矿的含量为2.3%。纯镁为银白色金属，其熔 点是651℃，密度为1.75—1.85g／cm3，仅为钢的 1/4，铝的2／3，是最轻的工程金属。
但是纯镁力学性能很差，不能用来做结构材料，经过 合金化及热处理以后，其强度大大提高，得到了广泛应 用。
Si 0.1，Cu 0.03，Ni 0.002，Fe 0.005，其他杂质0.02，余
量为Mg。
3、镁合金的特性 ：
良好的机械加工性能； 抗冲击和抗压缩能力强； 良好的阻尼减震性能；
[2]
优良的导电、导热性能； 良好的电磁屏蔽性能； 良好的尺寸稳定性； 无污染，对环境无影响。
4、镁合金的应用
汽车、摩托车、飞机零件，如：汽车离合器外壳、变 速箱外壳、变速箱上盖、发动机罩盖、Байду номын сангаас向盘、座椅支
现有的镁合金表面处理技术主要有[3]：化学转 化处理；阳极氧化；金属镀层处理（电镀）；微弧 氧化处理；激光处理；冷喷涂；等离子注入法等。
1、阳极氧化
阳极氧化是在相应的电解液和特定的工艺条件 下，以镁合金为阳极，通过外加电流在镁合金表面 上形成一层氧化膜的过程。
2、化学转化
表面化学转化技术是指通过化学手段使金属与某 种特定的化学处理液相接触，从而在金属表面形成一 层附着力好、能保护合金免受水和其他腐蚀介质的影 响的膜层，或能提高有机涂膜的附着性和耐老化性， 或能赋予表面其他性能的化合物膜层的技术。
微弧氧化机理
镁合金工件
+
金属阴离子
+ + + + +
电解液中的金属阴离子
（a）
在镁合金基体表面沉积。
（ b）
图2 微弧氧化机理示图
+
（c）
（ d） 图2 微弧氧化机理示图
+
＋ ＋ ＋ ＋ ＋
产生微电弧火花
沉积的金属阴离子经
电流产生的高温生成一层
氧化物绝缘层（氧化膜）。 电极间电压超过某一
临界值时，氧化膜某些薄
架、车门内板、轮辋、转向支架、刹车支架；
航空航天、电子、军事以及核能； 计算机和通讯设备，如：笔记本电脑、手机、MP3。
汽车配件
通讯设备
餐具
最新的LED技术照明系统
专用监控摄像系统
二、表面处理技术
镁合金的电极电位很低，极易被腐蚀。虽然镁合 金在大气中能自然形成碱式碳酸盐膜，但这种自然氧 化膜不足以防止恶劣环境下的腐蚀，所以镁合金作为 结构材料和壳体时，必须采取可靠的表面防护措施， 提高镁合金的耐蚀性。
3、电镀
电镀是在电场电流的作用下，溶液中的金属离子 迁移到阴极表面发生还原成新相（镀层）的过程。是
一种用电化学方法在镀件表面上沉积形成金属和合金
镀层的工艺方法。
4、微弧氧化技术
微弧氧化技术是一种直接在有色金属表面原位生 长陶瓷层的新技术。它是在阳极氧化的基础上发展
起来的一种新的表面处理技术。
化学转化处理、阳极氧化和金属镀层处理，对
3 微弧氧化后处理工序
由于微弧氧化陶瓷层表面分布着大量的微孔，为了 进一步提高陶瓷层的耐蚀性，在微弧氧化后都要对镁合 金表面进行封孔处理，封孔有利于提高微弧陶瓷层的耐 蚀能力，同时也可以增加膜层的色泽，改善膜层的美观 性。
常用的封孔剂有去离子水、石蜡、丙稀酸、环氧树
脂或酚醛清漆。去离子水封孔是将微弧阳极氧化后 的镁合金置于沸水中煮大约10min；有机物封孔, 用 丙酮将环氧树脂或酚醛清漆稀释，将微弧阳极氧化 后的镁合金在有机溶液中反复浸渍多次，然后晾干。
（ j）
放出大的局部电弧
图2 微弧氧化机理示图
因此，在膜层的表面留 下许多气孔空隙，同时高温 高压的环境造成膜层表面有 一些缺陷。 所以膜层的表面是比
（ j）
较疏松的，而内部受到的
影响较少，膜层内部比较
致密。
图2 微弧氧化机理示图
3、陶瓷膜的结构
微弧氧化陶瓷膜有外向里依次是： 疏松层，致密层，界面层（过渡层）
结束语：
镁合金微弧氧化技术作为一种新的表面处理技术，
它的应用前景是非常广阔的。该技术的关键是根据微弧 氧化工艺参数对微弧陶瓷层的生成及其耐蚀性影响的定
性规律，确定最佳工艺参，这是国内外学者研究的重点。 因此我们应该加强这方面的投入和研究。
谢 谢！
2、镁合金的牌号及组成
镁合金的牌号一般由两个字母代号和两个数字构 成。两位上述字母代表该合金的主要组成成分，而 后两位数字则是这两个字母对应的两组的质量分数
[1]
。
例如： AZ91表示该镁合金大约含9%的铝和1%的锌。
常见镁合金的组成： MB8镁合金（质量分数，%)：Al 0.2，Mn 1.3~2.2，Zn 0.3，Ce 0.15~0.35， Ni 0.07 ，Si 0.1，杂质 0.3 ，余量为 Mg 。 AZ91D镁合金 ：Al 8.3~9.7，Zn 0.35~1.0，Mn 0.15~0.5，
2、微弧氧化机理
微弧氧化电源 + 电压/电 流检测
工 件
压缩空气
信号采集器
冷却水出
冷却水进
图1 微弧氧化装置简图 [4]
不锈钢槽，接电源负极；
用压缩空气或螺旋桨进行搅拌，使整个电解液的浓度和 温度均匀； 用不锈钢或塑料板制成冷却水夹层，微弧氧化时不断通 冷水，这是由于该过程中要求的电解液的温度不要过高。
弱部位被击穿，发生微区 弧光放电现象。
含氧的电解液离子
在膜内放电通道所形
成的微区，电解液通过扩
散作用进入微区。 微区温度很高（可达
（e）
等离子体反应后 形成的熔融状粒子
2000℃以上），再加上高电 压，使的基体镁和电解液形
成等离子体，发生等离子化
学反应，而形成熔融状的物 质。
（ f）
图2 微弧氧化机理示图
镁合金微弧氧化处理是被认为最有前途的镁合金 表面处理方法。微弧氧化处理与其它表面处理工艺相
比具有以下优点：
工序简单
处理工件效率高
处理成本不高于其它表面处理工艺
对环境无污染，符合当前清洁工业的发展要求等优点
三、微弧氧化处理技术
1、概念
所谓微弧氧化就是将镁合金置于电解质溶液中， 利用电化学方法在该材料的表面产生火花放电现象， 在热化学、等离子体化学和电化学的共同作用下， 生成陶瓷膜层的方法。
清洗 一般在除油处理后用清水对镁合金表面进行清洗，
以冲洗掉残剩的污物，除掉表面不必要的成分，提高
微弧氧化处理的质量。
2 微弧氧化工序
将经过前处理镁合金放入微弧氧化处理液中， 接好阴极，打开设备的电源开始微弧氧化。
这一道工序的关键是，在微弧氧化处理之前， 依据微弧陶瓷层受各个参数影响的规律，通过做大 量的实验和对实验数据的分析，经过不断的测试、 调试、改进等大量严密的科学工作，最终得到一套 微弧氧化技术的最佳参数。
图3 陶瓷膜层的表面形貌图和截面图[6]
四、微弧氧化表面处理的工艺
微弧阳极氧化技术同其它表面处理的工艺基本 相同。分为三道大的工序：前处理工序，微弧氧化
工序，后处理工序[7]。
1 前处理工序
与其它镁合金表面处理技术相比较，微弧氧化前
处理比较简单，包含除污与清洗两个工序。
除污 用碱溶液、电解、超声波等方法除去镁合金基体 表面的油或脂以及表面可能粘附着尘埃、铁屑颗粒等 杂物。
镁合金件的预处理要求都比较严格，表面必须是清
洁无污染物，否则会影响镀层效果和镀层与基体间 的结合力；尤其对于金属镀层处理，表面还需经过 活化处理。因此，这三种工艺的前处理工序非常复 杂。
另外，传统的化学转化处理工艺中含有六价铬离
子，具有毒性，污染环境，在生产中危害人类身体健 康。因此，这种方法已经被淘汰； 阳极氧化是在镁合金表面形成的氧化膜，它较 化学转化膜厚，硬度高，膜层具有多孔特征，但膜层 质脆而容易破裂，一般都是与其他表面处理的方法一 起使用。