微弧氧化技术重难点详解

微弧氧化技术重难点详解

微弧氧化又称微等离子体氧化，是通过电解液与相应电参数的组合，在铝、镁、钛及其合金表面依靠弧光放电产生的瞬时高温高压作用，生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层。具有材料表面硬度高、耐磨性能好、工艺可靠、设备简单、操作方便等特点。

近年来,铝合金微弧氧化技术在纯铝、铝镁合金、铝硅合金、铝铜镁合金以及铝基复合材料等基体上取得突破。通过这种工艺可以给金属加工多种微弧氧化膜涂层，包括耐腐蚀涂层，耐磨涂层，电防护涂层，装饰涂层，光学涂层等，微弧氧化技术已经在航空航天、兵器、医疗设备、仪表仪器、化工机械设备、汽车工业以及3C产品等许多领域广泛应用。

微弧氧化是从普通阳极氧化发展而来，他突破了传统的阳极氧化电流、电压法拉第区域的限制，把阳极电位由几十伏提高到几百伏，氧化电流从小电流发展到大电流，由直流发展到交流，致使在样品表面上出现电晕、辉光、微弧放电、甚至火花放电等现象。微弧氧化装置包括专用高压电源、氧化槽、冷却系统和搅拌系统。氧化液大多采用碱性溶液，对环境污染小。溶液温度以室温为宜，温度变化范围较宽。溶液温度对微弧氧化的影响比阳极氧化小得多，因为微弧区烧结温度达几千度，远高于槽液。

以下是微弧氧化的工艺特点：

1.工艺过程简单，占地小、处理能力强，生产效率高。

2.无毒环保，该液体不含有毒物质和重金属。再生重复使用效率高。

3.提高工件表面硬度、增强耐磨性能

4.抗腐蚀性能、绝缘性能优良。

5.通过改变工艺参数可得到不同特性的氧化膜层。如致密性、膜层厚度、抗腐蚀性，绝缘性等。

6.通过改变液体成分，可使膜层有特种性能，或得到不同颜色。

7.该工艺可代替阳极氧化，且效果远远优于阳极氧化。

微弧氧化膜的性能与膜层的表面质量和膜层总厚度及膜层中致密层和疏松层的比例密切相关。致密层占总膜厚的比例越大,膜的硬度和耐磨性、耐蚀性越好。

微弧氧化膜具有特殊的多孔质结构,使得它在金属材料功能化方面有着巨大的应用潜力,如在微弧氧化膜的细孔中填充润滑性物质,可以作为性能优良的减摩抗磨材料。下面列出了影响微弧氧化膜层性能的主要因素：

电流密度：(1)电流密度越大，氧化膜的生长速度越快，膜厚度不断增加,但易出现烧损现象；(2)随着电流密度的增加,击穿电压也升高,氧化膜表面粗糙度也增加；(3)随着电流密度的增加,氧化膜硬度增加。

氧化时间：(1)随着氧化时间的增加,氧化膜厚度增加,但有极限氧化膜厚度；

(2)随着氧化时间的增加,膜表面微孔密度降低，但粗糙度变大。如果氧化时间足够长,达到溶解与沉积的动态平衡,对膜表面有一定的平整作用,表面粗糙度反而

会减小。

氧化电压：(1)低压生成的膜孔径小、孔数多,高压使膜孔径大,孔数少,但成膜速度快；(2)电压过低,成膜速度小,膜层薄,膜颜色浅,硬度也低。电压过高,易出现膜层局部击穿,对膜层的耐蚀性不利。

电源频率：(1)高频时,膜生长速率高,但厚度较薄。高频下组织中非晶态相的比例远远高于低频试样；(2)高频下孔径小且分布均匀,整个表面比较平整、致密。低频下微孔孔隙大而深,且试样极易被烧损。

溶液温度：(1)温度低时,氧化膜的生长速度较快,膜致密,性能较佳,但温度过低时,氧化作用较弱,膜厚和硬度值都较低；(2)温度过高时,碱性电解液对氧化膜的溶解作用增强,致使膜厚与硬度显著下降,且溶液易飞溅,膜层也易被局部烧焦或击穿。

溶液酸碱度：酸碱度过大或过小,溶解速度都加快,氧化膜生长速度减慢,所以一般选择弱碱性溶液。

溶液浓度：溶液浓度对氧化膜的成膜速率、表面颜色和粗糙度都有影响。

溶液电导率：溶液电导率对微弧氧化膜的生长速度和致密度都有影响。

溶液组分：不同溶液体系对微弧氧化膜的生长速度、表面粗糙度、硬度、电绝缘性等均有影响。

基体合金：基体成分影响膜成分和相结构,微弧氧化工艺等。如铜和镁等合金元素可促进微弧氧化,而硅则有碍铝的微弧氧化。特别是对于高硅铸铝合金

(Si≥10%),随着硅元素含量增高,合金中硅相数量增多,微弧氧化工艺难以实现总之,影响微弧氧化膜生长和性能的因素很多,有待于系统而深入地研究,以弄清楚各因素对膜性能的影响规律,使得不同性能要求下的微弧氧化工艺更具有可重现性。