微弧氧化的原理及应用

1、余乐余乐 陈国义陈国义张小丽张小丽陈婷陈婷 李淑星李淑星朱金振朱金振赵晗赵晗 尚秋顺尚秋顺高潜潜高潜潜申楠申楠 翟海涛翟海涛 李飞李飞中科院上海硅酸盐所中科院上海硅酸盐所微弧氧化（微弧氧化（Micro-arc oxidation）脚接地气脚接地气应应用用举举例例不食人间烟火不食人间烟火微弧氧化（微弧氧化（Micro-arc oxidation）微弧氧化（微弧氧化（MAO）技术简介）技术简介起源：起源：20世纪世纪30年代首次在阳极氧化中发现，年代首次在阳极氧化中发现，70年年代得到重视和研究，国内于代得到重视和研究，国内于90年代引进该技术。年代引进该技术。适用范围：适用范围：Al，Nb，Ti

2、，Mg等等阀金属阀金属及其合金及其合金铝合金表面不同颜色微弧氧化陶瓷层的制备工艺研究D，吉林大学，2011放电过程放电过程Plasma electrolysis for surface engineeringJ，Surface and Coatings Technology 122 (1999)MAO主要特点主要特点（1）工艺简单，可以处理各种形状复杂的工件，对环境基）工艺简单，可以处理各种形状复杂的工件，对环境基本无污染；本无污染；（2）通过改变工艺条件（）通过改变工艺条件（电参数、电解液参数电参数、电解液参数），可以很），可以很方便地调整陶瓷层的微观结构、特征，进而可实现陶瓷层方便地调整陶

3、瓷层的微观结构、特征，进而可实现陶瓷层的的功能设计功能设计；（3）处理效率高，一般阳极氧化获得）处理效率高，一般阳极氧化获得 50m 左右的陶瓷层左右的陶瓷层需要需要 12h，而微弧氧化只需，而微弧氧化只需 3060min；（4）微弧氧化膜层含高温变相成分，具有硬度高、耐磨性）微弧氧化膜层含高温变相成分，具有硬度高、耐磨性好的特点；好的特点；（5）陶瓷层在基体上）陶瓷层在基体上原位生长原位生长，与基体以冶金方式进行结，与基体以冶金方式进行结合，无明显的界限，结合力强，不易脱落；合，无明显的界限，结合力强，不易脱落；（6）膜层整体综合性能指标好，可同时实现耐腐蚀、耐磨）膜层整体综合性能指标好，可

4、同时实现耐腐蚀、耐磨损、高绝缘性能、高硬度、低摩擦系数等性能指标，此外损、高绝缘性能、高硬度、低摩擦系数等性能指标，此外还能实现隔热、催化、抑菌、亲生物等性能；还能实现隔热、催化、抑菌、亲生物等性能；MAO铝合金着色膜合成流程铝合金着色膜合成流程黄浩等.铝合金微等离子体氧化着色工艺研究J.有色金属加工.2008电参数电参数电解液参数电解液参数阳极：阳极：6063铝合金铝合金电压：低压保持后增至电压：低压保持后增至300V时间：时间：40min温度：温度：40以下以下Na2SiO3:8g/LNaOH:2g/L柠檬酸钠柠檬酸钠:2g/LNa2WO4: 2g/L性能良好的性能良好的蓝绿色蓝绿色涂层涂

5、层不同颜色膜层的获得不同颜色膜层的获得氧化膜的色泽主要由氧化膜中形成的金属氧化物及其氧化膜的色泽主要由氧化膜中形成的金属氧化物及其盐类结构的类型和浓度所决定。盐类结构的类型和浓度所决定。常用着色剂常用着色剂涂层颜色涂层颜色铁氰化钾铁氰化钾黑色、褐色、暗红色黑色、褐色、暗红色Na2WO4蓝蓝/紫绿色、黄色紫绿色、黄色NH4VO3红褐色、橙红色、黑色红褐色、橙红色、黑色 KOH+H3B3黑色黑色六氰合铁六氰合铁(II)酸钾酸酸钾酸黑褐色黑褐色KMnO4黑色、黄色、咖啡色黑色、黄色、咖啡色K2Cr2O4绿色绿色CuSO4棕色棕色CoSO4天蓝色天蓝色Investigation of the grow

6、th processes of coatings formed by AC plasma electrolytic oxidation of aluminum. Electrochimica Acta 54 (2009) 67676778掺杂及物相组成掺杂及物相组成MAO钛合金医用涂层合成流程钛合金医用涂层合成流程电参数电参数电解液参数电解液参数阳极：工业纯阳极：工业纯Ti电压：脉冲直流，电压：脉冲直流，160600V可调可调时间：时间：3minCa(CH3COO)2 H2O :0.15mol/LCaC3H7O6P :0.02mol/L性能良好的二氧化钛涂层性能良好的二氧化钛涂层Improve

7、d biological performance of Ti implants due to surface modification by micro-arc oxidation. Biomaterials 25 (2004) 28672875典型表面形貌典型表面形貌Micro-arc oxidation treatment to improve the hard-tissue compatibility of Ti29Nb13Ta4.6Zr alloy. Applied Surface Science,Volume 262, 1 December 2012, Pages 3438Impro

8、ved biological performance of Ti implants due to surface modification by micro-arc oxidation. Biomaterials 25 (2004) 28672875体外实验：细胞增殖与分化体外实验：细胞增殖与分化Improved biological performance of Ti implants due to surface modification by micro-arc oxidation. Biomaterials 25 (2004) 28672875活体实验：生物相容性活体实验：生物相容性总

9、结总结Why应用广泛应用广泛脚接地气脚接地气不食人间烟火不食人间烟火工业生产工业生产HTC ONE SWhenWhere起源起源What原理原理适用范围适用范围How工艺流程工艺流程Al2O3着色膜着色膜TiO2医用膜医用膜参考文献参考文献【1】李佳庆.铝合金表面不同颜色微弧氧化陶瓷层的制备工艺研究 D .吉林大学.2011【2】A.L. Yerokhin, X. Nie, A. Leyland, A. Matthews,*, S.J. Dowey . Review Plasma electrolysis for surface engineering J .Surface and Coati

10、ngs Technology 122 (1999) 7393【3】王彩丽.镁、铝合金微弧氧化彩色膜的制备D.沈阳理工大学.2009【4】黄浩,邹洪流,胡正前.铝合金微等离子体氧化着色工艺研究J.有色金属加工.2008第37卷第4期4042页【5】E. Matykina, R. Arrabal, P. Skeldon, G.E. Thompson. Investigation of the growth processes of coatings formed by AC plasma electrolytic oxidation of aluminium. Electrochimica Acta 54 (2009) 67676778【6】Yusuke Tsutsumia,Mitsuo Niinomib,Masaaki Nakaib,Harumi Tsutsumib, Hisashi Doia,Naoyuki Nomuraa, Takao Hanawa. Micro-arc oxidation treatment to improve the hard-tissue compatibility of Ti29Nb13Ta4.6Zr alloy. Applied Surface Science,Volume 262, 1 December 2012, Page