2-2014微弧氧化技术的研究与应用

1、微弧氧化技术,1、微弧氧化技术,微弧氧化(Microarc oxidation，MAO) 又称微等离子体氧化(Microplasma oxidation， MPO),1.微弧氧化技术,通过对脉冲电参数和无重金属元素加入的电解液的匹配调整，在阳极表面产生微区弧光放电现象，进而在Al、Mg、Ti等金属表面原位生长出一层以基体金属氧化物为主的陶瓷层。,基本原理： 微弧氧化的基本原理是使工作电压突破传统的阳极氧化的工作电压范围（法拉第区），进入高电压放电区，在电极上发生微等离子放电条件下，在基体材料（电极）上原位生成氧化膜。微弧氧化过程是许多基本过程的总和，这些过程伴随着热化学反应、电化学反应以及导电

2、电极之间的物质输运等复杂现象。,6,2、氧化膜层的制备方法,微弧氧化膜层的形貌与相组成,图 Ti6Al4V合金表面的微弧氧化膜层（400V） Ti合金表面生成的微弧氧化膜层以金红石型TiO2和锐钛矿型TiO2为主组成相，另有少量其他反应沉积物如TiAl2O5等。,LY12铝合金表面的微弧氧化膜层 Al合金表面生成的微弧氧化膜层以-Al2O3和-Al2O3为主组成相，另有少量其他反应沉积物如Al-Si-O等。,AZ91D镁合金表面的微弧氧化膜层（400V） 镁合金表面的微弧氧化膜层以MgO和MgO2为主组成相，另有少量其他反应沉积物如Mg2SiO4等。,3、微弧氧化技术的特点,微弧氧化技术的优点

3、主要有： 1）反应在溶液中进行，只要是溶液可及的地方都能够形成膜层，因此对零件形状的适应性很强。 2）电解液中不含有害物质，反应过程也不会生成新的有毒物质，对环境无污染。 3）硬度高（HV:5002500）、耐磨性好，和其他工艺相比与基体的结合牢固，能够有效弥补轻合金表面不耐磨的缺陷。 4）膜层能够经受高低温的变化，具有较好的热匹配性。 5）膜层的绝缘性能优良（击穿电压可达3000-5000V）。 6）膜层的表面质量较高，光洁度较好且易于着色，适合用作装饰涂层。 7）成本低、操作简单，便于进行大规模生产。,微弧氧化技术的缺点主要有： 1）由反应的机理决定，膜层为蜂窝状的多孔结构，均匀分布的小孔

4、底部可起到保护作用的膜层厚度远远小于整个膜层的厚度。这使得膜层自身的耐腐蚀能力大打折扣。 2）膜层中含有大量基体金属的氧化物和氢氧化物，极易与酸性介质反应引起破坏，使微弧氧化膜的使用范围受到限制。 3）整个膜层的厚度较小（300m），硬度高、耐蚀能力强的致密层厚度通常只有总厚度的1/5左右。这使得膜层被作为耐磨耐蚀涂层时的使用寿命受到影响。至今也没有进行过任何针对微弧氧化膜层的长效可靠性研究。 4）高能耗。微弧氧化反应在高电压、大电流模式下进行，耗能较大，单个工件的加工面积很难提高，降低了生产效率。,4、微弧氧化技术的应用,在俄罗斯, 由于陶瓷层出色的耐磨性和良好的膜基结合力, 微弧氧化技术已

5、经在高速纺织零件上成功应用多年。美国、德国、意大利等国也在汽车、通讯、航空等领域大量使用微弧氧化技术。 目前微弧氧化在国内已被多家企业应用于工业生产之中，用来对各种轻合金零件进行表面耐磨耐蚀处理，成为很多传统表面处理方法的替代技术。以下为一些工业应用实例。,我国微弧氧化技术的工业应用实例,一汽红旗世纪星轿车的发动机壳体,香港中新国际有限公司生产的 15 寸镁合金轮毂,我国微弧氧化技术的工业应用实例,兵器工业第五九研究所生产的 镁合金 高压热水交换管,铝合金微型冲锋枪托架,我国微弧氧化技术的工业应用实例,铝合金发动机缸体,147kW柴油发动机活塞,5、微弧氧化技术的发展方向,目前微弧氧化技术进入

6、了快速发展的时期。总的来说，新的发展将集中在以下几点： 1）探索新的基材微弧氧化前处理工艺。以提高膜层的结合力为目标。 2）探索新的电解液添加剂。以改变膜层自身的性能如硬度、电阻、颜色和自愈合能力等为目标。 3）研制体积更小、更加智能化的电源设备。以降低能耗、稳定产品质量为目标。 4）探索新的膜层后处理工艺，使得微弧氧化膜层能够与其他表面防护方法相结合成为性能更加优良的复合膜层。以增强耐腐蚀能力和延长使用寿命为目标。,磁控溅射镀膜,真空溅射镀膜是指待镀材料源（称为靶）和基体一起放入真空室中，然后利用正离子轰击作为阴极的靶，使靶材中的原子、分子逸出并在基体表面上凝聚成膜。,磁控溅射是70年代迅速发展起来的一种“高速低温溅射技术”。 磁控溅射是在阴极靶表面上方形成一个正交电磁场，当溅射产生的二次电子在阴极位降区内被加速为高能电子后，并不直接飞向阴极而是在正交电磁场作用下作来回振荡运动，在运动中高能电子不断地与气体分子发生碰撞，并向后者转移能量，使之电离而本身变为低能电子，消除了高能电子对基体轰击，体现了“低能”特点.,磁控溅射镀膜机,“磁控溅射”技术是美国在60.70年代后发展航空航天事业同步发展起来的玻璃膜制造技术。原来最早是应用于航空事业用于解决航天玻璃的隔热防爆问题,主要用于金属或非金属（