文档介绍：微弧氧化技术的研究与应用

微弧氧化技术是近年来备受关注的一种新型金属表面处理技术。其方法是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电极之间的物质输运等复杂现象。
二、氧化膜层的制备方法
膜层的制备方法
按溶液性质
按电源性质
酸性电解液氧化法
碱性电解液氧化法
直流氧化法
交流氧化法
脉冲氧化法
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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α-Al2O3和γ-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。
三、微弧氧化技术的特点
微弧氧化技术的优点主要有:
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:500~2500)、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(﹤300μm),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。