文档介绍：微弧氧化技术在钛合金中的应用研究
高广睿, 李争显, 杜继红, 杨升红
( 西北有色金属研究院, 陕西西安 710016)
摘要: 介绍了微弧氧化技术在钛合金耐磨、耐蚀、生物涂层、电子涂层方面的研究及应用现状。微弧
氧化技术制备的陶瓷涂层具有硬度高、致密的特点, 提高了基体的耐磨、耐蚀性能; 通过调整溶液组分, 获
得具有高生物活性的生物涂层和电子涂层等功能涂层。目前钛合金微弧氧化涂层的研究尚处于起步阶
段, 但研究表明微弧氧化技术在改善钛合金的使用性能方面具有广阔的应用前景。
关键词: 钛合金; 微弧氧化; 磨损; 生物涂层
中图分类号: TG 146. 23; T G 174. 44 文献标志码: A
微弧氧化( Micro Arc Oxidation 简称 MAO) 又
称微等离子氧化( Micro Plasm a Oxidation 简称
MPO) 、阳极火花沉积( Ano dic Spar k Deposition 简
称 ASD) , 是最近几十年发展起来的在 T i、Al、M g、
Zr 等有色金属表面原位生长氧化物陶瓷膜的新技
术[ 1] 。它是在普通阳极氧化基础上, 进一步提高电
压, 使电压超出法拉第区, 达到了金属阳极表面生长
的钝化氧化膜的击穿电压, 这时在阳极上可以观察
到弧光放电现象, 大量火花在阳极表面游动, 弧光放
电产生的瞬时高温高压作用, 引起各种热化学反应,
在阳极表面生长一层厚的陶瓷氧化膜。微弧氧化过
程中微电弧参加了反应, 提供氧化膜烧结及原子热 1. 酸侵蚀过的表面 2. 钝化膜的形成 3. 局部氧化膜的形成 4. 二次
扩散所需的能量, 形成高温等离子体。图 1 为膜层表面的形成 5. 局部阳极上 ANOF 形成 6. 富孔的 ANOF 膜 7. 热处
结构与对应电压间的关系模型[ 2] , 普通阳极化处于理过的 ANOF 膜 8. 被破坏的 ANOF 膜
图 1 膜层结构与对应电压间的关系模型
法拉第区, 所得膜层呈多孔结构, 微弧氧化处于火花
放电区中电压较高的区域, 所得膜层均匀, 空隙的相 1) 大幅度地提高了材料的表面硬度, 显微硬度
对面积较小。由于在微弧氧化过程中, 化学氧化、电在 H V1 000 至 H V2 000; 从而涂层具有良好的耐磨
化学氧化、等离子体微弧氧化同时存在, 陶瓷氧化膜损性能; 2) 微弧氧化生成致密的陶瓷涂层, 具有良
的形成过程非常复杂, 由于氧化时巨大的热能、界面好的耐热性及抗腐蚀性。3) 基体原位生长陶瓷膜,
化学、电化学反应的相互作用, 电解质中的某些组分膜层与基底呈冶金结合, 结合牢固, 陶瓷膜致密均
会从溶液中析出, 和基体金属一起被烧结氧化形成匀。4) 有良好的绝缘性能, 绝缘电阻可达 100 M 8
一层致密的非金属陶瓷膜层。以上。国内外针对铝、镁及其合金微弧氧化陶瓷涂
层的研究较多[ 3-6] , 对钛合金微弧氧化陶瓷涂层的研
钛合金微弧氧化涂层的特点
1 究相对较少。
钛合金采用微弧氧化技术制备的膜层表面粗糙
2 耐磨涂层
不平, 残留有大量微弧放电气孔, 气孔呈火山口形
状, 这些孔相互不连通, 孔深沿截面方向非常浅, 但钛合金微弧氧化膜层