铝合金微弧氧化(MAO)

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1、铝合金微弧氧化（MAO）1.微弧氧化概述微弧氧化也称微等离子体表面陶瓷化技术,是指在普通阳极氧化的基础上，利用弧光放电增强并激活在阳极上发生的反应，从而在以铝、钛、镁金属及其合金为材料的工件表面形成优质的强化陶瓷膜的方法，是通过用专用的微弧氧化电源在工件上施加电压，使工件表面的金属与电解质溶液相互作用，在工件表面形成微弧放电，在高温、电场等因素的作用下，金属表面形成陶瓷膜，达到工件表面强化的目的。2.微弧氧化现象及其特点在阳极氧化过程中，当铝合金上施加的电压超过一定范围时，铝合金表面的氧化膜就会被击穿。随着电压的继续不断升高，氧化膜的表面会出现辉光放电、微弧

2、和火花放电等现象。表面辉光放电的温度比较低，对氧化膜的结构影响不大；火花放电温度，甚至可能使铝合金表面熔化，同时发射出大量的电子及离子，使火花放电区出现凹坑及麻点，这对材料表面是一种破坏作用；只有微弧去的温度适中，即可使氧化膜的结构发生变化，有不造成铝合金材料表面的破坏，微弧氧化就是利用这个温度区对材料表面进行改造处理的。铝合金说施加的电压变化所产生的辉光、微弧和火花放电区域在微弧氧化的过程下，原来生成的氧化膜不会脱落，只有表面一部分氧化膜可能会被粉化而沉淀在溶液中。铝合金表面可以继续氧化，随着外加电压的升高，或时间的延长，微弧氧化膜厚度不会继续增加，直至达

3、到外加电压对应的最终厚度。在工艺过程中，随着微弧氧化膜厚度的增加，微弧的亮度会逐渐暗淡下去，直至最后消失。但是微弧消失后，只要微弧消失后，只要外加电压继续存在，氧化膜还好继续生长，从实际中发现，微弧氧化膜的最大厚度可以达到200~300μm。1微弧氧化与普通阳极氧化一样，也存在着表面氧化和氧离子渗透到基体内与铝离子氧化结合，俗称渗透氧化的过程。。实际发现有大约70%的氧化层存在于铝合金的基体中，因此样品表面的几何尺寸变动不大。由于渗透氧化，氧化层与基体之间存在着相当厚的过渡层，使氧化膜和基体呈闹牢固的冶金结合，不易脱落，这也是微弧氧化优于电镀和喷涂的地方。图

4、9-5是微弧氧化的剖面结构图，由图9-5可以看出，微弧氧化膜有三层组成，靠近铝基体中氧化膜于基体结合的过渡层交界面为凹凸不平，互相咬合，说明氧化膜于基体结合牢固，不易脱落，氧化膜的表面是一层疏松的白色陶瓷粉末，很容易用砂纸磨去，氧化时间越长，这层疏松层会变厚，当除去这层疏松层以后，剩下的是硬度很高、质地致密的陶瓷氧化膜。图9-6表示铝合金的微弧氧化膜截面的显微硬度和孔隙率的剖面，其纵坐标（左）表示显微硬度（HV），纵坐标（右）表示孔隙率。图9-6中明确地表明显微硬度和孔隙率与氧化膜的深度密切关系。23.微弧氧化的基本设备微弧氧化的基本设备与阳极氧化大体相同，

5、有氧化槽、电源及溶液的冷却与搅拌系统三部分组成。如图9-74.微弧氧化槽液成分微弧氧化的溶液成分相对比较简单，目前大部分槽液都以弱碱性水溶液为主。实际使用的槽液常加入硅酸钠、铝酸钠或磷酸钠等成分。为了得到各种颜色的微弧氧化膜，还可以加入不同的金属盐类，依靠不同金属离子沉积掺杂在微弧氧化膜中得到相应的颜色。下表中列出了代表性的五种微弧氧化的电解槽液成分，仅供参考。代表性的微弧氧化电解溶液的成分单位：g.L-1成分12345氢氧化钠/钾2.51.5~2.52.5——硅酸钠—7~1110铝酸钠—3——六偏磷酸钠——3—35磷酸三钠———2510硼砂———710.5

6、表中列入的五个配方成分从1~5其碱性逐渐降低，考虑到改善微弧氧化膜的性能或改变膜的颜色等需要，经常添加一些相应的化合物。磷酸盐-钒酸盐体系的溶液中，在在温度20~22℃，电流密度5A/dm2和最终电压200V下进行微弧氧化，明显提高了微弧氧化膜的耐腐蚀性能。为了提高微弧氧化膜的强度，当NaOH溶液龙都·浓度从1g/L增加到6g/L时，微弧氧化膜的生长速度有些起伏，单变化不大，在NaOH溶液中加入5~10g/L的Na2SiO3时，微弧氧化膜的生长速度基本保持不变，如果Na2SiO3浓度继续增加，则成膜速度加快，但膜的表面愈加粗糙。在NaOH溶液中添加（NaPO

7、3）6时浓度从1g/L增加到5g/L时，成膜速度开始下降后来又上升。在Na2SiO3+KOH体系组成的溶液中，Na2SiO3控制在3%~5%的浓3度，KOH与Na2SiO3的质量比为1:10，，溶液的pH值一般控制9~13。微弧氧化膜的生长速度约为30~50μm，而微弧氧化膜硬度（HV）可达1500~2000。5.微弧氧化工艺微弧氧化的工艺参数首先应该是施加在铝合金样品上的外加电压，一般来说最终电压决定微弧氧化膜的厚度。最终电压是外加电压不断升高达到的，一般在工艺操作过程中需要进行逐步调节升高，不能直接加至最终电压，否则因为微弧氧化膜生长速度过快，可能出现局

8、部麻坑，甚至发生样品表面局部烧蚀。微弧氧化的开始起弧