铝合金表面微弧氧化技术的应用及发展
微弧氧化提高铝合金耐磨性能的研究
微弧氧化提高铝合金耐磨性能的研究摘要：铝合金因密度小、比强度高等特点而被广泛应用于航空、航天和其他民用工业中,但其硬度低、不耐磨损。
为了提高铝合金的硬度、耐磨性、耐蚀性以及涂装等性能,须对铝合金表面进行处理。
其中,阳极氧化处理或硬质阳极氧化处理是最常用的方法之一。
近年来,微弧氧化技术(Micro-arc oxidation,MAO)在国内外迅速发展,它是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,从而在铝、钛、镁金属及其合金表面形成陶瓷氧化膜。
该技术工艺简单,生成的氧化膜均匀致密,与基体结合强度高,能够大幅度提高阀金属的力学性能,在航天、航空、汽车、电子和机械等行业中具有巨大的应用前景。
关键词：微弧氧化；铝合金；耐磨性；分析1导言微弧氧化技术是在传统的液相电化学氧化反应的基础上发展起来的。
它将工作区域引入到高压放电区域，使金属表面处在微弧形成的等离子体高温（约3000 K）、高压（20~50 MPa）作用下，在金属表面原位生成坚硬、致密的陶瓷氧化膜，如铝合金表面微弧氧化膜主要由α-Al2O3，γ-Al2O3相组成，所得的氧化膜硬度高、与基体结合牢固、结构致密，大大提高了有色金属的耐磨损、耐腐蚀、抗高温冲击及电特性等多种性能。
2微弧氧化技术的机理20世纪30年代初,研究人员等第一次报道了强电场下浸在液体里的金属表面会发生火花放电现象,而且火花对氧化膜具有破坏作用。
后来发现,利用该现象也可制成氧化膜涂层,最初应用于镁合金防腐。
从20世纪70年代开始,美国、德国和前苏联相继开展了这方面的研究。
Vigh等阐述了产生火花放电的原因,提出了“电子雪崩”模型,并利用该模型对放电过程中的析氧反应进行了解释。
Van等随后进一步研究了火花放电的整个过程,指出“电子雪崩”总是在氧化膜最薄弱、最容易被击穿的区域首先进行,而放电时的巨大热应力则是产生“电子雪崩”的主要动力,与此同时,Nikoiaev等提出了微桥放电模型。
微弧氧化表面处理
微弧氧化表面处理简介微弧氧化（Micro-arc oxidation，缩写为MAO）是一种常用的表面处理技术，广泛应用于金属产品的表面强化和保护。
通过在金属表面形成陶瓷涂层，微弧氧化能够显著提高金属材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
本文将详细介绍微弧氧化表面处理的原理、过程和应用场景。
原理微弧氧化是利用电解质溶液中电解质借助微弧放电、氧化反应生成陶瓷涂层的一种表面处理方法。
在微弧氧化过程中，金属工件作为阳极，电解质溶液中的金属离子（如铝、镁等）通过电解质溶液导电，形成电解质电流。
当电流通过阳极金属工件时，产生微弧放电现象。
微弧放电的高温高压能够使金属表面发生瞬间的局部氧化反应，生成具有金属和陶瓷特性的氧化膜。
微弧氧化的陶瓷涂层主要由金属氧化物组成，如氧化铝、氧化镁等。
这些金属氧化物具有高硬度和良好的耐腐蚀性，能够保护金属表面免受外界环境的侵蚀。
此外，陶瓷涂层还具有较好的导电性和导热性，能够提高金属材料的机械性能和热传导性能。
过程微弧氧化表面处理主要包括以下几个步骤：1.表面预处理：金属工件在进行微弧氧化前需要经过粗糙度处理和除油除污等预处理工序，以确保陶瓷涂层的质量和附着力。
2.电解质溶液配置：选择适当的电解质溶液是微弧氧化的关键。
一般情况下，电解质溶液由盐酸、硫酸等酸性物质和金属盐组成。
3.微弧氧化处理：将金属工件浸入电解质溶液中，设定合理的工艺参数，如电流密度、电压、电解液温度等。
在正常工作条件下，微弧氧化会在工件表面形成均匀的陶瓷涂层。
4.陶瓷涂层改性：根据实际需求，可以通过改变电解质溶液组成、微弧氧化工艺参数调整等方式，对陶瓷涂层的结构和性能进行调控。
5.涂层密封处理：通过热处理、化学处理等方法对陶瓷涂层进行密封处理，以提高涂层的耐腐蚀性和抗磨性。
应用场景微弧氧化表面处理广泛应用于各种金属材料的表面强化和保护。
以下是一些常见的应用场景：1.航空航天领域：航空航天器件通常要求高强度、耐磨损和耐腐蚀性能，微弧氧化能够有效提升其表面性能，延长使用寿命。
铝及其合金的表面处理技术
铝及其合金的表面处理技术全球铝的产量仅次于铁。
铝和铝合金密度小且易加工。
并且可以制造成形状十分复杂的零件，因而它在工业中的应用日益广泛，但是铝及其合金易产生晶间腐蚀，表面硬度低、不耐磨损。
国内外都在采取各种方法对铝及其合金表面进行改质处理，以获得各项优良性能，拓宽其应用范围。
作者讨论了铝及其合金的表面处理技术，简述了其应用，并对该领域目前研究的热门课题——微弧氧化及激光处理进行了介绍。
1电镀、抛光和砂面处理铝及其合金的电镀一般是为了改善装饰性，提高表面硬度和耐磨性，降低摩擦系数，改善润滑性，提高表面导电性和反光率等而进行的。
由于铝对氧有很强的亲和力，表面总是有氧化膜存在，铝属于两性金属，在酸性溶液和碱性溶液中都不稳定。
铝的膨胀系数较绝大多数金属的大，铬为7X10-6)，所以镀层易脱落，又由于镀铝常含有砂眼、气孔等缺陷．在电镀过程中，砂眼和气孔中常会滞留溶液和氢气。
影响镀层与基体的结合力，所以直接在铝及其合金上电镀很困难。
铝及其合金的电镀效果主要取决于表面准备情况。
镀前一般进行机械处理，有机溶剂除油，化学除油、碱浸蚀、出光等处理。
铝及其合金的镀前处理及电镀工艺有下列几种：(1)化学浸锌呻电镀铜+电镀其他镀层；(2)电镀薄锌层一电镀铜一电镀其他镀层；(3)化学镀镍一电镀厚镍；(4)电镀镍一电镀其他镀层；(5)阳极氧化呻电镀其他镀层；(6)铝合金一步法镀铜—)电镀其他镀层1，铝及其合金的抛光多年来普遍采用三酸抛光工艺，该工艺温度高、时间短，亮度好，但一般只能单根抛光，无法批量生产，而且产生的黄烟对人体有害。
电解抛光的含磷和铬酸的废水处理一般厂家难以解决，且生产中耗电量很大。
为此，目前市场已推出无黄烟两酸抛光新工艺，只需在磷酸、硫酸中加入少量添加剂(其成本接近硝酸)即可在80~100°C下操作0.5-3.0min,其光亮度略次于三酸处理[2],但解决了环境污染问题+ 砂面处理和亚光处理是目前国外铝建材表面处理的流行工艺。
2-2014微弧氧化技术的研究与应用剖析
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.
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。
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γAl2O3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
微弧氧化技术应用与发展前景分析
微弧氧化技术应用与发展前景分析序号章节1 引言2 微弧氧化技术的概述3 微弧氧化技术的应用领域4 微弧氧化技术的发展前景5 总结与展望1. 引言微弧氧化技术是一种在金属表面形成陶瓷类氧化膜的表面处理技术，可以显著提高金属材料的硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能。
随着科技的不断进步，微弧氧化技术在许多领域得到了广泛的应用，并展示出了巨大的发展潜力。
本文将对微弧氧化技术的应用与发展前景进行分析。
2. 微弧氧化技术的概述微弧氧化技术是通过在金属表面产生高能量、高密度的弧放电，利用氧化电解产生的氧化物形成陶瓷涂层的工艺。
这种技术可以在金属表面形成坚硬、致密的氧化膜，具有高硬度、优异的耐磨性和耐腐蚀性。
微弧氧化技术不仅可以应用于常见的金属材料，如铝、镁、钛等，还可以应用于部分有色金属材料和不锈钢等。
3. 微弧氧化技术的应用领域微弧氧化技术在许多领域得到了广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：3.1 汽车工业微弧氧化技术可以显著提高汽车发动机和底盘等零部件的耐磨性和耐腐蚀性，从而延长零部件的使用寿命。
微弧氧化技术还可以改善发动机的散热性能，提高燃烧效率，降低汽车的能耗。
3.2 航空航天微弧氧化技术可以应用于航空航天领域的各种零部件，如涡轮发动机、液压系统等。
通过提高零部件的耐磨性和耐腐蚀性，微弧氧化技术可以提高航空航天设备的可靠性和使用寿命。
3.3 光伏产业微弧氧化技术可以用于太阳能电池的制造过程中，提高太阳能电池的转换效率和稳定性。
通过在太阳能电池表面形成陶瓷涂层，微弧氧化技术还可以提高太阳能电池的耐环境腐蚀性。
3.4 建筑工程微弧氧化技术可以应用于建筑物的金属构件，如铝合金门窗、幕墙等。
通过形成坚硬的氧化膜，微弧氧化技术可以提高建筑物金属构件的耐候性和耐腐蚀性，延长其使用寿命。
4. 微弧氧化技术的发展前景微弧氧化技术作为一种表面处理技术，在未来具有广阔的发展前景。
以下是一些对其发展前景的分析：4.1 技术改进与创新目前，微弧氧化技术尚存在一些挑战，如工艺复杂、能耗较高等问题。
铝及铝合金的微弧氧化技术
铝及铝合金微弧氧化技术1．技术内容及技术关键（1）微弧氧化技术内容和工艺步骤铝及铝合金材料微弧氧化技术内容关键包含铝基材料前处理; 微弧氧化; 后处理三部分。
其工艺步骤以下: 铝基工件→化学除油→清洗→微弧氧化→清洗→后处理→成品检验。
（2）微弧氧化电解液组成及工艺条件例1.电解液组成: K2SiO3 5～10g/L, Na2O2 4～6g/L, NaF 0.5～1g/L, CH3COONa 2～3g/L, Na3VO3 1～3g/L; 溶液pH为11～13; 温度为20～50℃; 阴极材料为不锈钢板; 电解方法为先将电压快速上升至300V, 并保持5～10s, 然后将阳极氧化电压上升至450V, 电解5～10min。
例2两步电解法, 第一步: 将铝基工件在200g/LK2O·nSiO2（钾水玻璃）水溶液中以1A/dm2阳极电流氧化5min; 第二步: 将经第一步微弧氧化后铝基工件水洗后在70g/LNa3P2O7水溶液中以1A/dm2阳极电流氧化15min。
阴极材料为: 不锈钢板; 溶液温度为20～50℃。
（3）影响原因①合金材料及表面状态影响: 微弧氧化技术对铝基工件合金成份要求不高, 对部分一般阳极氧化难以处理铝合金材料, 如含铜、高硅铸铝合金均可进行微弧氧化处理。
对工件表面状态也要求不高, 通常不需进行表面抛光处理。
对于粗糙度较高工件, 经微弧氧化处理后表面得到修复变得更均匀平整; 而对于粗糙度较低工件, 经微弧氧化后, 表面粗糙度有所提升。
②电解质溶液及其组分影响: 微弧氧化电解液是获到合格膜层技术关键。
不一样电解液成份及氧化工艺参数, 所得膜层性质也不一样。
微弧氧化电解液多采取含有一定金属或非金属氧化物碱性盐溶液（如硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐等）, 其在溶液中存在形式最好是胶体状态。
溶液pH范围通常在9～13之间。
依据膜层性质需要, 可添加部分有机或无机盐类作为辅助添加剂。
在相同微弧电解电压下, 电解质浓度越大, 成膜速度就越快, 溶液温度上升越慢, 反之, 成膜速度较慢, 溶液温度上升较快。
铝合金微弧氧化(MAO)
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。
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。
铝合金表面处理的方法及应用
铝合金表面处理的方法及应用对铝及其合金进行表面处理产生的氧化膜具有装饰效果、防护性能和特殊功能,可以改善铝及其合金导电、导热、耐磨、耐腐蚀以及光学性能等。
因此,国内外研究人员运用各种方法对其进行表面处理,以提高它的综合性能,并取得了很大进展。
目前,铝及其合金材料已广泛地应用于建筑、航空和军事等领域中。
本文分类论述了铝及其合金材料表面处理的主要方法。
1·化学转化膜处理金属表面处理工业中的化学转化处理时使金属与特定的腐蚀液接触，在一定条件下，金属表面的外层原子核腐蚀液中的离子发生化学或电化学反应，在金属表面形成一层附着力良好的难溶的腐蚀生成物膜层。
换言之，化学转化处理是一种通过除去金属表面自然形成的氧化膜而在其表面代之以一层防腐性能更好、与有机涂层结合力更佳的新的氧化膜或其他化合物的技术。
1.1阳极氧化法铝的阳极氧化法是把铝作为阳极,置于硫酸等电解液中,施加阳极电压进行电解,在铝的表面形成一层致密的Al2O3膜,该膜是由致密的阻碍层和柱状结构的多孔层组成的双层结构。
阳极氧化时,氧化膜的形成过程包括膜的电化学生成和膜的化学溶解两个同时进行的过程。
当成膜速度大于溶解速度时,膜才得以形成和成长。
通过降低膜的溶解速度,可以提高膜的致密度。
氧化膜的性能是由膜孔的致密度决定的。
1.1.1硬质阳极氧化铝的硬质阳极氧化是在铝进行阳极氧化时,通过适当的方法,降低膜的溶解速度,获得更厚、更致密的氧化膜。
常规的方法是低温(一般为0℃左右)和低硫酸浓度(如<10%H2SO4)的条件下进行,生产过程存在能耗大、成本高的缺点。
改善硬质阳极氧化膜的另一种方法是改变电源的电流波形。
氧化膜的电阻很大,氧化过程中产生大量的热量,因此,传统直流氧化电流不宜过大,运用脉冲电流或脉冲电流与直流电流相叠加,可以极大地降低阳极氧化所需要的电压,并且可使用更高的电流密度,同时还可以通过调节占空比和峰值电压,来提高膜的生长速度,改善膜的生成质量,获得性能优良的氧化膜。