镁合金微弧氧化
镁合金的微弧氧化陶瓷工艺和生产应用研究
但 由于镁 合 金 的 化 学 性 能 极 为 活 泼 ，其 抗 腐 蚀 能 力 差 ．严 重地 影 响 和 限 制 了镁 合 金 在诸 多 领
我 们 的研 究 ，通 过 定 量试 验 和 验 证 ．检 验 和
域 的快 速 发 展 和 推 广应 用 。镁 合 金 必 须进 行 适 当
镁合 金 的 微 弧氧 化是 将 镁 合 金工 件 作 为 阳极 ，
置 于 电解 液 中 ，通 过 利 用 专 用 的微 弧 氧 化 电 源 ， 在 工 件 上 施 加 电压 ，在 高 温 、高 压 电场 作 用 下 ， 使工 件 表 面 的金 属 和 电解 质 溶 液 相互 作用 ，在 工 件 表 面 产 生 弧 光放 电 ，并 在热 化 学 、电化 学 和 等 离 子 化 学 的 共 同作 用 下 ，在 工件 表 面 原 位 生 成 陶
能 、双 极性 、高 频 率 微 弧 氧化 非 对 称性 脉 冲 交 流 电 源 ，其 主要 技 术 参 数 如 下 ： （ ）功 率 ：１０ Ｗ １ ０ｋ
（ ） 电 流 电 压 范 围 ：０ ２ ０ ／０ Ｖ， 可 设 定 、 可 ２ － ７ Ａ８０
技 术— — 铝 合 金 微 弧 氧 化 ，成 为 国 际 表 面 处 理 技
的表 面 防 护 处 理后 才 能使 用 。 目前 常用 的 防腐 蚀
掌 握 国 内外 经 验 和 成 果 ，再 通 过 分 析 ，结 合 生 产
实 际 ，自主创新 、攻克技术难 点 ，最 终应 用于生产 。
２２１试 验 过 程 ．．
方 法 主要 为化 学 氧化 、阳极 氧 化 、镀 铬 和 喷涂 等 ， 但 都 存 在 氧 化膜 薄 、耐 蚀 性 差 、工 艺 复杂 、成 本 较 高 和 污染 环 境 等 弊病 ，未 能 彻 底 的解 决 好 镁 合
镁合金微弧氧化 100125127
镁合金化学镀镍层的制备及性能测试学生姓名：吴盛文张建欢严寒指导老师：王春霞摘要：为了优化镁合金表面化学镀镍工艺，降低施镀过程中的污染，研究了镁合金表面直接化学镀镍以及镁合金微弧氧化后化学镀镍工艺，并对两种镀层表面进行观察，以及对基体的结合力、镀层的防腐蚀性能进行进行了分析比较。
研究结果表明：镁合金表面通过直接化学镀镍获得结合力并不是良好，表面硬度并不是较高的镀镍层，而镁合金微弧氧化后化学镀镍镀层的耐腐蚀能良好，对合金基体可以起到较好的防护作用。
前言镁合金的表面处理方法很多，其中，微弧氧化后可获得较好的耐蚀性和耐磨性，但表面多孔容易被污染，不适宜一些表面技术要求美观的零件或制品，如手机，笔记本电脑外壳的应用，化学镀镍也是一种可以获得良好的耐蚀性和耐磨性的表面处理方法，但镀层一般较薄，有针孔存在，与基体结合强度较低，而且生产成本较高，如果将上述方法的优点结合起来，先进行微弧氧化在镁合金表面生成一层陶瓷氧化膜，然后进行化学镀镍，从而使镁合金表面具有优良的耐磨性，耐蚀性和美观，容易清洁的特点，扩大其应用范围。
本课题研究的是镁合金直接镀镍及镁合金微弧氧化之后化学镀镍处理的研究。
2试验2.1基材本试验所用式样为压铸镁合金，尺寸为100mm * 60mm*5mm，对式样清洗之后将式样放入干燥的环境中备用2.2实验药品及仪器表.化学直接镀镍药品和工艺参数硫酸镍NiSO4.7H2O 30g/L 次磷酸钠NaH2PO2.H2O 20g/L 无水醋酸钠CH3COONa 20g/L 柠檬酸钠NaC6H5O7.2H2O 10g/L pH 4--4.5 T 80-85℃t 60min 试验仪器:水浴加热器烧杯量筒温度计2.3化学镀镍装置2.4工艺流程镁合金化学镀镍工艺流程序号工艺药水编号配槽用量工艺参数范围最佳1 镁合金除油Mg-2411 50-60g/l75-85℃80℃4-6min 5 min 2&3 水洗X2 - -4 镁合金碱蚀Mg-2412 25%v/v58-62℃60℃1-3min 2 min 5&6 水洗X2 - -7 镁合金酸蚀Mg-2413A 25%v/v 20-30℃25℃Mg-2413B 25%v/v 1-3min 2 min 8&9 水洗X2 - -10 镁合金碱活化Mg-2414 25%v/v58-62℃60℃1-3 min 2 min 11&12 水洗X2 - -13 镁合金表调Mg-2415 25%v/v20-30℃25℃30-60Sec 45Sec 14&15&16 纯水洗X3 - -17 碱性化学镍Mg-2455A 10%v/vMg-2455B 15%v/v 50-60℃55℃Mg-2455C - pH=7-8 pH=7.5 Mg-2455D 10%v/v 8-10min 10min 氨水调pH18&19 纯水洗X2 - -20 酸性化学镍A剂60ml/L80±2℃80℃pH=4.6-4.9 4.8B剂150ml/L20-40min 30min 氨水调pH21 封闭处理铬酐钝化烘烤2.4性能测试（1）外观分析：肉眼或用观察式样镀层表面的形貌，观察式样表面是否腐蚀、致密、完整，观察式样存在缺陷。
频率和占空比对镁合金微弧氧化的影响
测试 Ｚ １ 镁合 金微 弧氧化膜 的电化学阻抗谱 ， Ｅ０ 用
Ｎ ｑｉ 图表 征 微 弧 氧 化膜 的 耐腐 蚀 性 能 。 电化 学 ｙｕ ｔ ｓ 介 质采用 中性 ３５ Ｎ Ｃ 溶 液 ， 用 三 电 级 体 系 ， ．％ ａ １ 采 饱 和甘 汞 电 为极 参 比 电极 ， 板 电极 为辅 助 电极 ， 铂
研究探索当脉冲电压 ３０Ｖ 氧化时间 ２ ｉ， ０ 、 ０ｍｎ
频 率为 ４０Ｈ 时 ， ０ ｚ 占空 比为 ５ 、５ 、５ 时膜 层 ％ １％ ２ ％
金属基体结合力强、 电绝缘性好 、 光学性能优 良、 耐 热冲击、 耐磨损 、 耐腐蚀等特性 ， 且其方法简单 、 成 本低 廉 、 保 ， 环 成为 广泛 研 究 的热 点 ’ 。微 弧 氧 化 ４ Ｊ 技术在镁合金 的耐腐蚀性能方 面的研究 主要 集 中 在 ＭｇＡ （ ）ｚ ．ｌＭｎ ．ｎ系列 ＿６， 究 主要集 中在 电源 类 ５ 研 Ｉ Ｊ
＠
２ １ Ｓｉ ｅｈ Ｅ ｇｇ ０ １ ｃ Ｔ ｃ． ｎＴ． ．
频 率和 占空 比对镁 合金微弧氧化的影响
宾远红 刘 英 李培芬 ，
（ 暨南大学材料科学与工程系 ， 广州 ５ ０ ３ ； １６２ 珠海市质量计量监督检测所 珠海 ５ ９０ ） ， １００
摘
要
采用 涡流测厚仪 、 扫描电镜、 能谱仪、 电化学工作站 等， 究 了频率和 占空 比对镁 合金微 弧氧化膜 的厚度 、 面形 貌 研 表
率和 占空 比的研究较少 ｌ ｊ 卜ｎ 。本文选用硅酸盐体 系， 研究了频率和占空 比对 Ｍ ． —Ｅ系列 Ｚ １ ｇＺ Ｒ ｎ Ｅ ０镁
合金 的微 弧 氧 化 膜 层 厚 度 、 面 形 貌 和 耐 蚀 性 的 表
镁铝合金防腐蚀技术-微弧氧化
x
x x
x
20
30
40
50
60
70
80
2-Theta(°)
创新点： • VMgF2/Mg = 1.44>1 • VKMgF3/Mg= 1.99>1
• 孔隙率：4.82%（45.6%） • 硬度：Hv500（Hv350) • 中性盐雾试验：1000h（500h）
国内外最高指标
国家机动车质量监督检验中心” 依据GB/T 5334-2005检验，通过台架试 验；该技术应用于长春一汽 “轮毂”部件。
轿车轮毂
赛车轮毂
创新性结果—镁合金微弧氧化自催化化学镀技术
技术成果应用： 国防重点型号机“衬套”和“支座”部件 解决关键问题： 保障支座“内腔”涂层的均匀性,硬度达到800Hv;
盐雾试验:达到1000h 关键技术指标： 耐中性盐雾：1000h (GJB 150.11)
硬度：1000Hv （GB/T 4340.1)
衬套
支座
创新性结果—铝合金阴极化载波新工艺技术
LY12
LY16
技术难点与科学问题：
• 疏松层，致密度低
• 溶液稳定性差，适用性低
创新点：
• 阴极化载波脉冲控制
LD7
Intensity/CPS
(a)
x
KMgF3 MgF2 MgO x Mg
技术难点与科学问题：
• VMgO /Mg = 0.81<1
x
x
x
x
x
20
30
40
459.048
60
铝镁合金MCC技术简介
复合膜层附着力好： (a) (b) (c)
图5 不同电泳工艺所得膜层的划圈试验表面形貌 (a) 直接电泳 (b) 化学转化/电泳 (c) 微弧氧化/电泳 直接电泳膜层的附着力等级为4级 化学转化/电泳复合膜层的附着力等级为2级 微弧氧化/电泳复合膜层的附着力等级为1级
复合膜层耐蚀性优异：
处理 工件 流体动力发生器
电解液 泵
电解液（专利2，3）
压缩空气 专利1：一种峰值电流输出模式下 的微弧氧化电参量控制方法
图9 微弧氧化系统原理图
专利2：铝合金铸件微弧氧化处理 电解溶液 专利3：镁合金表面处理工艺
电解液： 低碱浓度溶液，不含Cr，重金属及氨 能源消耗量： Mg = 0.01 KWH /micron dm2 ，Al = 0.05 KWH /micron dm2 成膜速率： Mg: 1µm/min; Al: 0.5-1µm/min
改 良: 替代传统的铝、镁、钛合金的表面处理工艺， 如等离子和热陶瓷喷凃, 镀铬, 硬质阳极氧化, 镀镍, 金 刚砂镀层, 铬化等传统工艺 推 广: 应用MAO或MCC工艺于轻合金工件,提高性能, 为替代钢材、铸铁等传统材料奠定性能基础
铝、镁合金微弧复合(MCC)处理技术
南京浩穰环保科技有限公司
提纲
微弧氧化（MAO）的技术原理和特点 微弧复合处理（MCC）技术原理和特点 团队现有的设备和技术优势 微弧复合处理技术的市场前景
1 微弧氧化的技术原理和特点
1.1 微弧氧化技术原理
微弧氧化是将铝、镁合金样品置于脉冲电场环境的电解液中，样品 表面因受端电压作用而发生微弧放电，所产生的高温高压条件使微区的 铝、镁原子与溶液中的活化氧离子结合生成有陶瓷结构特征的氧化层。
微弧氧化
2SiO2 MgO Mg2SiO4
微弧氧化陶瓷膜的元素组成
表面能谱分析
断面线扫描
小结：
• 微弧氧化过程分为普通阳极氧化阶段、 微弧阶段及弧光放电阶段，电压~时间 曲线上第一转折点对应的电压与击穿电 压相近，第二转折点对应的电压值为临 界电压
• 微弧氧化过程中陶瓷膜基本是均匀增重， 随氧化时间的延长，氧化膜总厚度逐渐 增大
电解液的组成为：硅酸钠6 g/L ；氟化钠 2 g/L；甘油
10 ml/L;氢氧化钾2g/L
操作条件对微弧氧化过程的影响
硅酸钠的影响 氟化钠的影响 甘油的影响 电流密度的影响 时间的影响
硅酸钠的影响
氟化钠的影响
甘油的影响
氢氧化钾的影响
电流密度的影响
小结：
• 硅酸钠是主成膜剂，主要作用是使镁合金能在电解 液中迅速发生钝化反应，防止镁合金基体的过度阳 极溶解。随着硅酸钠浓度的增大，起火时间缩短， 击穿电压下降
•Anomag工艺 •Magoxid-coat工艺 •Tagnite工艺 •微弧氧化工艺
微弧氧化实验装置
确定配方
电解液组成：硅酸钠6g/L；氟化钠2g/L；甘油10ml/L
性能ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ善剂的选择：
为改善陶瓷膜外观，加入添加剂。少量氢氧化钾的加入不 仅可以美化膜层外观，还可以改善放电效果，其含量越高，膜 层越光滑。氢氧化钾还会提高膜层耐蚀性
耐蚀性测试
•电化学交流阻抗（EIS） •动电位极化曲线 •循环伏安曲线（CV） •全浸蚀试验（失重法） •工艺条件对耐蚀性能能的影响
镁合金微弧氧化电解液有效组分及其浓度
动电位极化曲线
电化学交流阻抗（EIS）
交流阻抗谱图拟合结果
Rt /
Mg 镁合金表面微弧氧化法
71～82 70～90 0. 5～5 (AC 或 DC)
5～25
至今仍被广泛采用 。另一种具有竞争性的 ,称为 HAE 的工艺也被广泛采用[6] 。两种工艺的比较见表 1。
由于 DOW17 和 HAE 两种工艺所用的氧化液中 都含有重金属离子 ,工业废水的处理成本较高 。如 何改善镁合金电镀过程中的环境 ,是国内外主要的 研究方向之一[7～13] 。国内的镁合金应用水平较低 , 目前主要以铬转化膜为防腐手段 。20 世纪 80 年代 以来 ,随着镁合金压铸业的再度兴旺 ,新的镁合金阳 极氧化处理技术不断涌现 ,如新西兰的 Anomag 工 艺[14 ] 、德国的 Magoxid2coat 工艺[15 ,16 ]等 ,其中微等离 子体氧化技术最具潜力[5～6 ] 。
表 1 镁及镁合金阳极氧化工艺
类型
成 分
温度/ ℃ 电压/ V
HAE
ρ( KOH) = 135～165 g/ L ρ, (Al (OH) 3) = 34 g/ L ,ρ( KF) = 34 g/ L ρ, (NaPO4) = 34 g/ L ρ, ( KMnO4 或 K2MnO4) = 20 g/ L
微弧氧化的氧化液对氧化膜的组成起决定性的 作用 ,常见的有硅酸盐 、铝酸盐等[22～25 ] 。氧化液中 含有硅酸盐的 ,通过 X 射线衍射分析可知 ,其陶瓷层 主要由 SiO2·MgO 组成 ; 氧化液中含有铝酸盐的 ,陶 瓷层中含有 Al2O3 成分 。正是这两种氧化物的存在 , 提高了陶瓷层的耐磨性 。 2. 6 微弧氧化与阳极氧化性能的比较
Microarc Oxidation Technology of Magnesium Alloy
ZHANG Ying1 ,MENG Bao2ping1 , YANG Guo2ying2
铝镁合金微弧氧化工艺
铝、镁合金微弧氧化处理技术的工程应用作者：蒋贤跃一、概述：铝镁合金微弧氧化基本原理基本原理1.微弧氧化又称等离子微弧氧化，国外常称之为等离子体电解氧化（简称MAO）。
微弧氧化过程包括电化学反应和等离子体化学反应，在外加电压未达到临界击穿电压之前，在阳极金属上发生的普通电化学反应，生成一层很薄的非晶态氧化膜。
当外加电压达到临界击穿电压后，膜层上最薄弱的部位首先被击穿，随着电压继续增加，氧化膜表面出现微弧放电现象，形成等离子体。
微弧瞬间温度极高，不仅使微弧区的基体合金发生熔融，也使周围的液体气化，并产生极高的电压。
在高温高压作用下，基本表面原有的氧化膜发生晶态转变，同时电解液中的氧离子和其他离子也通过放电通道进入到微弧区，和熔融的基体发生等离子化学反应。
反应产物沉积在放电通道的内壁上，随着微弧继续在试样表面其薄弱部位放电，均匀的氧化膜逐渐形成。
工艺流程2.微弧氧化工艺一般流程为：表面清洗——微弧氧化——清水冲洗——填充（此步骤主要用于制备耐蚀性膜）——烘干或自然干燥。
研究表明，碱清洗有利于提高微弧氧化层的抗腐蚀能力。
从电源特征看，最早采用的是直流或单向脉冲电源，随后采用了交流电源，后来发展为不对称交流电源，现在脉冲交流电源应用较多，因为脉冲电压特有的针尖作用，使得微弧氧化膜的表面微孔相互重叠，膜层质量好。
微弧氧化电解液分酸性和碱性两类工艺。
目前多用弱碱性电解液，并通过添加无机或有机添加剂改变微弧氧化膜的成分，进而实现膜层性能的可设计性。
然而，实际选用电解液时不能简单地根据电解液时酸碱度，导电性大小，黏度，热容量等理化因素来确定，还要考虑被处理的基体合金材料，选用的电解液应对合金及其氧化膜具有一定的溶解作用和钝化作用。
工艺控制方面，有恒压微弧氧化法和恒电流微弧氧化法两类。
一般采用恒电流法，因为此法省时且易控制，电流密度通常根据膜层厚度，耐磨，耐蚀，耐热等的需要在1－100A/dm2 范围内选定。
膜元素和分布规律3.微弧氧化膜呈熔融冷却状，表面有孔，但不是贯穿的，故能阻挡环境中的腐蚀物质进入膜层。
AZ80镁合金筒形件微弧氧化膜缺陷分析及改进
• 511 •【转化膜技术/Conversion Coating Technology】 DOI: 10.19289/j.1004-227x.2022.07.011 AZ80镁合金筒形件微弧氧化膜缺陷分析及改进 吴瑜1, *，陈刚1, 2，王红杰1，杨晓禹1，刘凯1
（1.中国兵器科学研究院宁波分院，浙江 宁波 315103； 2.宁波表面工程研究院有限公司，浙江 宁波 315103） 摘要：针对AZ80镁合金筒形件微弧氧化膜表面存在沿挤压方向分布的灰黑色线条问题，借助X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪和金相显微镜分析了镁合金基材的组织结构和元素组成，认为该缺陷的形成与基材中β-Mg17Al12物相偏析有关。降低基材挤压温度和延长微弧氧化时间后缺陷消除。 关键词：镁合金；筒形件；微弧氧化膜；灰黑色线条缺陷；故障处理 中图分类号：TQ153.6 文献标志码：A 文章编号：1004 – 227X (2022) 07 – 0511 – 05 Analysis on defects of micro-arc oxidation film on cylindrical AZ80 magnesium alloy part and countermeasures WU Yu 1, *, CHEN Gang 1, 2, WANG Hongjie 1, YANG Xiaoyu 1, LIU Kai 1 (1. Ningbo Branch of China Academy of Ordnance Science, Ningbo 315103, China; 2. Ningbo Surface Engineering Research Institute Co., Ltd., Ningbo 315103, China) Abstract: Aiming at the problem of gray-black strips distributed on micro-arc oxide film surface along the extrusion
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工作进度安排
前期准备： 前期准备：（2011年3月～2011年5月）学习掌握镁合金及 表面防护的相关基础知识。学习相关的微弧氧化原理及工设 备操作。 组织实施：（20011年6-7月）确定研究路线和方案。采购相 组织实施： 关的原材料，化学试剂，加工试样。 实践环节： 实践环节：（2011年8月～2011年10月）进行相关实验，对 试样进行微弧氧化试验及组织及性能分析。 项目结题： 项目结题：（2011年11-12月）：学生撰写结题报告，准备 答辩。 教师指导： 教师指导：教师指导学生学习相关书籍，解答学生的疑惑。 引导学生去查阅文献和资料初步成型方案。并在各个环节实 时指导学生，督促学生及时总结。指导学生如何撰写论文。
预期目标
1、电解液的选择与优化； 2、各工艺参数对膜层性能的பைடு நூலகம்响规律； 3、最佳工艺下膜层的各项性能研究，如耐 蚀性、耐磨性、高温抗氧化性能等； 4、镁合金微弧氧化膜的生长过程及机理。
谢谢观看
镁合金微弧氧化工 艺研究答辩
材料学院 陆正萍
contents
1课题名称 2项目来源 3主要技术 4研究目标 5工作进度安排 6预期目标
课题名称
镁合金微弧氧化工艺研究
课题背景
镁合金是工程上使用的密度最小的金属结构材料， 由于具有高的比强度、比刚度、优良的电磁屏蔽 性能而受到航空航天、汽车和电子通讯等行业的 广泛关注。但镁的电极电位很低，约为-2.37V， 化学稳定性差，在大多数介质环境中易受到腐蚀， 这严重制约了镁合金在现代工业中的推广应用， 因此开展镁合金的防护技术研究，提高镁合金的 耐腐蚀性能将具有非常重要的现实意义。
微弧氧化
微弧氧化（MAO）它是将镁、铝、钛 等有色金属及其合金作为阳极，置于 电场环境的电解液中，使被处理工件 表面在电场作用下产生微弧放电而原 位生长出一层与基体以冶金形式结合 的陶瓷膜层。
实验设备
电解槽
研究目标
以汽车零部件及电子器材壳体常用的 AZ91D镁合金为基体，开发高效、环保的 微弧氧化电解液，并系统优化微弧氧化处 理的电参数，揭示镁合金微弧氧化膜的相 结构和性能的关系、微弧氧化膜的成膜机 理以及微弧氧化膜的腐蚀行为和作用机理 等，所得到的研究结果将为镁合金微弧氧 化技术在汽车、电子行业中的推广应用提 供必要的理论依据 。
目前，增强镁合金的耐蚀性主要有2种途径， 一是开发耐蚀性高的高纯合金或新合金， 二是对镁合金进行表面改性，目前以后者 的研究报道居多。关于镁合金表面改性的 方法有化学转化膜、热喷涂技术、金属涂 层、阳极氧化、微弧氧化等，其中镁合金 的微弧氧化是一种新型的表面处理技术， 因其具有工艺简单、环境协调性好等特点， 近年来备受世界各国研究人员的关注。