铝和铝合金的等离子体微弧阳极氧化

第五节　铝和铝合金的等离子体微弧阳极氧化

铝和铝合金的等离子体微弧阳极氧化是近几年兴起的表面改性技术，主要应用于航空航天、机械、电子、汽车等领域。铝和铝合金的等离子体微弧阳极氧化，是将Al、Ti、Mg、Zr、Ta、Nb等金属或合金置于电解液中，施加高电压，使该材料表面产生电火花或微弧放电，而获得金属氧化物陶瓷膜的表面改性技术。

微弧阳极氧化具有以下特点。

①膜层为经高温融化而形成的Al₂O₃陶瓷膜，具有高的耐腐蚀性。

②含有高温转变α—Al₂O₃相，膜层硬度高，耐磨性好。

③α—Al₂O₃和γ—Al₂O₃赋予膜层良好的韧性。

④陶瓷膜层为原位生长，与基体结合紧密，不易脱落。

⑤通过改变电解液组成和工艺条件，可以改变膜层的微观结构、特征，从而实现膜层的功能设计。

⑥操作简便，不需要真空和低温设备，适于自动化生产。

⑦对材料的实用性宽。

1．微弧阳极氧化工艺

微弧阳极氧化电解液多采用弱碱性电解液，包括氢氧化钠、铝酸钠、硅酸钠、磷酸钠或偏磷酸钠等。这些溶液可以单独使用，也可以混合使用。但总浓度不能超过10g/L。工作电压随体系而异，一般不低于100V，溶液温度在60℃以下均可。但由于微弧氧化区间瞬时温度升高较快，能使氧化膜溶解，因此，需要有冷却设备。

2．主要影响因素

(1)电解液体系。电解液中的部分成分参加电极反应，最主要的任务是导电作用。通过含有金属或非金属的电解液形成的氧化膜中，常含有对应的金属或非金属离子。如铝酸盐中加入一定的硅酸钠，则形成的氧化膜中就含有Al₂O₃·2SiO₂相。

(2)电压。电压的大小与电解液的类型、浓度、电压波形及基体材料有关。电解液浓度高则电压高，反之，电压低。采用直流电压相对低一些，而交流电压相对高。镁、钛等合金采用较低的电压，而铝合金则采用较高的电压。基本原则是保证工件表面形成的微弧状态，电压过高将产生破坏性的电弧。

(3)电流密度。实际操作中，一般用电流密度来控制微弧氧化。微弧氧化的电流密度要高，以保证铝合金表面的γ—Al₂O₃向α—Al₂O₃的转变。γ—Al₂O₃向α—Al₂O₃的转变的温度达到1000℃以上。

(4)氧化时间。电解时间延长，氧化膜厚度增加，氧化后期电解液温度升高，氧化膜的溶解速度加大，导致膜厚随时间增长缓慢。在微弧氧化过程中，对铝合金来说，先形成γ—Al₂O₃，然后向α—Al₂O₃转变，所以，随氧化时间的增长，α—Al₂O₃的数量增多。