2-2014微弧氧化技術的研究與應用

1、微弧氧化技術,1、微弧氧化技術,微弧氧化(Microarc oxidation，MAO)又稱微等離子體氧化(Microplasma oxidation， MPO),1.微弧氧化技術,通過對脈沖電參數(shù)和無重金屬元素加入的電解液的匹配調(diào)整，在陽極表面產(chǎn)生微區(qū)弧光放電現(xiàn)象，進而在Al、Mg、Ti等金屬表面原位生長出一層以基體金屬氧化物為主的陶瓷層。,基本原理： 微弧氧化的基本原理是使工作電壓突破傳統(tǒng)的陽極氧化的工作電壓范圍

2、（法拉第區(qū)），進入高電壓放電區(qū)，在電極上發(fā)生微等離子放電條件下，在基體材料（電極）上原位生成氧化膜。微弧氧化過程是許多基本過程的總和，這些過程伴隨著熱化學反應、電化學反應以及導電電極之間的物質(zhì)輸運等復雜現(xiàn)象。,6,2、氧化膜層的制備方法,微弧氧化膜層的形貌與相組成,圖 Ti6Al4V合金表面的微弧氧化膜層（400V） Ti合金表面生成的微弧氧化膜層以金紅石型TiO2和銳鈦礦型TiO2為主組成相，另有少量其他反應沉積物

3、如TiAl2O5等。,LY12鋁合金表面的微弧氧化膜層 Al合金表面生成的微弧氧化膜層以α-Al2O3和γ-Al2O3為主組成相，另有少量其他反應沉積物如Al-Si-O等。,,AZ91D鎂合金表面的微弧氧化膜層（400V） 鎂合金表面的微弧氧化膜層以MgO和MgO2為主組成相，另有少量其他反應沉積物如Mg2SiO4等。,3、微弧氧化技術的特點,微弧氧化技術的優(yōu)點主要有：1）反應在溶液中進行，只要是溶液可及

4、的地方都能夠形成膜層，因此對零件形狀的適應性很強。2）電解液中不含有害物質(zhì)，反應過程也不會生成新的有毒物質(zhì)，對環(huán)境無污染。3）硬度高（HV:500～2500）、耐磨性好，和其他工藝相比與基體的結(jié)合牢固，能夠有效彌補輕合金表面不耐磨的缺陷。4）膜層能夠經(jīng)受高低溫的變化，具有較好的熱匹配性。5）膜層的絕緣性能優(yōu)良（擊穿電壓可達3000-5000V）。6）膜層的表面質(zhì)量較高，光潔度較好且易于著色，適合用作裝飾涂層。7）成本低、操作

5、簡單，便于進行大規(guī)模生產(chǎn)。,微弧氧化技術的缺點主要有：1）由反應的機理決定，膜層為蜂窩狀的多孔結(jié)構，均勻分布的小孔底部可起到保護作用的膜層厚度遠遠小于整個膜層的厚度。這使得膜層自身的耐腐蝕能力大打折扣。2）膜層中含有大量基體金屬的氧化物和氫氧化物，極易與酸性介質(zhì)反應引起破壞，使微弧氧化膜的使用范圍受到限制。3）整個膜層的厚度較?。ī?00μm），硬度高、耐蝕能力強的致密層厚度通常只有總厚度的1/5左右。這使得膜層被作為耐磨耐蝕涂層

6、時的使用壽命受到影響。至今也沒有進行過任何針對微弧氧化膜層的長效可靠性研究。4）高能耗。微弧氧化反應在高電壓、大電流模式下進行，耗能較大，單個工件的加工面積很難提高，降低了生產(chǎn)效率。,4、微弧氧化技術的應用,在俄羅斯, 由于陶瓷層出色的耐磨性和良好的膜基結(jié)合力, 微弧氧化技術已經(jīng)在高速紡織零件上成功應用多年。美國、德國、意大利等國也在汽車、通訊、航空等領域大量使用微弧氧化技術。 目前微弧氧化在國內(nèi)已被多家企業(yè)應

7、用于工業(yè)生產(chǎn)之中，用來對各種輕合金零件進行表面耐磨耐蝕處理，成為很多傳統(tǒng)表面處理方法的替代技術。以下為一些工業(yè)應用實例。,我國微弧氧化技術的工業(yè)應用實例,一汽紅旗世紀星轎車的發(fā)動機殼體,香港中新國際有限公司生產(chǎn)的 15 寸鎂合金輪轂,我國微弧氧化技術的

8、工業(yè)應用實例,兵器工業(yè)第五九研究所生產(chǎn)的鎂合金 高壓熱水交換管,鋁合金微型沖鋒槍托架,我國微弧氧化技術的工業(yè)應用實例,,鋁合金發(fā)動機缸體,147kW柴油發(fā)動機活塞,5、微弧氧化技術的發(fā)展方向,目前微弧氧化技術進入了快速發(fā)展的時期?？偟膩碚f，新的發(fā)展將集中在以下幾點： 1）探索新的基材微弧氧化前處理工藝。以提高膜層的結(jié)合力為目標。 2）探索新的電解液添加劑。以改變膜層自身的性能如硬度、電阻、顏色和自愈合能力等為目標。 3）研

9、制體積更小、更加智能化的電源設備。以降低能耗、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量為目標。 4）探索新的膜層后處理工藝，使得微弧氧化膜層能夠與其他表面防護方法相結(jié)合成為性能更加優(yōu)良的復合膜層。以增強耐腐蝕能力和延長使用壽命為目標。,磁控濺射鍍膜,真空濺射鍍膜是指待鍍材料源（稱為靶）和基體一起放入真空室中，然后利用正離子轟擊作為陰極的靶，使靶材中的原子、分子逸出并在基體表面上凝聚成膜。,,磁控濺射是70年代迅速發(fā)展起來的一種“高速低溫濺射技術”。磁控濺射是

10、在陰極靶表面上方形成一個正交電磁場，當濺射產(chǎn)生的二次電子在陰極位降區(qū)內(nèi)被加速為高能電子后，并不直接飛向陰極而是在正交電磁場作用下作來回振蕩運動，在運動中高能電子不斷地與氣體分子發(fā)生碰撞，并向后者轉(zhuǎn)移能量，使之電離而本身變?yōu)榈湍茈娮樱烁吣茈娮訉w轟擊，體現(xiàn)了“低能”特點.,,磁控濺射鍍膜機,,“磁控濺射”技術是美國在60.70年代后發(fā)展航空航天事業(yè)同步發(fā)展起來的玻璃膜制造技術。原來最早是應用于航空事業(yè)用于解決航天玻璃的隔熱防爆問題