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    微弧氧化(Microarc oxidation，MAO)又称微等离子体氧化(Microplasma oxidation MPO)或阳极火花沉积（Anodic spark deposition），是通过电解液与相应电参数的组合，在样品上施加高电压、大电流，阳极电位由几十伏提高到几百伏，致使在工件表面出现电晕、辉光、微弧放电，甚至火花斑，在铝、镁、钛及其合金表面依靠放电产生的瞬时高温高压作用，生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层。在微弧氧化过程中，化学氧化、电化学氧化、等离子体氧化同时存在因此陶瓷层的形成过程非常复杂至今还没有一个合理的模型能全面描述陶瓷层的形成。
    微弧氧化工艺将工作区域由普通阳极氧化的法拉第区域引入到高压放电区域，克服了硬质阳极氧化的缺陷，极大地提高了膜层的综合性能。微弧氧化膜层与基体结合牢固，结构致密，韧性高，具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温冲击和电绝缘等特性。该技术具有操作简单和易于实现膜层功能调节的特点，而且工艺不复杂，不造成环境污染，是一项全新的绿色环保型材料表面处理技术，在航空航天、机械、电子、装饰等领域具有广阔的应用前景。
    以铝及其合金的微弧等离子体氧化为例，即是将铝及其合金置于电解质的水溶液中，通过高压放电作用，使材料微孔中产生火花放电斑点，在热化学、电化学和等离子化学的共同作用下，在其表面生成一层以α-Al2O3和γ-Al2O3为主的硬质陶瓷层。微弧氧化技术的基本原理类似于阳极氧化技术，所不同的是利用等离子体放电增强了在阳极上发生的化学反应。普通阳极氧化处于法拉第区，电压较低，所得膜层呈多孔结构；微弧氧化处于火花放电区中，电压较高，当阳极氧化电压超过某一值时，表面初始生成的有一定绝缘性的氧化膜被击穿，产生微弧放电，形成瞬间的超高温区域（可达8000℃以上），在该区内氧化物或基底金属被熔融甚至气化，在与电解液的接触反应中，熔融物激冷而形成非金属陶瓷层；该膜层均匀致密，孔隙的相对面积较小，膜层综合性能大大提高。由于在高压电场作用下膜层被击穿的能力增强，正负离子在膜层中的扩散能力随之增强，微弧氧化可获得比阳极氧化更厚的膜层；而且在阳极氧化不易成膜的某些铝合金如Al-Cu、Al-Si等合金表面，同样可获得性能很好的厚膜。由于微弧氧化陶瓷层是直接在金属表面原位生长而成的致密陶瓷层，因而可改善材料自身的防腐、耐磨和电绝缘的特性。该陶瓷层（通过工艺条件加以调整）厚度可达300μm，显微硬度达2500HV，绝缘电阻可达500MΩ，且陶瓷层与基体的结合力强、耐腐蚀（5%盐雾试验大于1000h）、耐高温（2500℃）冲击。
    微弧氧化因为是在电离条件下发生的，局部温度极高，因此形成了α-Al2O3和γ-Al2O3为主的晶体，α-Al2O3学名无色刚玉，也就是习惯说的蓝宝石。这个晶相的Al2O3硬度极高，非常的耐磨，而且膜是可以随化学药剂不同而自动作着色的，常见有纯白、咖啡、黑色，和后期染上去的颜色不同，这种颜色是永远不会褪色的，除非氧化层被磨损掉了。这种陶瓷膜与基体属冶金结合，结合强度好，硬度高，具有很高的耐磨、耐腐蚀、耐高压绝缘和抗高温冲击等特性，可以数倍乃至数十倍的提高工件的使用寿命. 
技术性能： 
氧化膜厚：10μm--400μm(根据需要） 
结合力：剪切强度≥30Mpa,拉伸强度≥70Mpa 
硬度：HV500--2000（根据需要） 
耐磨性：提高50倍左右 
耐腐蚀性：盐雾试验1000h，无明显腐蚀 
耐高温：可承受2000摄氏度高温1min 
电绝缘性：＞100MΩ 
耗电量：0.05--0.1KWh/μm.dm2 
氧化层生长速度:50--100μm/h 
摩擦系数约0.18(干摩擦)
微弧氧化技术的内容和工艺流程
    铝及铝合金材料的微弧氧化技术内容主要包括铝基材料的前处理、微弧氧化、后处理三部分。其工艺流程如下：铝基工件→化学除油→清洗→微弧氧化→纯水清洗→后处理（封闭、电泳，抛光等）→成品检验。
微弧氧化陶瓷层的主要技术指标：
1、硬度高：显微硬度达1000-2500HV以上，可与硬质合金相媲美，大大超过热处理后的高碳钢、高合金钢和高速工具钢的硬度
2、耐磨损：具有独特的抗磨、减磨性，磨损率10~7mm3/N•m（摩擦副为碳化钨，干摩擦）；耐磨性可提高10-50倍。
3、耐腐蚀：盐雾实验可耐1000h以上。
4、耐高温冲击：可耐2500℃高温冲击。
5、抗热震性：300℃→水淬，35次无变化。
6、结合力强：与基体结合力可达250-300Mpa (剪切强度≥30Mpa，拉伸强度≥70Mpa)。
7、柔韧性强：陶瓷层厚30微米的铝片弯曲成30°角，陶瓷层完好无损；陶瓷层厚100微米的铝片弯曲断裂后，陶瓷层不开裂、不脱落。
8、绝缘性好：膜阻大于100MΩ；击穿电压可达5000V。
9、膜层厚度：可达10~300μm以上（可根据需要控制膜厚）。
10、粗糙度低：可加工至Ra0.050―Ra0.025。 
11、孔隙相对面积：0~40。
12、均匀性：内外表面均匀。
13、具有催化活性：可把CO催化成CO2，可减少内燃机活塞顶部沉积炭黑和CO的排放量，促进节能。
14、亲生物性：如钛合金器具微弧氧化陶瓷层中加入对生物亲和、活化的物质，植入体内，其表面易于附着生长骨骼、血管和神经细胞的生物组织。
微弧氧化陶瓷工艺特点：
1、无污染。工件除油污无须酸、碱（一般洗涤剂即可）；电解液为环保型，不含有毒、有害物质，抗污染能力强和再生重复使用率高，满足优质清洁生产的需要，符合生态环境排放标准；微弧氧化过程只放出氢气、氧气。工艺过程中无任何污染，属环保型表面处理技术。
2、工序简单，操作便利。对于产品的预处理不像阳极氧化要求的那样严格和繁杂，只要求样品表面去污去油，不需要去除表面的自然氧化层，也不需要表面打毛工件即可入槽进行微弧氧化，出槽经水洗即可使用（必要时封闭）；槽液于常温（一般在65℃以下）工作即可。
3、工艺稳定可靠,设备工艺简单，效率高。 
4、设备占地面积小、处理能力强、生产效率高，适用于大工业生产。
5、陶瓷层致密均匀、结合牢固，可做成多种颜色且永不褪色。
6、处理有色轻金属合金覆盖面广。
7、微弧氧化可以一次完成，也可以分几次完成。特别对于氧化膜要求很厚的样品可以分几次氧化，而阳极氧化一旦中断就必须重新开始。
8、可采用不同的电解液对同一工件进行多次微弧氧化处理，以获取具有多层不同性质的陶瓷层。
9、陶瓷化处理的零部件使用寿命长。
10、可替代并远远优秀于阳极氧化及硬质阳极氧化
生产线组成：
    微弧氧化电源、槽组部分、加热温控部分、冷却部分、搅拌部分、行车部分等。
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；电解方式为先将电压迅速上升至300V，并保持5～10s，然后将阳极氧化电压上升至450V，电解5～10min。
两步电解法
第一步：将铝基工件在200g/L的K2O·nSiO2（钾水玻璃）水溶液中以1A/dm2的阳极电流氧化5min；
第二步：将经第一步微弧氧化后的铝基工件水洗后在70g/L的Na3P2O7水溶液中以1A/dm2的阳极电流氧化15min。
阴极材料为不锈钢板；
溶液温度为20～50℃。
影响因素：
①合金材料及表面状态的影响：微弧氧化技术对铝基工件的合金成分要求不高，对一些普通阳极氧化难以处理的铝合金材料，如含铜、高硅铸铝合金的均可进行微弧氧化处理。对工件表面壮态也要求不高，一般不需进行表面抛光处理。对于粗糙度较高的工件，经微弧氧化处理后表面得到修复变得更均匀平整；而对于粗糙度较低的工件，经微弧氧化后，表面粗糙度有所提高。
②电解质溶液及其组分的影响：微弧氧化电解液是获到合格膜层的技术关键。不同的电解液成分及氧化工艺参数，所得膜层的性质也不同。微弧氧化电解液多采用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），其在溶液中的存在形式最好是胶体壮态。溶液的pH范围一般在9～13之间。根据膜层性质的需要，可添加一些有机或无机盐类作为辅助添加剂。在相同的微弧电解电压下，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。
③氧化电压及电流密度的影响：微弧氧化电压和电流密度的控制对获取合格膜层同样至关重要。不同的铝基材料和不同的氧化电解液，具有不同的微弧放电击穿电压（击穿电压：工件表面刚刚产生微弧放电的电解电压），微弧氧化电压一般控制在大于击穿电压几十至上百伏的条件进行。氧化电压不同，所形成的陶瓷膜性能、表面壮态和膜厚不同，根据对膜层性能的要求和不同的工艺条件，微弧氧化电压可在200～600V范围内变化。微弧氧化可采用控制电压法或控制电流法进行，控制电压进行微弧氧化时，电压值一般分段控制，即先在一定的阳极电压下使铝基表面形成一定厚度的绝缘氧化膜层；然后增加电压至一定值进行微弧氧化。当微弧氧化电压刚刚达到控制值时，通过的氧化电流一般都较大，可达10A/dm2左右，随着氧化时间的延长，陶瓷氧化膜不断形成与完善，氧化电流逐步减小，最后小于1A/dm2。氧化电压的波星嬙膜层性能有一定影响，可采用直流、锯齿或方波等电压波形。采用控制电流法较控制电压法工艺操作上更为方便，控制电流法的电流密度一般为2～8A/dm2。控制电流氧化时，氧化电压开始上升较快，达到微弧放电时，电压上升缓慢，随着膜的形成，氧化电压又较快上升，最后维持在一较高的电解电压下。
④温度与搅拌的影响：与常规的铝阳极氧化不同，微弧氧化电解液的温度允许范围较宽，可在10～90℃条件下进行。温度越高，工件与溶液界面的水气化越厉害，膜的形成速度越快，但其粗糙度也随之增加。同时温度越高，电解液蒸发也越快，所以微弧氧化电解液的温度一般控制在20～60℃范围。由于微弧氧化的大部分能量以热能的形式释放，其氧化液的温度上升较常规铝阳极氧化快，故微弧氧化过程须配备容量较大的热交换制冷系统以控制槽液温度。虽然微弧氧化过程工件表面有大量气体析出，对电解液有一定的搅拌作用，但为保证氧化温度和体系组分的均一，一般都配备机械装置或压缩空气对电解液进行搅拌。
⑤微弧氧化时间的影响：微弧氧化时间一般控制在10～60min。氧化时间越长，膜的致密性越好，但其粗糙度也增加。
⑥阴极材料：微弧氧化的阴极材料采用不溶性金属材料。由于微弧氧化电解液多为碱性液，故阴极材料可采用碳钢，不锈钢或镍。其方式可采用悬挂或以上述材料制作的电解槽作为阴极。
⑦膜层的后处理：铝基工件经微弧氧化后可不经后处理直接使用，也可对氧化后的膜层进行封闭，电泳涂漆，机械抛光等后处理，以进一步提高膜的性能。
微弧氧化的主要设备
①微弧氧化电源设备是一种高压大电流输入的特殊电源设备，选用大功率开关器件，输出特性优越，具有多重实用保护功能；高效节能、运行稳定可靠，特别适用于产业化生产。其主要参数为：
⑴功率 10KW―400KW（按用户需要配置）；
⑵100KW电源正向电流/电压输出最高为270A/800V，负向电流/电压输出最高270A/300V，均可调控。其它功率电源正、负向最高电压输出不变，电流对应功率变化；
⑶脉冲频率在 10―2000Hz范围数字化连续可调；
⑷正、负脉冲宽度可调，占空比10―90%数字化连续可调。
    输入电流的容量视加工工件的表面积而定，一般要求6～10A/dm2。电源要设置恒电压和恒电流控制装置，输入波形视工艺条件可为直流、方波、锯齿波等波形。
②热交换和制冷设备。由于微弧氧化过程中工件表面具有较高的氧化电压并通过较大的电解电流，使产生的热量大部分集中于膜层界面处，而影响所形成膜层的质量，因此微弧氧化必须使用配套的热交换制冷设备，使电解液及枢凿却，保证微弧氧化在设置的温度范围内进行。可将电解液采用循环对流冷却的方式进行，既能控制溶液温度，又达到了搅拌电解液的目的。
③槽组构成为：除油槽；自来水清洗槽；去离子水涮洗槽；微弧氧化槽；去离子水涮洗槽；封闭槽。
    微弧氧化槽用2mmSUS304不锈钢板制作（可根据用户生产需要配置附加不锈钢阴极板），外套PP板绝缘槽，并根据用户需要配置单氧化槽或双氧化槽；其它槽体均用PP板制作；各槽体容积及长、宽、深可视用户需求确定。
④挂具及阴极材料：挂具可选用铝或铝合金材质，阴极材料选用不溶性金属材料，推荐不锈钢。
膜层的质量检测
微弧氧化陶瓷膜层的质量检测目前无专门标准，可采用铝常规阳极氧化膜层性能的检测标准。
快脉冲微弧氧化技术
    通常的微弧氧化技术采用50Hz的脉冲频率。快脉冲微弧氧化技术则可在脉冲放电频率为800HZ条件下，制备出表面更光滑致密的优质氧化物陶瓷层，膜厚10－15μm，膜层硬度300－400ＨＶ，膜层表面粗糙Ra3.2－1.6。

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