2-2014微弧氧化技術(shù)的研究與應(yīng)用

1、微弧氧化技術(shù),1、微弧氧化技術(shù),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(shù),通過(guò)對(duì)脈沖電參數(shù)和無(wú)重金屬元素加入的電解液的匹配調(diào)整，在陽(yáng)極表面產(chǎn)生微區(qū)弧光放電現(xiàn)象，進(jìn)而在Al、Mg、Ti等金屬表面原位生長(zhǎng)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(yáng)極氧化的工作電壓范圍

2、（法拉第區(qū)），進(jìn)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(guò)程是許多基本過(guò)程的總和，這些過(guò)程伴隨著熱化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)反應(yīng)以及導(dǎo)電電極之間的物質(zhì)輸運(yùn)等復(fù)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(yīng)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(yīng)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(yīng)沉積物如Mg2SiO4等。,3、微弧氧化技術(shù)的特點(diǎn),微弧氧化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要有：1）反應(yīng)在溶液中進(jìn)行，只要是溶液可及

4、的地方都能夠形成膜層，因此對(duì)零件形狀的適應(yīng)性很強(qiáng)。2）電解液中不含有害物質(zhì)，反應(yīng)過(guò)程也不會(huì)生成新的有毒物質(zhì)，對(duì)環(huán)境無(wú)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(bǔ)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(dá)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(jiǎn)單，便于進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。,微弧氧化技術(shù)的缺點(diǎn)主要有：1）由反應(yīng)的機(jī)理決定，膜層為蜂窩狀的多孔結(jié)構(gòu)，均勻分布的小孔底部可起到保護(hù)作用的膜層厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于整個(gè)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(yīng)引起破壞，使微弧氧化膜的使用范圍受到限制。3）整個(gè)膜層的厚度較?。ī?00μm），硬度高、耐蝕能力強(qiáng)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(shí)的使用壽命受到影響。至今也沒(méi)有進(jìn)行過(guò)任何針對(duì)微弧氧化膜層的長(zhǎng)效可靠性研究。4）高能耗。微弧氧化反應(yīng)在高電壓、大電流模式下進(jìn)行，耗能較大，單個(gè)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(shù)的應(yīng)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(shù)已經(jīng)在高速紡織零件上成功應(yīng)用多年。美國(guó)、德國(guó)、意大利等國(guó)也在汽車、通訊、航空等領(lǐng)域大量使用微弧氧化技術(shù)。 目前微弧氧化在國(guó)內(nèi)已被多家企業(yè)應(yīng)

7、用于工業(yè)生產(chǎn)之中，用來(lái)對(duì)各種輕合金零件進(jìn)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(shù)。以下為一些工業(yè)應(yīng)用實(shí)例。,我國(guó)微弧氧化技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用實(shí)例,一汽紅旗世紀(jì)星轎車的發(fā)動(dòng)機(jī)殼體,香港中新國(guó)際有限公司生產(chǎn)的 15 寸鎂合金輪轂,我國(guó)微弧氧化技術(shù)的

8、工業(yè)應(yīng)用實(shí)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(guó)微弧氧化技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用實(shí)例,,鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸體,147kW柴油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞,5、微弧氧化技術(shù)的發(fā)展方向,目前微弧氧化技術(shù)進(jìn)入了快速發(fā)展的時(shí)期。總的來(lái)說(shuō)，新的發(fā)展將集中在以下幾點(diǎn)： 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(biāo)。 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(biāo)。 3）研

9、制體積更小、更加智能化的電源設(shè)備。以降低能耗、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量為目標(biāo)。 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(hù)方法相結(jié)合成為性能更加優(yōu)良的復(fù)合膜層。以增強(qiáng)耐腐蝕能力和延長(zhǎng)使用壽命為目標(biāo)。,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(lái)的一種“高速低溫濺射技術(shù)”。磁控濺射是

10、在陰極靶表面上方形成一個(gè)正交電磁場(chǎng)，當(dāng)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(chǎng)作用下作來(lái)回振蕩運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)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?duì)基體轟擊，體現(xiàn)了“低能”特點(diǎn).,,磁控濺射鍍膜機(jī),,“磁控濺射”技術(shù)是美國(guó)在60.70年代后發(fā)展航空航天事業(yè)同步發(fā)展起來(lái)的玻璃膜制造技術(shù)。原來(lái)最早是應(yīng)用于航空事業(yè)用于解決航天玻璃的隔熱防爆問(wèn)題