万佳原微弧氧化技术介绍

微弧氧化技术是将铝、镁、钛等有色金属及其合金置于特殊的电解液中，利用特殊的电源设备在该材料表面微孔中产生微弧放电，在热化学、电化学、等离子化学的共同作用下，在材料表面原位产生陶瓷层的表面处理技术。由于微弧氧化技术具有工艺简单、无污染等特点，膜层具有耐磨、耐蚀、耐高温等优异特点外，还可以根据不同的要求，制备出具有装饰、磁电屏蔽、电绝缘等功能性膜层，因此，该技术已成为国际材料研究的热点之一，日益受到人们的重视。

一、微弧氧化的技术原理与特点

微弧氧化或微等离子体表面陶瓷化技术,是指在普通阳极氧化的基础上，利用弧光放电增强并激活在阳极上发生的反应，从而在以铝、钛、镁金属及其合金为材料的工件表面形成优质的强化陶瓷膜的方法，是通过用专用的微弧氧化电源在工件上施加电压，使工件表面的金属与电解质溶液相互作用，在工件表面形成微弧放电，在高温、电场等因素的作用下，金属表面形成陶瓷膜，达到工件表面强化的目的。

微弧氧化技术的突出特点是：（1）大幅度地提高了材料的表面硬度，显微硬度在1000至2000HV，最高可达3000HV，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）良好的耐磨损性能；（3）良好的耐热性及抗腐蚀性。这从根本上克服了铝、镁、钛合金材料在应用中的缺点，因此该技术有广阔的应用前景；（4）有良好的绝缘性能，绝缘电阻可达100MΩ。（5）溶液为环保型，符合环保排放要求。（6）工艺稳定可靠,设备简单.(7)反应在常温下进行，操作方便，易于掌握。（8）基体原位生长陶瓷膜，结合牢固,陶瓷膜致密均匀。

            

二、微弧氧化技术工艺流程及参数

1. 微弧氧化技术工艺流程

铝基材的前处理、微弧氧化、后处理。

其流程如下：铝基工件→化学除油→清洗→微弧氧化→清洗→后处理→检验包装。

2. 电解液组成与工艺条件

（1）参数一：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 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。

（2）:参数二：两步电解法，第一步：将铝基工件在 200g/L 的 K2O·nSiO2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℃。

三、微弧氧化的设备

(1)输入电源：采用三项380V电压。

(2)微弧氧化电源:因电压要求较高(一般在510—700V之间)，需专门定制。通常配备硅变压器。

电源输出电压：0—750V可调.电源输出最大电流：5A、10A、30A、50A、100A等可选。

(3)微弧氧化槽及配套设施

槽体可选用PP、PVC等材质，外套不锈钢加固。可外加冷却设施或配冷却内胆。

(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。

四、微弧氧化影响因素

（1）合金材料及表面状态的影响

对工件表面状态也要求不高，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状态。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。氧化电压不同，所形成的陶瓷膜性能、表面状态和膜厚不同，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，氧化电流逐渐减小，最后小于 1A/dm2。氧化电压的波形对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1～8A/dm2。控制电流氧化时，氧化电压开始上升较快，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

万佳原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。

来源：万佳原