1、技术内容和技术

(1)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主要包括铝基材料的预处理、微弧氧化、后处理三部分。

        工艺流程如下：铝基工件→化学除油→清洗→微弧氧化→清洗→后处理→成品检验
        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pH11~13；20~50℃；阴极材料为不锈钢板；电解是将电压迅速上升到第一位300V，并保持5～10s，然后将阳极氧化电压升高至450V，电解5～10min。

(2)两步电解法

第一步：铝基工件200g/L的K2O·nSiO2(钾水玻璃)水溶液中1A/dm2氧化阳极电流5min；

第二步:第一步微弧氧化后，洗净铝基工件70g/L的Na3P2O7水溶液中以1A/dm2氧化阳极电流15min。阴极材料为:不锈钢板；溶液温度为20~50℃。

(3)影响因素

 　　①合金材料和表面状态的影响：微弧氧化技术对铝基工件的合金成分要求不高。对于一些难以处理的普通阳极氧化铝合金材料，如铜和高硅铸铝合金，可以进行微弧氧化处理。工件的表面状态也不高，一般不需要表面抛光处理。对于粗糙度较高的工件，微弧氧化后表面修复变得更加均匀、光滑；对于粗糙度较低的工件，微弧氧化后表面粗糙度增加。

 　　②电解质溶液及其成分的影响：微弧氧化电解质是获得合格膜层的技术关键。不同的电解质成分和氧化工艺参数膜的性质也不同。微弧氧化电解质主要使用含有一定金属或非金属氧化物的碱性盐溶液（如硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐等），溶液中的存在形式最好是胶体状态。pH范围一般在9~13之间。根据膜的性质，可以添加一些有机或无机盐作为辅助添加剂。在相同的微弧电解电压下，电解质浓度越大，成膜速度越快，溶液温度上升越慢，相反，成膜速度越慢，溶液温度上升越快。

 　　③氧化电压和电流密度的影响：微弧氧化电压和电流密度的控制对获得合格的膜也至关重要。不同的铝基材料和不同的氧化电解质具有不同的微电弧放电击穿电压（击穿电压：工件表面刚刚产生微电弧放电电解电压），微电弧氧化电压一般控制在几十到几百伏以上。根据膜性能的要求和不同的工艺条件，微电弧氧化电压可为200~600V范围内的变化。微弧氧化可采用控制电压法或控制电流法进行。控制微弧氧化时，电压值一般分段控制，即在一定的阳极电压下形成一定厚度的绝缘氧化膜，然后将电压增加到一定的微弧氧化值。当微弧氧化电压刚刚达到控制值时，通过的氧化电流大，可达10A/dm2左右，随着氧化时间的延长，陶瓷氧化膜不断形成和改进，氧化电流逐渐减少，最终小于1A/dm2。氧化电压的波形对膜的性能有一定的影响，可采用直流、锯齿形或方波等电压波形。与控制电压法相比，控制电流法的电流密度一般为2~8A/dm2。当控制电流氧化时，氧化电压开始迅速上升。当达到微弧放电时，电压缓慢上升。随着膜的形成，氧化电压迅速上升，最终保持在较高的电解电压下。

 　　④温度与搅拌的影响：与传统的铝阳极氧化不同，微弧氧化电解质的温度允许范围较宽，可达10~90℃在条件下进行。温度越高，工件和溶液界面的水气化越强，膜的形成越快，但粗糙度也越高。同时，温度越高，电解质蒸发越快，微弧氧化电解质的温度一般控制在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，但为了保证氧化温度和系统成分的均匀性，一般配备机械装置或压缩空气搅拌电解液。

 　　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，但粗糙度也越高。

 　　⑥阴极材料：微弧氧化阴极材料采用不溶性金属材料。由于微弧氧化电解质主要是碱性液体，因此阴极材料可以是碳钢、不锈钢或镍。悬架或上述材料制成的电解罐可用作阴极。

(4)微弧氧化设备①微弧氧化电源设备是一种特殊的高压大电流输出电源设备，输出电压范围一般为0~600V；输出电流的容量取决于加工工件的表面积，一般需要6~10A/dm2。电源应设置恒电压和恒电流控制装置，输出波形可视为直流、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，使电解液及时冷却，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。

(5)膜层质量检验 目前微弧氧化陶瓷膜层的质量检测还没有专门的标准可采用铝常规阳极氧化膜性能检测标准。

2、优缺点及使用范围

铝及其合金材料采用微弧氧化技术进行表面强化处理，具有工艺简单、占地面积小、处理能力强、生产效率高等优点，适用于大型工业生产。微弧氧化电解质不含有毒物质和重金属元素，抗污染能力强，回收利用率高，环境污染小，满足优质清洁生产的需要，满足我国可持续发展战略的需要。铝基表面陶瓷膜具有高硬度（HV>1200)，耐腐蚀性强（CASS盐雾试验＞480h），绝缘性好(膜阻>100MΩ），膜层与基底金属具有较强的结合力，具有良好的耐磨性和耐热冲击性。微弧氧化技术具有较强的处理能力，可以通过改变工艺参数获得不同特性的氧化膜，以满足不同目的的需要；或者通过改变或调整电解质的成分，使膜具有一定的特性或不同的颜色；同一工件的微弧氧化也可以使用不同的电解质，以获得多层不同性质的陶瓷氧化膜。 由于微弧氧化技术具有上述优点和特点，因此，在机械、汽车、国防、电子、航空航天、建筑民用等工业领域具有广阔的应用前景。主要用于对耐磨、耐腐蚀、耐热冲击、高绝缘等特殊要求的铝基材零件的表面强化处理；也可用于建筑和民用工业对装饰和耐磨耐腐蚀要求高的铝基材的表面处理；也可用于传统阳极氧化不能处理的特殊铝基材的表面强化处理。例如，铝基活塞、活塞座、气缸等铝基材零件；机械化工行业的各种铝基模具、各种铝罐内壁、仓库地板、滚杆、导轨等各种铝基材零件；以及各种铝基材五金产品、健身器材等。 微弧氧化技术仍存在工艺参数、配套设备研究等缺点，氧化电压远高于传统铝阳极氧化电压，运行时采取安全保护措施，电解质温度快速上升，大容量制冷换热设备。