微弧氧化（Micro-arcOxidation，MAO），又稱微等離子體氧化（Micro-plasmaOxidation，MPO）、陽極火花沉積（Anode Spark Deposition，ASD)、等離子體增 強電化學表面陶瓷化（Plasma Enhance Electrochemical Surface Ceramic coating， PECC)等技術，是一種鋁、鎂、鈦及其合金表面在電解液中依賴外加電場使其表 面原位反應生成自身金屬氧化物的新技術。圖 1 是微弧氧化設備結構示意圖，從 圖中可以看出將鋁、鎂合金制品做陽極，不銹鋼做陰極，置于脈沖電場環(huán)境的電 解液中，樣品表面因受端電壓作用而發(fā)生等離子體放電，所產生的高溫高壓條件使微區(qū)的鋁、鎂原子與溶液中的氧結合生成與基體以冶金方式結合的氧化鋁或氧化鎂陶瓷層。

圖 1 微弧氧化設備結構示意圖

        鋁、鎂、鈦等合金樣品放入電解液中，通電后表面立即生成很薄一層氧化物絕緣層，這屬于普通陽極氧化階段，當電極間電壓超過某一臨界值時，氧化膜某些薄 弱部位被擊穿，發(fā)生微區(qū)弧光放電現(xiàn)象，溶液里的樣品表面能觀察到無數(shù)游動的弧 點。由于擊穿總是在氧化膜相對薄弱的部位發(fā)生，當氧化膜被擊穿后，在膜內部形成放電通道。初始一段時間后，樣品表面游動弧點較大，部分熔融物向外噴出，形成孔隙率高的疏松層。隨著氧化時間延長，膜厚度增加，擊穿變得越來越困難， 試樣表面較大的弧點逐漸消失，可看見大量細碎火花。這時膜內部微弧放電仍在進行，使氧化膜繼續(xù)向內部生長，形成致密層。此時，一方面，疏松層阻擋致密層內部放電時熔融物進入溶液，使其盡量保留在致密層內；另一方面， 疏松 層外表面同溶液保持著溶解和沉積平衡，使疏松層厚度維持基本不變。電解質離 子進入氧化膜后，形成雜質放電中心，產生等離子放電，使氧離子、電解質離子與基體金屬強烈結合，同時放出大量的熱，使形成的氧化膜在基體表面熔融、燒結，形成 具陶瓷結構的膜層。圖 2 是鎂合金樣品表面微弧放電狀態(tài)隨通電時間的變化。

圖 2 鎂合金微弧氧化不同時刻的樣品表面狀態(tài)

        微弧氧化的反應現(xiàn)象包含以下幾個基本過程：陽極氧化階段、火花放電階段、微弧氧化階段和熄弧階段。

        (1)陽極氧化階段：將樣品置于一定的電解液中，通電加壓后，樣品表面和陰極表面出現(xiàn)無數(shù)細小均勻的白色氣泡，而且隨電壓增加，氣泡逐漸變大變密， 生成速度也不斷加快。在達到擊穿電壓之前，這種現(xiàn)象一直存在，這一階段就是陽 極氧化階段。在該階段，電壓上升很快，但電流變化很小。電壓較低時，樣品表面形成一層很薄的氧化膜；但隨著電壓的升高，氧化膜的溶解速度也變快，有時甚至會使 部分基體溶解，所以應盡量縮短陽極氧化階段。

        (2)火花放電階段：當施加到樣品的電壓達到擊穿電壓時，樣品表面開始出現(xiàn)無數(shù)細小、亮度較低的火花點。這些火花點密度不高，無爆鳴聲，這一階段屬于 火花放電階段。在該階段，樣品表面開始形成不連續(xù)的微弧氧化膜，但膜層生長速 率很小，硬度和致密度較低，所以對最終形成的膜層貢獻不大，也應盡量減少這一階段的時間。

        (3)微弧氧化階段：進入火花放電階段后，隨著電壓繼續(xù)增加，火花逐漸變大變亮，密度增加。隨后，樣品表面開始均勻地出現(xiàn)放電弧斑?；“咻^大、密度較高，隨電流密度的增加而變亮，并伴有強烈的爆鳴聲，此時進入微弧氧化階段?；鸹?放電階段與微弧氧化階段緊密銜接，兩者很難明確劃分。在微弧氧化階段，隨時間的延 長，樣品表面細小密集的弧斑逐漸變得大而稀疏，同時電壓緩慢上升， 電流逐漸下降， 弧點較密集的階段，對氧化膜的生長最有利，膜層的大部分在此階段形成，弧點較稀疏的階段，對氧化膜的生長貢獻不大，但可以提高氧化膜的致密性并降低表面粗糙 度。微弧氧化階段是形成陶瓷膜的主要階段，對氧化膜的最終厚度、膜層表面質量和 性能都起到決定性作用?？紤]到該階段在整個微弧氧化過程中的重要性，在保證膜層質量的前提下，應盡量延長該階段的作用時間。

        (4)熄弧階段(或弧光放電階段)：微弧氧化階段末期，電壓達到最大值，氧化 膜的生長將出現(xiàn)兩種趨勢。一種趨勢是樣品表面的弧點越來越稀疏并最終消失，爆鳴聲停止，表面只有少量的細碎火花，這些火花最終會完全消失，微弧氧化過程也隨之結束。這一階段稱為熄弧階段。另一種趨勢是樣品表面的弧點幾乎完全消失，同時其它一個或幾個部位突然出現(xiàn)較大的弧斑，這些較大的弧斑光亮刺眼，可以長時 間保持不動，并且產生大量氣體，爆鳴聲增強，該階段稱為弧光放電階段。樣品表面發(fā)生弧光放電時，氧化膜會遭到破壞，基體也會出現(xiàn)燒蝕現(xiàn)象，因此弧光放電階段對于氧化膜的形成尤為不利，在實際操作中應盡量避免該現(xiàn)象的發(fā)生。

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