微弧氧化技术的发展概况

微弧氧化技术的发展概况

微弧氧化技术的发展可以追溯到20世纪30年代初期，德国科学家Gunterschulze和Betz首次报道了浸在溶液里的金属在高压电场作用下其表面会出现火花放电现象[8]。通过进一步的观察和研究，发现利用此火花放电现象可在金属表面成功制备出陶瓷氧化膜，由于氧化膜的保护作用，因此镁合金防腐最初运用的就是该项技术[9]。直到现在，镁合金火花放电阳极氧化技术仍然在研究和开发之中。从20世纪70年代开始，苏联、美国和德国等国家由于认识到该技术的巨大应用潜力，便纷纷加快了对微弧氧化技术的研究与开发。美国伊利诺大学、德国卡尔马克思工业大学等单位用直流或单相脉冲电源模式全面分析研究了铝、钛等阀金属火花放电沉积膜层，并分别命名为阳极火花沉积[10-11]和火花放电阳极氧化[12-13]。同传统的阳极氧化技术相比较，该技术最大的进步在于氧化时金属的表面所产生的微等离子体可以在高温高压区域烧结成为晶态。在铝合金上所制备成的该种膜层，α-Al2O3和γ-Al2O3占据了其主要膜成分[14-15]。1977年，苏联无机化学研究所人员开始了该技术的研究，他们所采用的是交流电压模式，得到了类似的膜层，其中α-Al2O3和γ-Al2O3仍然占据氧化膜的主要成分，并将该技术命名为微弧氧化。至此，微弧氧化技术得到了很大的发展[16]。

从发现火花放电现象至今，人们对于其机理及过程的认识也在不断地发生变化，所以对该工艺技术的命名也不一样。以时间为序，先后出现了火花阳极氧化(spark anodizing)、阳极火花沉积(anodic spark deposition, ASD)、微弧阳极氧化(micro-arc anodizing)、微弧放电氧化(micro-arc discharge oxidation)、微等离子体阳极氧化(micro-plasma anodizing)、等离子体电解氧化(plasma electrolytic oxidation, PEO)、电子等离子体氧化(electro-plasma oxidation)、等离子微放电氧化(plasma micro-discharge oxidation)、火花放电阳极氧化(anodischen oxydation unter funkenentladung, ANOF)和微弧氧化(micro-arc oxidation, MAO)等名称[17]。尽管名称不一样，但其本质和过程都是相同的。

目前，国际上从事微弧氧化技术研究的国家主要有俄罗斯、美国、德国、日本等，其中以俄罗斯较为领先。俄罗斯在微弧氧化机理研究上已经提出了一套比较完整的理论，并成功地应用于航空、石油、纺织等工业领域[18]。其他国家在此技术上的研发也有较高水准，他们的参与在扩大该技术国际影响力的同时，也促进了微弧氧化技术工艺类型的多样化，增加了处理对象的种类，扩大了应用领域。

从20世纪90年代开始，我国开始关注微弧氧化这项技术，目前也开始以耐磨、耐蚀及装饰性膜层的形式走向实用阶段，但现在仍处于起步阶段。国内研究与开发微弧氧化技术的单位主要有哈尔滨工业大学、西安理工大学、北京师范大学、常州大学、宁波瑞隆表面技术有限公司、北京金弧绿保科技开发有限公司等，其中常州大学的相关研究工作较为系统，对铝合金、镁合金、纯钛微弧氧化陶瓷膜层的制备工艺、形貌、相组成、性能及应用等方面都做了全面且有益的探讨[19-31]。北京金弧绿保科技开发有限公司已经由实验阶段转向小批量试生产，并已建成一条半自动化微弧氧化生产线。

从总体来说，国外对微弧氧化技术的研究水平要略领先于国内，但目前国内和国外都还没有进入大规模工业应用的阶段。因此要深入了解并掌握该技术，仍需要通过大量的研究实验，从而制备出性能更好的陶瓷膜层，使其在更多的领域得到实际应用。