安徽微弧氧化陶瓷膜组织与性能的影响因素

微弧氧化陶瓷膜组织与性能的影响因素

微弧氧化陶瓷膜组织与性能的影响因素主要包括：电解液成分及浓度、电源供电参数(电压、电流、占空比、频率、氧化时间等)、添加剂、基体中的合金元素^[48]。目前对于微弧氧化陶瓷膜组织与性能影响因素的研究多是在选定的基体上，综合考虑电解液成分、电参数、添加剂及其三者之间的交互作用对微弧氧化陶瓷膜层的组织结构、形貌和性能的影响^[49]。

3.1 电解液成分

微弧氧化过程中用到的电解液通常分为酸性电解液和碱性电解液两大类。但是由于酸性电解液对环境有一定的污染性，因此目前微弧氧化技术所采用的电解液绝大多数属于碱性电解液。考虑到碱性电解液对铝及其合金有一定的溶解作用，电解液碱浓度不宜过高。在配制电解液配方时，氢氧化钠、氢氧化钾常常会被用来调节电解液的酸碱度。电解液的成分及其浓度均会对铝合金微弧氧化工艺产生重要的影响。有研究表明电解液成分中的阴离子会参与到氧化膜的形成中，从而改变微弧氧化涂层的成分、组织、相结构和性能。陶瓷层对电解液中粒子的吸附有选择性，吸附由强到弱的顺序依次为SiO₃^2-，PO₄^3-，VO₄^3-，MoO₄^2-，WO₄^2-，B₄O₇^2-，CrO₄^2-[50]。微弧氧化中常用的电解液配方有硅酸盐体系、磷酸盐体系、铝酸盐体系等，另外研究中采用复合盐的情况也很多^[51]。

图 3为6063铝合金在不同电解液体系中制备的陶瓷膜层的微观形貌照片^[52]。从图中可以看出电解液为硅酸盐时，膜层表面的孔隙率较小，氧化铝大面积的熔融在一起生成陶瓷膜层(见图 3(a))，而电解液为铝酸盐时膜层表面的孔隙率较高，氧化铝并未大面积的熔融，但电解液为铝酸盐是膜层表面更加光滑(见图 3(c))，这可能由于在微弧氧化的过程中，电解液为硅酸盐时的微弧氧化电压大概为510V要高于电解液为铝酸盐时的480V，微弧氧化电压高则微弧氧化反应剧烈；另外，电解液为硼酸盐时，膜层的孔隙率也相对较高且存在较多的微裂纹(见图 3(b))，这由于电解液为硼酸盐时的反应电压大概为540V，微弧氧化反应电压过高反应过于剧烈。

	图 3 不同电解液体系中制备的微弧氧化陶瓷膜层的微观形貌[52](a)硅酸盐电解液; (b)硼酸电解液; (c)铝酸盐电解液Fig. 3 Morphologies of MAO ceramic coatings prepared in various electrolytes[52](a)silicate electrolyte; (b)borate electrolyte; (c)aluminate electrolyte
图选项

图 4为不同电解液体系中所制备的陶瓷膜层在60min摩擦磨损实验时的摩擦因数曲线^[52]。从图中可以看出，当电解液为硅酸盐和铝酸盐时，摩擦磨损实验刚开始的很短时间里摩擦因数较高，随着摩擦磨损实验的进行，膜层的摩擦因数不断减小，膜层越磨越光滑；而电解液为硼酸盐时，由于膜层被磨穿，摩擦因数曲线很不规则。

图 4 不同电解液体系中制备陶瓷膜层的摩擦因数曲线[52]Fig. 4 Friction coefficient curves of MAO ceramic coatings prepared in various electrolytes[52]