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微弧氧化
圖片來自tepla

微弧氧化(Micro-arc oxidation,MAO),又稱微等離子體氧化(Micro-plasma oxidation,MPO)。在微弧氧化過程中,基體金屬與離子、電解質離子在熱化學電化學等離子體化學的共同作用下發生強烈反應,經歷熔融噴發結晶、高溫相變過程,最終在晶體表面熔覆,燒結形成陶瓷層。陶瓷層的形成過程非常複雜,至今還沒有一個被學術界公認、並能全面描述陶瓷層形成的合理模型,但這並不妨礙這項技術被應用於各行各業。[1]

基本簡介

在微弧氧化過程中,化學氧化、電化學氧化、等離子體氧化同時存在,因此陶瓷層的形成過程非常複雜,至今還沒有一個合理的模型能全面描述陶瓷層的形成。

微弧氧化工藝將工作區域由普通陽極氧化的法拉第區域引入到高壓放電區域,克服了硬質陽極氧化的缺陷,極大地提高了膜層的綜合性能。微弧氧化膜層與基體結合牢固,結構緻密,韌性高,具有良好的耐磨、耐腐蝕、耐高溫衝擊和電絕緣等特性。該技術具有操作簡單和膜層功能可控的特點,而且工藝簡便,環境污染小,是一項全新的綠色環保型材料表面處理技術,在航空航天、機械、電子、裝飾等領域具有廣闊的應用前景。

原理特點

微弧氧化或等離子體電解氧化表面陶瓷化技術,是指在普通陽極氧化的基礎上,利用弧光放電增強並激活在陽極上發生的反應,從而在以鋁、鈦、鎂等金屬及其合金為材料的工件表面形成優質的強化陶瓷膜的方法,是通過用專用的微弧氧化電源在工件上施加電壓,使工件表面的金屬與電解質溶液相互作用,在工件表面形成微弧放電,在高溫、電場等因素的作用下,金屬表面形成陶瓷膜,達到工件表面強化的目的。

微弧氧化技術的突出特點是:

(1)大幅度地提高了材料的表面硬度,顯微硬度在1000至2000HV,最高可達3000HV,可與硬質合金相媲美,大大超過熱處理後的高碳鋼、高合金鋼和高速工具鋼的硬度;

(2)良好的耐磨損性能;

(3)良好的耐熱性及抗腐蝕性。這從根本上克服了鋁、鎂、鈦合金材料在應用中的缺點,因此該技術有廣闊的應用前景;

(4)有良好的絕緣性能,絕緣電阻可達100MΩ。

(5)溶液為環保型,符合環保排放要求。

(6)工藝穩定可靠,設備簡單。

(7)反應在常溫下進行,操作方便,易於掌握。

(8)基體原位生長陶瓷膜,結合牢固,陶瓷膜緻密均勻。

優勢

微弧氧化處理過程中,微等離子弧雖然存續時間極短,但其溫度卻高達數千度,所形成的金屬氧化物層與基體呈冶金熔合,具有很高的結合強度;氧化物經歷了熔融、冷卻及高溫相變,以晶體形式存在,因此賦予了陶瓷層結構緻密,韌性好,耐磨、耐腐蝕、耐高溫衝擊和電絕緣等特性,亦能滿足隔熱、催化、抑菌、親生物等性能要求

除可以處理Al()、Mg()、Ti()及其合金外,微弧氧化技術還能在Zr()、Ta()、Nb()等金屬及其合金表面產生陶瓷層。微弧氧化技術處理能力強,工藝適用範圍廣,並且通過改變工藝條件,在一定程度上可調整陶瓷層的微觀結構、特徵,進而實現對陶瓷層性能的控制。它的處理液一般為鹼性,可以不添加重金屬鹽,處理過程並不會產生有毒害的氣體,是一種綠色環保的表面處理技術。

參考文獻