铝及铝合金的微弧氧化技术

微弧氧化编辑微弧氧化(Microarc oxidation，MAO)又称微等离子体氧化(Microplasma oxidation, MPO)，是通过电解液与相应电参数的组合，在铝、镁、钛及其合金表面依靠弧光放电产生的瞬时高温高压作用，生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层。

在微弧氧化过程中，化学氧化、电化学氧化、等离子体氧化同时存在,因此陶瓷层的形成过程非常复杂,至今还没有一个合理的模型能全面描述陶瓷层的形成。

微弧氧化工艺将工作区域由普通阳极氧化的法拉第区域引入到高压放电区域，克服了硬质阳极氧化的缺陷，极大地提高了膜层的综合性能。

微弧氧化膜层与基体结合牢固，结构致密，韧性高，具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温冲击和电绝缘等特性。

该技术具有操作简单和易于实现膜层功能调节的特点，而且工艺不复杂，不造成环境污染，是一项全新的绿色环保型材料表面处理技术，在航空航天、机械、电子、装饰等领域具有广阔的应用前景。

微弧氧化技术的原理及特点：微弧氧化或微等离子体表面陶瓷化技术,是指在普通阳极氧化的基础上，利用弧光放电增强并激活在阳极上发生的反应，从而在以铝、钛、镁金属及其合金为材料的工件表面形成优质的强化陶瓷膜的方法，是通过用专用的微弧氧化电源在工件上施加电压，使工件表面的金属与电解质溶液相互作用，在工件表面形成微弧放电，在高温、电场等因素的作用下，金属表面形成陶瓷膜，达到工件表面强化的目的。

微弧氧化技术的突出特点是：（1）大幅度地提高了材料的表面硬度，显微硬度在1000至2000HV，最高可达3000HV，可与硬质合金相媲美，大大超过热处理后的高碳钢、高合金钢和高速工具钢的硬度；（2）良好的耐磨损性能；（3）良好的耐热性及抗腐蚀性。

这从根本上克服了铝、镁、钛合金材料在应用中的缺点，因此该技术有广阔的应用前景；（4）有良好的绝缘性能，绝缘电阻可达100MΩ。

（5）溶液为环保型，符合环保排放要求。

（6）工艺稳定可靠,设备简单.(7)反应在常温下进行，操作方便，易于掌握。

微弧氧化和阳极氧化
微弧氧化和阳极氧化是两种不同的金属表面处理方法，下面分别介绍：微弧氧化。

微弧氧化是一种高压直流电弧放电在金属表面形成的一层疏松、多孔
的含氧化物陶瓷保护膜，主要用于钛合金和铝合金的表面处理。

该技术能
够在金属表面上形成一层具有高硬度、耐磨损、耐腐蚀以及绝缘等性能的
氧化层，使得金属表面增强了抗腐蚀和耐磨损的能力。

微弧氧化常用于汽车、航空、高速列车等领域。

阳极氧化。

阳极氧化是一种在金属表面形成的一层厚度适中，且充满氧化物的保
护膜，主要用于铝材料的表面处理。

该技术能够在铝材表面上形成一层具
有高硬度、耐磨损以及防腐蚀的保护膜层，可以增强金属的抗腐蚀和耐磨
损能力，同时还能够美化铝材表面，增加其装饰性。

阳极氧化广泛应用于
建筑、汽车、电子等领域。

铝合金微弧氧漕液铝合金微弧氧化涂层是一种常见的表面处理技术，通过在铝合金表面形成氧化层，提高其耐磨、耐腐蚀和耐热性能。

本文将从铝合金微弧氧化液的组成、工艺过程和应用领域三个方面进行介绍。

一、铝合金微弧氧化液的组成铝合金微弧氧化液是由电解液和添加剂组成的。

电解液是实现微弧氧化过程的重要基础，一般由硫酸、硫酸铝和硫酸铜等物质组成。

添加剂主要用于调节电解液的性质和改善微弧氧化层的质量，常见的添加剂有硼酸和硫代硫酸钠等。

二、铝合金微弧氧化液的工艺过程铝合金微弧氧化液的工艺过程包括预处理、电解液配制、微弧氧化、后处理等步骤。

首先，需要对铝合金表面进行清洗和除油处理，以确保表面的干净和无杂质。

然后，按照一定比例将硫酸、硫酸铝等物质加入水中，搅拌均匀，制备出电解液。

接下来，将铝合金样品放入电解槽中，通过施加一定的电压和电流，使电解液发生电解反应，形成微弧氧化层。

最后，对微弧氧化后的样品进行清洗和干燥处理，以获得均匀、致密的氧化层。

三、铝合金微弧氧化液的应用领域铝合金微弧氧化液广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。

在航空航天领域，铝合金微弧氧化涂层可以提高飞行器的抗腐蚀性能和机械强度，延长其使用寿命。

在汽车领域，微弧氧化涂层可以增加汽车零部件的耐磨性和耐腐蚀性，提高汽车的整体品质。

在建筑领域，微弧氧化涂层可以增加铝合金门窗的表面硬度和耐候性，使其更加耐用。

铝合金微弧氧化液是一种重要的表面处理技术，通过形成氧化层来提高铝合金的性能。

它的组成主要包括电解液和添加剂，工艺过程包括预处理、电解液配制、微弧氧化和后处理。

铝合金微弧氧化液在航空航天、汽车和建筑等领域具有广泛的应用前景，可以提高材料的耐磨、耐腐蚀和耐热性能，增加产品的使用寿命。

未来，随着科技的不断进步，铝合金微弧氧化液的研究和应用将会得到更大的发展和推广。

压铸铝合金微弧氧化
压铸铝合金微弧氧化，这是一种新兴的表面处理工艺。

它的英文原文是
Micro-Arc Oxidation(MAO)，它能够使得压铸铝合金有更好的表面性能，可以提高产品的缓蚀性和抗腐蚀性。

该工艺是一种低温微弧氧化，在此工艺当中，就是利用电解液中的氧化剂以及
压铸铝合金表面的电流产生一支微细的电弧，使压铸铝合金表面的温度升高，形成一层由氧化铝和氧化镁组成的复合氧化膜，使其表面性能得到改善。

除此之外，该工艺还具有以下几个优点：
首先，该工艺的反应温度低，这种低温的复合氧化膜可以覆盖到表面的细小较
深的细节，因此对加工铝合金表面有更好的表现。

其次，该工艺可以节省能源与原料，可以把电能转换成反应能，不仅节约原料，而且还以较高的效率实现反应。

最后，该工艺有利于改善压铸铝合金表面结构，使其表面更加致密、平整，有
助于改善表面粗糙度，提高产品的缓蚀性和抗腐蚀性。

综上所述，压铸铝合金微弧氧化这种新型的表面处理技术，具有温度低、能源
和原料节约、表面结构优良，抗腐蚀性高等优点，可以在提高压铸铝合金表面性能的基础上有效的降低成本，使得压铸铝合金的应用范围更加广泛。

微弧氧化表面要求
微弧氧化后的铝合金表面应满足以下要求：
1. 外观要求：表面应平整、无气泡、无裂纹、无凹凸不平和无明显的色差。

2. 膜层厚度：微弧氧化膜层的厚度应符合设计要求，一般为10-20微米。

3. 耐蚀性：微弧氧化膜层应具有良好的耐蚀性，能够在盐雾、酸碱等恶劣环境下保持良好的性能。

4. 耐磨性：微弧氧化膜层应具有一定的耐磨性，能够在摩擦和磨损的情况下保持表面的完整性。

以上信息仅供参考，如需了解更多信息，建议查阅微弧氧化技术相关书籍或咨询专业人士。

摘要在很多特殊的工业领域，为满足某些特殊的性能需求，需要用到铝及其合金，但铝及其合金的表面硬度低、耐腐蚀性与耐磨性差、抗热震性差制约了铝合金的应用。

通过表面处理工艺进行处理，可以提高铝合金的综合性能，微弧氧化工艺是在阳极氧化工艺基础上发展起来的新兴表面处理技术，微弧氧化膜层具有硬度高，绝缘性与耐腐蚀性和耐磨性好，高抗热震性，氧化膜与基体结合力强等优点，极大地提高了铝合金的应用范围。

本文用微弧氧化技术对铝合金表面进行强化处理,利用正交试验设计优化试验方案, 按4因素（Na2SiO3浓度、KOH浓度、H3BO3浓度、微弧氧化电压）3水平得到正交表,合理安排微弧氧化试验, 达到优化微弧氧化工艺条件的目的：并用极差法评价各因素对陶瓷膜硬度和厚度影响的主次顺序和可能最优水平。

结果表明,铝合金微弧氧化陶瓷膜的硬度和厚度受各因素水平的影响显著, 其中Na2SiO3浓度对陶瓷膜硬度和厚度两指标的影响最大；在最优工艺条件下(Na2SiO3浓度6g/L、H3BO3浓度1.5g/L、KOH浓度0.5g/L、微弧氧化电压360V) ,陶瓷膜致密层总厚度约200 μm。

关键词:铝合金；微弧氧化；正交试验设计；表面处理；陶瓷氧化膜。

1AbstractIn many industries, to meet special performance requirements, it must be used in aluminum and its alloys, aluminum and its alloys, but lower surface hardness, corrsion resistance and poor wear resistance, thermal shock resistance is poor, restricted application of aluminum alloy. Can be processed by surface treatment to improve the comprehensive peforrmance of aluminum alloy. Oxidation in the anodic oxidation process developed on the basis of the newsurface treatment technology, micro-arc oxidation film has high hardness, corrsion resistance and insulation resistance and good wear resistance, high thermal shock resistance,oxide film and the substrate combined with strong advantages, greatly improved the application of aluminun alloy.Applying the technology of micro-arc oxidation to strengthen handling the surface of aluminum alloy, optimal experiments were designed by or thogonal experimental and the or thogonal table was gained according to fuor elements (concentration of Na2 SiO3, concentration of KOH, concentration of H3 BO3, micro-arc oxidation voltage) and three levels, carry out the micro-arc oxidation experiments appropriately, for the aim to obtain condi tions in which micro-arc oxidation technics can be optimized, using the i ntegral balanceable method to estimate the possibly optimal level and evaluate the primary and secondary order of effect to the hardness and thickness of ceramic coating caused by different elements. The results show that the hardness and thickness of micro-arc oxidation ceramic coating on aluminum alloy are effected observably by each element, especially by the concentration of Na2SiO3. In the optimal technics condition ( 6 g/L Na2 SiO3 , 1.5 g/L H3 BO3, 0.5 g/L KOH, 340V micro-arc oxidation voltage) , ceramic coating can reach 1700 HV in hardness and 200 μm in thickness approximately.Keywords：aluminurn alloy；micro-arc oxidation；orthogonal experimental design；surface treatment；ceramic oxide film.目录摘要 (1)第一章绪论 (5)1.1微弧氧化表面处理工艺 (6)1.1.1微弧氧化工艺机理 (6)1.1.2微弧氧化成膜过程 (8)1.1.3微弧氧化工艺参数影响情况 (10)1.1.4微弧氧化技术的特点 (11)1.1.5微弧氧化技术的应用前景 (12)1.2本研究课题的目的和意义 (12)1.2.1本研究课题的目的 (12)1.2.2研究的意义 (13)1.3技术研究思路 (13)1.3.1正交试验设计的基本原理..................................................................... 错误！未定义书签。

铝合金表面微弧氧化技术的应用及发展作者：张彦涛来源：《环球市场信息导报》2013年第06期微弧氧化是一种在金属表面原位生长陶瓷膜的表面处理技术，可大幅提高铝合金表面耐磨性及耐蚀性。

本文阐述了铝合金微弧氧化技术的特点及应用概况，以及微弧氧化技术的发展趋势。

微弧氧化技术又称微等离子体氧化、火花放电阳极氧化。

它是将铝，镁，钛等有色金属及其合金，在适当的电参数条件下使其与电解液中的溶质发生反应，最终在金属表面生成了具有一定厚度的陶瓷膜。

利用该技术在铝及其合金上生长一层Al2O3陶瓷膜，该陶瓷膜具有良好的耐磨、耐蚀性，而且可通过改变电参数和电解液等得到不同性能、不同颜色的陶瓷膜。

铝合金微弧氧化过程微弧氧化过程中具有等离子体放电通道的高温高压及电解液温度低的特点，在此极限条件下的反应过程可赋予陶瓷膜层其它技术难以获得的优异的耐磨、耐腐蚀等性能，同时使铝合金基体的保持原有性能。

液相中参与反应并形成陶瓷膜的粒子在电场力的作用下传输到基体附近的空间参与成膜，陶瓷膜层的厚度、组成、结构可以通过电源电参数和改变电解液组成进行控制，从而实现陶瓷膜层的设计与构造。

微弧氧化过程一般可以分为以下四个阶段：普通阳极氧化阶段：在氧化初期，样品表面颜色变暗，形成一层较在电流密度恒定的条件下，电压迅速升高。

该阶段形成的阻挡层是后续阶段产生火花放电的必要条件。

微弧氧化阶段：随着电压的不断升高，在氧化膜层的相对薄弱的地方将会被击穿，在样品表面能够观察到火花放电现象。

这些火花较小，但密度很大（约为105个/cm2），它在样品表面形成了大量的等离子微区。

这些熔融物与电解液发生反应，并被溶液冷却形成Al2O3，从而使这一区域的膜相应地增厚。

微弧氧化和弧放电共存阶段：该阶段样品表面开始出现较大的红色放电弧斑，它是由某些部位经过多次放电后，使得原来较小的放电通道彼此相连而形成较大的放电气孔。

在这一阶段可以观察到电压缓慢下降。

弧放电阶段至反应结束随着薄膜的增厚，红色放电弧斑逐渐减少，电压迅速上升。

铝合金黑色微弧陶瓷氧化
铝合金黑色微弧陶瓷氧化是一种表面处理技术，它能使铝合金表面产生一层坚硬、耐磨的氧化层，同时外观也更美观。

这种氧化膜的硬度达到了2000-3000 Hv，比单纯的铝合金要硬得多，可以有效地防止表面的磨损和腐蚀。

同时，这种处理方法还能够在铝合金表面形成不同的颜色，如黑色、青铜色等。

这种处理方法的原理是利用电解弧放电，在铝合金表面形成微弧，在放电的同时，表面的氧化膜会不断地增厚，直到达到所需的厚度。

在过程中，还可以通过调节电流、电压、电解液等参数，来控制氧化层的颜色。

铝合金黑色微弧陶瓷氧化的颜色主要是由氧化膜内部的气体微孔反射和色散所决定的。

使用铝合金黑色微弧陶瓷氧化处理的优点在于，它不仅提高了铝合金表面的硬度和耐磨性，还增加了其美观性，易于清洁和维护。

此外，这种处理方法符合环保要求，不会对环境造成污染。

不过，与其他表面处理技术相比，铝合金黑色微弧陶瓷氧化也有其缺点。

首先，这种方法比较昂贵，需要特殊的设备和技术，成本较高。

其次，氧化膜的颜色会受到电解液中杂质的影响，难以做到稳定的颜色控制。

此外，这种处理方法也可能对铝合金的机械性能产生一定的
影响，需要特别注意。

总体而言，铝合金黑色微弧陶瓷氧化是一种十分优秀的表面处理技术，可以大大提高铝合金的耐磨性和美观性。

不过，在使用时需要注意控
制氧化膜的颜色和处理的成本，以确保最终的效果与预期相符。

微弧氧化技术原理微弧氧化技术（Micro Arc Oxidation，MAO），又称为电解微弧氧化、电解氧化，是一种通过电解作用在金属表面形成陶瓷层的表面处理技术。

它是利用高压直流电源将阳极与金属工件连接，通过电解液中形成的微弧放电现象，在金属表面形成一层致密、硬度高、耐磨、耐腐蚀的氧化膜，以提高金属表面的性能。

微弧氧化技术主要包括预处理、电解液配方、电解工艺参数和后处理等几个关键步骤。

首先是预处理阶段，该阶段主要是对金属基材进行清洗和除油处理，以确保金属表面干净无杂质，有利于后续的氧化反应。

然后是电解液配方，电解液是微弧氧化技术中的重要组成部分。

它由多种无机盐和有机添加剂组成，不同的金属材料和要求的氧化效果需要选择不同的电解液配方。

电解液的成分和浓度的选择直接影响氧化膜的性能和质量。

接下来是电解工艺参数的设定，包括电压、电流、电解液温度和时间等。

在微弧氧化过程中，通过调节这些参数可以控制氧化膜的厚度、硬度、孔隙度和颜色等特性。

不同的金属材料和氧化要求需要不同的电解工艺参数，因此需要在实践中进行反复试验和优化。

微弧氧化的关键步骤是在金属表面形成微弧放电。

当金属工件与阳极相连，通过电解液中的离子传输，形成了阳极和阴极之间的电场。

当电场达到一定强度时，电解液中的离子就会发生电离，形成带电的离子云。

这些离子云在电场作用下会发生加速运动，当速度超过一定阈值时，离子会与金属表面碰撞，形成微弧放电现象。

微弧放电时产生的高温、高压和高能量等条件，使金属表面发生氧化反应，生成致密的陶瓷氧化膜。

最后是后处理阶段，主要是对氧化膜进行清洗和密封处理。

清洗可以去除表面的氧化物和残留的电解液，密封可以增强氧化膜的致密性和耐腐蚀性。

微弧氧化技术具有以下几个优点：首先，氧化膜的硬度高、耐磨性好，可以提高金属工件的表面硬度和耐磨性能。

其次，氧化膜具有致密性，可以有效地阻止金属基材与外界环境的接触，提高金属工件的耐腐蚀性。

此外，微弧氧化技术对于不同种类的金属材料都适用，并且可以根据需要调节氧化层的厚度和颜色，具有一定的可调性。

微弧氧化（MAO）基础概念：微弧氧化又称微等离子体氧化，是通过电解液与相应电参数的组合，在铝、镁、钛及其合金表面依靠弧光放电产生的瞬时高温高压作用，生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层。

氧化膜厚度决定因素：微弧氧化的工艺参数首先是施加在样品上的外加电压，一般来说，最终电压决定微弧氧化膜的厚度。

外加电压的增加过程是不断提高的，实际操作中不能直接加压到最终电压，否则会因为氧化膜生长过快出现局部麻坑，或者局部烧蚀。

陶瓷膜层结构：微弧氧化陶瓷膜层由内向外可分为过渡层、致密层以及疏松层。

靠近铝基材的为过渡层，其上是致密层，致密层主要结构是硬度较高且耐磨的α-Al2O3，还有少量的γ-Al2O3。

该陶瓷膜具有晶态氧化物陶瓷相结构。

这是其性能高于阳极氧化膜的根本原因。

微弧氧化工艺：1、特点：a、工艺简单，对于工业样品的预处理不像阳极氧化的严格与繁复，只要求样品表面去污去油，不需要去除表面的自然氧化层，也不需要表面打磨。

b、还有一个比较鲜明的特点是微弧氧化过程如果意外中断，下次可以直接通电继续该过程，不需要说去除制件表面已生成的氧化膜；但是对于阳极氧化来说，阳极氧化过程一旦中断，则必须重头开始，需要去除制件表面已经生成的氧化膜，及其麻烦。

2、工艺流程：整体流程：去油-微弧氧化-封闭1、输入电源：采用三项380V电压2、微弧氧化电源，因电压要求较高(一般在510—700V之间)，需专门定制。

通常配备硅变压器；电源输出电压：0—750V可调；电源输出最大电流：5A、10A、30A、50A、100A等可选3、阴极材料选用不溶性金属材料，推荐不锈钢4、槽体可选用PP、PVC等材质，外套不锈钢加固。

可外加冷却设施或配冷却内胆氧化槽液：微弧氧化反应装置氧化槽液成分比较简单，目前大部分槽液都以弱碱性水溶液为主。

实际使用的槽液常加入硅酸钠、铝酸钠或磷酸钠等成分。

氧化膜颜色制备：为了得到各种颜色的微弧氧化膜，还可以加入不同的金属盐类，依靠不同金属离子沉积掺杂在微弧氧化膜中得到相应的颜色膜的制备方法：1）酸性电解液氧化法2）碱性电解液氧化法应用场合：微弧氧化膜层具有耐磨、耐腐蚀、高硬度，低磨损、耐热性，一般用于汽车，航空航天，船舶，兵器等行业，如汽车的马达、活塞、轴承等铝合金之间的表面处理，即是利用该微弧氧化膜层的高硬度、低磨损特性。

微弧氧化工艺流程介绍微弧氧化工艺是一种通过电化学氧化方法，在金属表面形成陶瓷氧化膜的技术。

这种氧化膜具有极高的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，被广泛应用于汽车、航空航天、电子设备等领域。

本文将深入探讨微弧氧化工艺的流程和关键步骤。

工艺流程概述微弧氧化工艺流程主要包括以下几个步骤：1.选择基材和预处理2.微弧氧化设备准备3.氧化电解液配制4.微弧氧化处理5.氧化膜封闭6.表面处理和加工下面将逐个步骤详细介绍。

选择基材和预处理在进行微弧氧化前，需要选择适合的基材。

一般来说，铝合金是最常用的基材之一，因为它具有较好的导电性和良好的氧化性能。

此外，钛、镁等金属也可以进行微弧氧化。

在选择合适的基材后，还需要进行预处理。

预处理包括清洗、去油、去氧化膜等步骤，以确保基材表面光洁无杂质。

只有基材表面清洁，才能更好地形成氧化膜。

微弧氧化设备准备进行微弧氧化需要专用的设备。

设备一般包括电源、电解槽、阳极和阴极，以及控制和监测系统。

在使用设备之前，需要保证设备的正常运行，并进行必要的校准和调整。

氧化电解液配制在微弧氧化过程中，需要一个特殊的氧化电解液作为介质和电解质。

氧化电解液的配制涉及到多个成分的溶解和混合，以及酸碱度的控制。

合理的氧化电解液可以提高氧化效果和膜层质量。

微弧氧化处理微弧氧化处理是整个工艺的核心步骤。

在处理过程中，基材作为阴极，被装在电解槽中，而阳极则是一个辅助电极。

通过施加高压电流，形成微弧放电，从而在基材表面形成氧化膜。

微弧氧化的关键参数包括电流、电压、电解液浓度、电解液温度等。

这些参数的控制和调整会影响氧化膜的厚度、硬度和颜色。

合理的参数选择可以得到理想的氧化膜。

氧化膜封闭微弧氧化后的氧化膜表面往往存在微小的孔隙和裂纹，这会影响其防腐蚀性能。

为了提高氧化膜的紧密性和密封性，需要进行封闭处理。

一种常用的封闭方法是热处理，通过高温热处理可以使氧化膜表面熔融，填充孔隙和裂纹，增强膜层的致密性。

表面处理和加工微弧氧化后的氧化膜表面往往比较粗糙，需要进行研磨、抛光等表面处理，使其更加平滑和美观。

ZL201铸造铝合金微弧氧化工艺研究摘要微弧氧化技术是一种绿色环保的新兴表面处理工艺技术，主要用于对铝、镁、钛等轻金属及其合金的表面处理，它能有效地在基体材料表面上原位生长一层均匀的陶瓷膜。

微弧氧化由于其工艺特点明显，表面处理的性能优势突出，自该技术被发明以来，备受人们的青睐，但到目前为止，全面分析工艺参数对生成膜层多项性能的影响，以及通过工艺分析建立工艺数学模型的实验研究非常少，尤其是在铸造铝合金方面。

本论文以ZL201铝合金为研究对象，利用正交回归实验方法，系统地研究了微弧氧化的工艺参数规律及它们对膜层性能的影响规律，并在此基础上建立工艺数学模型，找出了最佳工艺参数，同时利用实际实验验证和修正了工艺数学模型，最终建立起一套以膜层厚度、硬度和耐腐蚀性能为目标的完整工艺数据库，并按标准工艺数据库提供的参数加工出了部分标准样件。

实验分析过程中各个影响因素的取值范围如下：氢氧化钾浓度0~5g/L，铝酸钠浓度0~10g/L，硅酸钠浓度0~10g/L，六聚偏磷酸钠浓度0~2g/L，四硼酸钠浓度0~2g/L，加工时间0~200min，加工电流0~5A，正向脉冲宽度100~10000μs，负向脉冲宽度100~10000μs，死区时间50~1000μs。

工艺数学模型和工艺实验的规律表明：控制电参数、工作液体系和加工时间等工艺参数之间的配比，能有效地改变生成膜层的性能；在一定温度范围内，微弧氧化处理铝合金表面时温度对膜层的性能影响较小；正负向电流密度相等或者正向电流密度略小于负向电流密度时加工成的膜层性能最好。

经优化工艺处理后的试件表面和横断面微观结构SEM分析结果表明，微弧氧化膜层由两层构成：里层是很薄的过渡层，外层是硬质陶瓷层，没有疏松层。

膜层的主要元素是Al和O，相的组成主要是α-Al2O3，实验结果与理论分析的结果一致。

关键词：铸造铝合金，微弧氧化，工艺，工艺数学模型，膜层性能INVESTIGA TION ON TECHNOLOGY OF MICRO-ARCOXIDA TIONON THE SURFACE OF ZL201 ALUMINUMCASTING ALLOYABSTRACTMicro-arc oxidation (MAO), an environment-protection and new surface treatment technology, was mainly used to the surface treatment of aluminum, magnesium, titanium and other light metals and their alloys, and can in-situ form ceramic coating on the surface of these alloys. The MAO technology has an obvious advantage for surface treatment on account of its direct technique characteristic. It has been paid much attention to since it was invented. However, till now the experimental research, the comperehensive analysis of influence of process parameters on multiple performances and the establishment of process mathematic model through process analysis, is very scarce, especially for aluminum casting alloys.The paper focuses on ZL201 aluminum casting alloy. By means of orthogonal regression experimental method, the paper has systematically investigated the process parameter regularity of MAO of ZL201 alloy, and its influence on coating performances. On the base of these, the process mathematic models are set up and the optimal process parameters are found. Then process mathematic models have been verified and modified with real experiments. Finally, a complete process data base, whose targets are thickness,hardness, corrosion resistance of the coating, has been established, while several standard specimens have been manufactured according to parameters from the standard process database.Ranges of the factors used in the experiment are: potassium hydroxide concentration is 0~5g/L, sodium aluminate concentration 0~10g/L, sodium silicate concentration 0~10g/L, sodium hexametaphosphate concentration 0~2g/L, sodium tetraborate concentration 0~2g/L, process time 0~200min, process current 0~5A, positive-going impulse width 100~10000μs, negative-going impulse width 100~10000μs, dead space time 50~1000μs.The processing mathematic model and processing experiment have shown that the performances of the coating can be changed by controlling the ratio of electrical parameter, operating fluid system, process time and other process parameters. At some temperature range, the temperature gives very little effect on coating performances during processing aluminum alloys with micro-arc oxidation. The coating performances are optimal when the positive-going current density is equal to or slightly less than less than the negative-going current density.The SEM images, of the surface and cross-section of the specimens treated with optimal process, show that the MAO coating is made up of two layers, the internal layer is very thin transition layer and the external layer hard ceramic layer, and there isn’t any tectorium. The main compositions of the coating are Al and O, and the phase composition is mainly α-Al2O3. The experiment gives the same results with theoretical analysis.KEY WORDS: aluminum casting alloy, micro-arc oxidation，process, process mathematic model, coating performance目 录摘要 (I)ABSTRACT (III)第1章绪论 (1)1.1 铸造铝合金的特点和应用[1,2] (1)1.1.1 铸造铝合金的特点 (1)1.1.2 铸造铝合金系简介及其应用 (1)1.2 ZL201铝合金特点和应用状况 (2)1.2.1 ZL201铝合金的成分和性能[1,2] (2)1.2.2 ZL201合金的应用状况[1,2] (3)1.2.3 ZL201合金的表面处理状况 (4)1.3 微弧氧化工艺的研究状况 (4)1.3.1 微弧氧化工艺简介 (4)1.3.2 微弧氧化基础理论 (5)1.3.3 微弧氧化工艺优点 (9)1.3.4 微弧氧化工艺的应用前景[51-54] (9)1.4 本研究的目的、意义和主要内容 (10)1.5 本章小结 (11)第2章实验方案与方法 (12)2.1 实验总体方案设计 (12)2.2 ZL201铝合金基材试样制备 (16)2.2.1 试样选材 (16)2.2.2 试样制备 (16)2.3 微弧氧化处理 (16)2.3.1 微弧氧化处理设备 (16)2.3.2 微弧氧化处理工艺流程 (17)2.3.3 异常微弧氧化实验记录 (18)2.4 测试设备（仪器）与方法 (18)2.4.1 膜层厚度测试 (18)2.4.2 膜层表面粗糙度测试 (18)2.4.3 膜层绝缘电阻测试 (19)2.4.4 膜层结合力测试 (19)2.4.5 膜层硬度测试 (19)2.4.6 膜层热冲击测试 (19)2.4.7 膜层孔隙率测试 (20)2.4.8 膜层耐蚀性能测试 (20)2.4.9 膜层微观结构分析 (20)2.5 本章小结 (20)第3章工艺数学模型 (22)3.1 工艺数学模型建立的条件 (22)3.2 数学分析 (23)3.3 本章小结 (24)第4章实验结果及分析讨论 (25)4.1 膜层厚度实验结果与分析讨论 (25)4.1.1 实验结果 (25)4.1.2 分析与讨论 (27)4.2 膜层表面粗糙度实验结果与分析讨论 (31)4.2.1 实验结果 (31)4.2.2 分析与讨论 (32)4.3 膜层绝缘电阻实验结果与分析讨论 (35)4.3.1 实验结果 (35)4.3.2 分析与讨论 (37)4.4 膜层结合力测试分析 (41)4.4.1 测试方法 (41)4.4.2 测试结果 (41)4.5 膜层硬度实验结果与分析讨论 (42)4.5.1 实验结果 (42)4.5.2 分析与讨论 (43)4.6 膜层抗热冲击性测试分析 (47)4.6.1 测试方法 (47)4.6.3 测试结果 (47)4.7 膜层孔隙率检测结果与分析讨论 (48)4.7.1 检测结果 (48)4.7.2 分析与讨论 (49)4.8膜层耐腐蚀性实验结果与分析讨论 (53)4.8.1 实验结果 (53)4.8.2分析与讨论 (54)4.9 膜层微观结构的SEM分析 (57)4.10 本章小结 (58)第5章结论 (60)参考文献 (62)附录1 加工参数对膜层性能指标影响的定性函数关系式 (65)附录2 标准工艺数据库 (70)致谢 (72)攻读硕士学位期间发表的论文 (73)第1章 绪论1.1 铸造铝合金的特点和应用[1,2]1.1.1 铸造铝合金的特点铸造铝合金是在纯铝的基础上加入其他金属或非金属元素，不仅能保证纯铝的基本性能，而且由于合金化和热处理的作用，使铝合金具有良好的综合性能。

分析微弧氧化表面处理对铝合金拉伸性能的影响0.引言铝合金本身存在一定的缺点，比如其硬度低、耐磨性差，所以要进行一定的处理。

微弧氧化技术的诞生，使得它克服了传统阳极氧化的不足，该技术可以控制工艺过程，能够生成具有优异的耐磨和耐蚀性能的陶瓷薄膜，与其他技术相比较有较高的硬度和绝缘电阻，并且大大提高了膜层的综合性能；此技术具有很多的优点，比如工艺简单，操作简易，效率高、环保；开创了一个新的技术。

但此技术的应用会对铝合金表面的拉伸性能产生一定的影响，笔者在本文进行了探讨。

1.微弧氧化技术1.1微弧氧化的基本原理微弧氧化工艺的基础，是在阳极氧化工艺上慢慢摸索出来的。

阳极需要进行氧化，其在法拉第区进行，升高金属阳极的电位，这样会升高金属阳极的电流，连续的升压，当升到一定的强度时，会进入电火花放电区，此时，会属阳极会出现一些特殊的现象，比如铝合金表面会出现电晕、辉光及电火花放电现象，发生微区放电现象。

笔者本文通过对铝阳极为例，铝的阳极氧化膜的成份是a12o3、y-ai2o3和aiooh。

由于铝的氧化物在高温会出现一定的转化，如下：所以一般在进行微区高温高压等离子体放电的阶段，铝阳极氧化膜的转变过程会出现晶化转变，比如y—a1203和a—a1203，形成微弧陶瓷氧化膜，具有高硬度及良好耐腐蚀性，一般情况下陶瓷氧化膜的显微硬度可以达到2000hv以上。

继续升高电压，这时会进入弧光放电区，此时会出现阳极表面电流密度增大，并伴有强烈的弧光放电现象。

由于弧光放电时会产生强大的冲击力，所以微弧氧化应避免弧光放电区。

1.2微弧氧化的特点微弧氧化技术是近几十年发展起来的铝合金表面处理的新技术，目前微弧氧化技术不是很成熟，还处于研究阶段，对其描述的资料较少。

但铝合金微弧氧化技术有其独特的优点：1.2.1耐磨性能高一般情况下，al、mg、ti 合金，在进行微弧氧化后会产生al2o3、mgo、tio2。

陶瓷相的产物是具有很强的硬度，所以经微弧氧化的铝合金具有很高的硬度，最硬的硬度可达2500 hv，因此铝合金表面具有优越的耐磨强度，其耐磨性大大高于传统工艺的膜层.其优良的耐磨性还与一些特殊的因素有关，比如润滑油的自润滑特性有关。