实验指导书-微弧氧化铝合金制备氧化铝涂层

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氧化铝涂层工艺
一、前处理
1.1 清洗：将铝基材表面的油污、灰尘等杂质清除干净，以确保涂层的附着力和质量。

1.2 酸洗：采用酸性溶液对铝基材进行处理，去除表面氧化物和其他不良物质，提高涂层附着力。

二、涂层制备
2.1 氧化铝粉末制备：采用高纯度的氧化铝粉末，并通过球磨机等设备进行细磨，以获得均匀细密的氧化铝粉末。

2.2 涂料配制：将氧化铝粉末与有机树脂、稀释剂等原料按一定比例混合制成涂料。

三、涂层工艺
3.1 喷涂：采用喷枪将配制好的涂料均匀地喷在经过前处理的铝基材上。

3.2 烘干：将喷涂好的铝基材放入恒温烘箱中进行烘干，使其表面稳定，并使有机树脂数量减少。

3.3 固化：将烤干后的铝基材放入恒温固化炉中进行固化，使涂层达到最终的硬度和附着力。

四、涂层检测
4.1 厚度检测：采用厚度计对氧化铝涂层的厚度进行检测，以确保涂层厚度符合要求。

4.2 耐腐蚀性检测：采用盐雾试验等方法对氧化铝涂层的耐腐蚀性进行测试，以确保其能够在恶劣环境下长期使用。

4.3 外观检测：通过目视和显微镜等方式对氧化铝涂层的外观质量进行评估。

五、总结
氧化铝涂层工艺是一项复杂的工艺，需要经过前处理、涂层制备、涂层工艺和涂层检测等多个环节。

只有在每个环节都严格把控，才能生产出高质量的氧化铝涂层产品。

铝合金微弧氧化膜层的成分与形貌研究论文作者方明指导教师杜建成摘要：本文研究了铝合金微弧氧化膜的性质，通过X衍射实验分析了氧化膜的两个组成部分：致密层和疏松层的成分；利用扫描电镜观察微观组织的不同，进一步通过硬度实验和HCl溶液腐蚀实验来测试膜层的硬度和耐腐蚀性。

结果表明：膜层中的α-Al2O3是造成膜层硬度高的主要原因，而致密层是耐腐蚀的关键所在。

关键词：铝合金，微弧氧化，致密层，疏松层0引言在众多金属材料当中，铝材料由于具有储量大、密度小、比强度高、易成型等优点而在航空航天、汽车工业等多个领域有广泛应用，但铝质材料最严重的弱点就是质软、磨损大、难以润滑，而且很容易在介质中发生腐蚀，造成产品的失效，因此对其进行相应的表面处理成为亟需解决的问题。

当前的表面处理技术有电镀、化学气相沉积、离子束注入沉积、阳极氧化、微弧氧化等等。

电镀硬铬虽能显著提高表面硬度，但其前处理工艺复杂且产生废水污染环境，因而这种技术的推广受到了限制；化学气相沉积和离子束注入沉积在处理中需要保持高温，这样易对铝等熔点较低的材料造成损伤；阳极氧化所得氧化层薄，且硬度不高，因此难以满足耐磨、耐蚀要求。

微弧氧化作为近年来新兴的表面处理技术，具有工艺简单、效率高、无污染、处理工件能力强等优点，适于推广。

微弧氧化技术又称阳极火花沉积或微等离子体氧化，是在传统的液相电化学氧化反应的基础上发展起来的，它将工作区域引入到高压放电区域，使金属表面处在微弧形成的等离子体高温高压作用下，从而在金属表面原位生成了坚硬的陶瓷氧化膜。

所得的氧化膜硬度高，与基体结合牢固，结构致密，大大提高了铝合金耐磨损、耐腐蚀等多种性能，在纺织、机械、电子、航空等领域有广泛的应用前景。

[1-4]本文通过对氧化膜层的扫描电镜观察、X射线衍射分析、硬度测量对铝合金微弧氧化膜层的性能和结构进行一些研究，并在此基础上通过一些腐蚀实验来检验铝合金微弧氧化膜的耐腐蚀性能。

1实验材料和方法本实验采用的样品为Φ24×7mm圆饼状L Y12硬铝合金，样品采用本系自行研制的30kW微弧氧化装臵进行表面处理，包括专用双极性高压电源、电解槽、搅拌系统、冷却系统。

铝合金微弧氧化防护性能的实验研究发表时间：2017-12-12T13:44:36.027Z 来源：《防护工程》2017年第19期作者：何旭[导读] 随着我国经济不断的发展，工业发展越来越迅速，尤其是钢铁产业的发展速度更让人震惊。

深圳市华加日西林实业有限公司广东深圳 518000摘要：随着我国经济不断的发展，工业发展越来越迅速，尤其是钢铁产业的发展速度更让人震惊。

从以前钢铁严重依赖进口的囧境，到现在钢铁产量位居世界首位的现状，可以说我国的钢铁行业得到了跨越式的发展。

但是，我国以前的发展大多是高耗能、高污染模式，钢铁产量虽然上去了，但是在钢铁生产过程中产生的污染却越来越严重，而且相对于总产量而言，我国优质钢铁的占比却很少。

为了响应我国节能减排的号召以及应对当今世界资源短缺问题，许多钢铁企业开始思考新的发展道路。

新时期我们要在保证我国金属材料需求的前提下减小对资源的浪费，同时提升金属材料的生产质量。

于是现在市场中出现了大量的镁铝合金材料，这种材料相对于以往的钢材具有质量轻、强度高的优点，能以塑料的质量比重获得铝制品的强度，可以说这种材料的出现可以使我们以较少的原料生产更多的高质量产品。

但是同时这种材料也有一个缺点，那就是它的耐腐蚀性较差。

为了增强镁铝合金的耐腐蚀性，我们尝试在合金表面镀上一层薄膜，避免金属直接与空气接触，增强镁铝合金的抗氧化性。

关键词：铝合金；微弧氧化；防护性能引言铝合金的出现使我们找到了一种可以替代原有材料的轻质金属，并且在最近几年这种金属材料正在得到广泛的应用，我们生活中的许多门窗都是这种轻型铝合金材料，而且在汽车生产和电子器件生产中也会用到这种材料。

虽然应用广泛，但是这种材料本身不耐腐蚀的特点却给它未来的发展蒙上了一层阴影。

铝具有很高的化学活泼性，其平衡电位很低，与不同类型金属接触时易发生电化学反应。

在室温下，铝表面与空气中的氧发生反应，形成氧化铝薄膜，但由于氧化铝薄膜为非晶态的、不均匀也不连续的膜层，不能作为可靠的防护装饰性膜层，因此其耐蚀性和耐磨性都很差。

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。

论文：«微弧氧化技术的特点、应用前景及其研究方向»«微弧氧化研究进展»一：介绍微弧氧化实质：将Al.Mg.Ti等有色金属或合金置于电解质的水溶液中, 利用等离子体化学和电化学原理,使材料表面产生火花放电，在热力学.电化学和等离子体的共同作用下,原位生长陶瓷层的新技术。

置于电解质中的铝镁合金工件,其表面生成的氧化膜受端电压的影响而发生火花放电现象,放电过程产生的微区高温高压条件使样品表层的铝镁原子与电解质中处于电离状态的活化氧离子反应,生成具有陶瓷结构特征的氧化铝、氧化镁陶瓷氧化层。

过程：空间电荷在氧化物基体中形成、在氧化物孔中发生气体放电、膜层材料的局部熔化、热扩散、带负电的胶体微粒迁移进入放电通道、等离子体化学与热化学反应。

二：微弧氧化的优点该技术生成的陶瓷层由晶相和非晶相组成，赋予了膜层硬度和变形特性的良好结合，而且微弧氧化工艺中的陶瓷层孔径，孔隙率可以很好地控制。

膜层除了具有这些特性外，还具有功能陶瓷膜的一些特性，如电磁屏蔽能力，特殊的导热性，抗积碳特性及良好的绝缘性等。

其在高温下与阳极氧化膜不同的是，微弧氧化陶瓷膜的物理性能，力学性能，防护性能，电绝缘性能不发生改变，可形成多功能膜。

1.耐磨性Al---Al2O3 Mg---MgO Ti---TiO2产物都是陶瓷相,所以微弧氧化陶瓷层具有很高的硬度。

其优良的耐磨性还跟大量微孔的含有的润滑油的自润滑特性有关。

2.耐蚀性○1尽管陶瓷层中存在大量的喷射口,但是这些喷射口对应的孔洞为盲孔○2陶瓷层具有明显的三层结构,即疏松层、致密层和过渡层。

3.工序简单，生产率高除油清洗氧化清洗封孔烘干4.厚度颜色均匀在微弧氧化时,与电源正极相接的工件浸在溶液里作阳极,与电源负极相连的不锈钢板作阴极。

5.环保三.缺陷（研究方向）1. 如果增加陶瓷膜的膜层厚度，陶瓷层与基体结合的紧密性将有所降低，膜层容易脱落。

2.膜层表面的光泽度和粗糙度问题孔隙的大量存在和孔洞分布的不均匀性影响着其表面的光泽度和粗糙度。

铝及铝合金的微弧氧化技术作者：佚名文章来源：网络转载1．技术内容及技术关键（1）微弧氧化技术的内容和工艺流程铝及铝合金材料的微弧氧化技术内容主要包括铝基材料的前处理；微弧氧化；后处理三部分。

其工艺流程如下：铝基工件→化学除油→清洗→微弧氧化→清洗→后处理→成品检验。

（2）微弧氧化电解液组成及工艺条件例1.电解液组成：K2SiO3 5～10g/L，Na2O2 4～6g/L，NaF 0.5～1g/L，CH3COONa 2～3g/L，Na3VO3 1～3g/L；溶液pH为11～13；温度为20～50℃；阴极材料为不锈钢板；电解方式为先将电压迅速上升至300V，并保持5～10s，然后将阳极氧化电压上升至450V，电解5～10min。

例2两步电解法，第一步：将铝基工件在200g/L的K2O·nSiO2（钾水玻璃）水溶液中以1A/dm2的阳极电流氧化5min；第二步：将经第一步微弧氧化后的铝基工件水洗后在70g/L的Na3P2O7水溶液中以1A/dm2的阳极电流氧化15min。

阴极材料为：不锈钢板；溶液温度为20～50℃。

（3）影响因素①合金材料及表面状态的影响：微弧氧化技术对铝基工件的合金成分要求不高，对一些普通阳极氧化难以处理的铝合金材料，如含铜、高硅铸铝合金的均可进行微弧氧化处理。

对工件表面状态也要求不高，一般不需进行表面抛光处理。

对于粗糙度较高的工件，经微弧氧化处理后表面得到修复变得更均匀平整；而对于粗糙度较低的工件，经微弧氧化后，表面粗糙度有所提高。

②电解质溶液及其组分的影响：微弧氧化电解液是获到合格膜层的技术关键。

不同的电解液成分及氧化工艺参数，所得膜层的性质也不同。

微弧氧化电解液多采用含有一定金属或非金属氧化物碱性盐溶液（如硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐等），其在溶液中的存在形式最好是胶体状态。

溶液的pH范围一般在9～13之间。

根据膜层性质的需要，可添加一些有机或无机盐类作为辅助添加剂。

在相同的微弧电解电压下，电解质浓度越大，成膜速度就越快，溶液温度上升越慢，反之，成膜速度较慢，溶液温度上升较快。

铝及铝合金的微弧氧化技术1．技术内容及技术关键（1）微弧氧化技术的内容和工艺流程铝及铝合金材料的微弧氧化技术内容主要包括铝基材料的前处理；微弧氧化；后处理三部分。

其工艺流程如下：铝基工件→化学除油→清洗→微弧氧化→清洗→后处理→成品检验。

（2）微弧氧化电解液组成及工艺条件例1.电解液组成：K2SiO3 5～10g/L，Na2O2 4～6g/L，NaF 0.5～1g/L，CH3COONa 2～3g/L，Na3VO3 1～3g/L；溶液pH为11～13；温度为20～50℃；阴极材料为不锈钢板；电解方式为先将电压迅速上升至300V，并保持5～10s，然后将阳极氧化电压上升至450V，电解5～10min。

例2两步电解法，第一步：将铝基工件在200g/L的K2O·nSiO2（钾水玻璃）水溶液中以1A/dm2的阳极电流氧化5min；第二步：将经第一步微弧氧化后的铝基工件水洗后在70g/L的Na3P2O7水溶液中以1A/dm2的阳极电流氧化15min。

阴极材料为：不锈钢板；溶液温度为20～50℃。

（3）影响因素①合金材料及表面状态的影响：微弧氧化技术对铝基工件的合金成分要求不高，对一些普通阳极氧化难以处理的铝合金材料，如含铜、高硅铸铝合金的均可进行微弧氧化处理。

对工件表面状态也要求不高，一般不需进行表面抛光处理。

对于粗糙度较高的工件，经微弧氧化处理后表面得到修复变得更均匀平整；而对于粗糙度较低的工件，经微弧氧化后，表面粗糙度有所提高。

②电解质溶液及其组分的影响：微弧氧化电解液是获到合格膜层的技术关键。

不同的电解液成分及氧化工艺参数，所得膜层的性质也不同。

微弧氧化电解液多采用含有一定金属或非金属氧化物碱性盐溶液（如硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐等），其在溶液中的存在形式最好是胶体状态。

溶液的pH范围一般在9～13之间。

根据膜层性质的需要，可添加一些有机或无机盐类作为辅助添加剂。

在相同的微弧电解电压下，电解质浓度越大，成膜速度就越快，溶液温度上升越慢，反之，成膜速度较慢，溶液温度上升较快。

铝及铝合金的微弧氧化技术1．技术内容及技术关键（1）微弧氧化技术的内容和工艺流程铝及铝合金材料的微弧氧化技术内容主要包括铝基材料的前处理；微弧氧化；后处理三部分。

其工艺流程如下:铝基工件→化学除油→清洗→微弧氧化→清洗→后处理→成品检验。

（2）微弧氧化电解液组成及工艺条件例1.电解液组成:K2SiO3 5～10g/L，Na2O2 4～6g/L，NaF 0.5～1g/L，CH3COONa 2～3g/L,Na3VO3 1~3g/L；溶液pH为11～13；温度为20～50℃；阴极材料为不锈钢板；电解方式为先将电压迅速上升至300V,并保持5～10s，然后将阳极氧化电压上升至450V，电解5～10min.例2两步电解法，第一步：将铝基工件在200g/L的K2O·nSiO2（钾水玻璃）水溶液中以1A/dm2的阳极电流氧化5min；第二步:将经第一步微弧氧化后的铝基工件水洗后在70g/L的Na3P2O7水溶液中以1A/dm2的阳极电流氧化15min.阴极材料为：不锈钢板；溶液温度为20～50℃。

(3)影响因素①合金材料及表面状态的影响：微弧氧化技术对铝基工件的合金成分要求不高，对一些普通阳极氧化难以处理的铝合金材料，如含铜、高硅铸铝合金的均可进行微弧氧化处理。

对工件表面状态也要求不高，一般不需进行表面抛光处理。

对于粗糙度较高的工件，经微弧氧化处理后表面得到修复变得更均匀平整;而对于粗糙度较低的工件，经微弧氧化后，表面粗糙度有所提高。

②电解质溶液及其组分的影响：微弧氧化电解液是获到合格膜层的技术关键.不同的电解液成分及氧化工艺参数，所得膜层的性质也不同。

微弧氧化电解液多采用含有一定金属或非金属氧化物碱性盐溶液(如硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐等)，其在溶液中的存在形式最好是胶体状态。

溶液的pH范围一般在9～13之间.根据膜层性质的需要,可添加一些有机或无机盐类作为辅助添加剂。

在相同的微弧电解电压下,电解质浓度越大，成膜速度就越快，溶液温度上升越慢，反之，成膜速度较慢，溶液温度上升较快.③氧化电压及电流密度的影响：微弧氧化电压和电流密度的控制对获取合格膜层同样至关重要。