微弧氧化

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一、 概述
微弧氧化(MAO)是一种在轻金属表面原位生长陶瓷氧化膜的新技术。美国五十年代在某些兵工厂开始研究阳极火花沉积,前苏联从七十年代中期开始独立研究微弧氧化且具较高水平,八十年代中、后期以来微弧氧化研究已成为国际研究热点并开始应用,九十年代初国内开始起步。微弧氧化采用较高的工作电压,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。采用该技术可在铝、镁合金表面生长一层致密的陶瓷膜,这层保护膜 与基体结合力强、尺寸变化小,耐磨损、耐腐蚀、耐热冲击及绝缘性能得到极大改善,在航空、航天、机械、电子、装饰等领域有广泛应用前景。 

二、微弧氧化的基本原理及膜层特性
微弧氧化技术是一种直接在轻金属表面原位生长陶瓷膜的新技术。其原理是将Al、Mg、Ti等轻金属或其合金置于电解质水溶液中作为阳极,利用电化学方法在该材料的表面产生火花放电斑点,在热化学、等离子体化学和电化学的共同作用下,获得金属氧化物陶瓷层的一种表面改性技术
微弧氧化的放电状态:   

                                 
微弧氧化技术特点:
 1)氧化膜具有陶瓷结构特征。 
(2)原位生长。
(3)氧化膜均匀增厚。
(4)无污染:无环保限制元素加入,基本无废水排放。
           制备工艺简单。
(5)表面硬度高,显微硬度在400至1500HV; 
(6)耐磨损性能与硬质合金相当;
(7)耐腐蚀性能:盐雾试验铝合金1000-2000小时 ;镁
         合金经封孔后耐盐雾可达1000小时以上。
(8)耐热性能:300℃水中淬火35次未见变化,1300℃
          冲击5次不脱落、不龟裂。 
(9)绝缘性能:膜厚不同,表面电阻达  109-12Ω
微弧氧化膜层形貌  截面:微弧氧化陶瓷层与基体以冶金型微熔过渡区连接。
 其组织致密无穿孔,且与基体成明显的微冶金型结合 。此类组织特征大大增强了陶瓷层对基体的防腐蚀保护能力。
表面: 盲孔微区分布 均匀,利于减摩条件下连续油膜的形成,
改善润滑条件,降低摩擦系数,延长使用寿命。对用于制取防腐保护涂层的产品,此类表面状态利于进行封孔或喷粉等后续处理,增强其附着力。  
   三、微弧氧化膜层对机械性能的影响

2、微弧氧化膜层对疲劳强度的影响



常用表面处理方法比较 
★ 阳极氧化(普通阳极氧化、硬质阳极氧化)
★电镀
★电泳
★微弧氧化
★制备工艺比较

★膜层性能比较
 处理方法:膜 层 特 性
阳极氧化:氧化膜厚疏松、多孔。氧化物为非离子状态。普通阳极氧化膜硬度300HV左右,硬质阳极化膜硬度可达500HV;绝缘击穿电压30V左右;
电镀硬铬: 属化学沉积,膜层与基体结合强度差,硬度一般为HV800~900;镀铬层内存在微裂纹, 会导致腐蚀介质从表面渗透至界面而腐蚀基体,造成镀层表面出现锈斑甚至剥落。
微弧氧化:氧化膜与基体呈冶金结合,属原位生长,膜层结合强度高,氧化物呈陶瓷结构,致密多盲孔。膜层硬度高(400-1500HV),耐腐蚀性能好(盐雾试验1000h以上),绝缘性能好(表面电阻达 109-12Ω)。

电泳 电泳漆膜具有涂层丰满、均匀、平整、光滑的优点,电泳漆膜的硬度、附着力、耐腐、冲击性能、渗透性能明显优于其它涂装工艺。

铬化、阳极氧化、微弧氧化膜的显微组织

          a,微弧氧化                           b,铬化                 c,阳极氧化

★不同处理方法的盐雾试验结果

五、微弧氧化技术的应用领域及用途

  微弧氧化技术广泛应用于航天、航空、兵器、机械、汽车、交通、石油化工、纺织、印刷、烟机、电子、轻工、医疗等行业。 其主要用途:

1、提高轻金属部件的耐磨性能

2、提高轻金属部件的耐腐蚀性能

3、提高轻金属部件的绝缘性能

4、可取代对环境污染的镀硬铬工艺

5、可替代电泳工艺的前处理,降低成本,减少废水排

      放 ,同时提高防腐性能。

6、取代阳极氧化,减少废水排放,提高耐蚀、耐磨性能。

六、微弧-电泳工艺简介

微弧电泳复合处理工艺的核心是以微弧氧化处理工艺取代磷化(或阳极氧化)等前处理,正是由于微弧氧化处理的工艺特点及其形成陶瓷层的表面特征,才得以实现简化电泳工艺、大幅度提高铝、镁合金耐蚀性的目的。

  铝合金微弧-电泳氧化膜层应控制在5μ以下;镁合金膜层控制在5-15μ为宜。

微弧-电泳工艺流程:

氧化  —  清洗—   喷淋清洗—  热风烘干—  电泳    —喷淋清洗  —  烘干固化

微弧-电泳结合面示意图

 

不同电泳工艺所得膜层的截面形貌





微弧-电泳的特点
微弧-电泳工艺集合了微弧氧化和电泳涂装两种工艺的优点,其特点如下:
(1)利用微弧氧化代替电泳前处理,流程短,废水排放大大减少。膜层结合强度高,耐腐蚀性好,实现了双层防护。

(2)后续电泳,采用水溶性涂料,以水为溶解介质,节省了大量有机溶剂,大大降低了大气污染和环境危害,安全卫生,同时避免了火灾的隐患。 
 
(3)涂装效率高,涂料损失小,涂料的利用率可达90%~95%; 
(4)涂膜厚度均匀,附着力强,涂装质量好,工件各个部位如内层、凹陷、焊缝等处都能获得均匀、平滑的漆膜,解决了其他涂装方法对复杂形状工件的涂装难题; 
(5)生产效率高,施工可实现自动化连续生产,大大提高劳动效率。
七、微弧-喷涂工艺简介
传统喷涂工艺流程:

去油去污→水洗→碱洗(脱脂)→水洗→酸洗→水洗→铬化→水洗→纯水洗   喷底漆→面漆→罩光漆→烘烤

微弧氧化制膜设备型号及参数