【創投行聚焦】微弧氧化技術：火花怎樣才能消失，微弧氧化工藝探討

火花怎樣才能消失

微弧氧化（Microarc oxidation， MAO）又稱等離子體電解氧化（Plasma electrolytic oxidation， PEO）、微等離子體氧化（Microplasma oxidation， MPO）或陽極火花沉積，是一種將鋁、鈦、鎂等有色金屬或其合金置於特殊的電解液中，透過微等離子體放電，直接在金屬或合金表面原位生長陶瓷膜的新技術。它是在陽極氧化的基礎上建立起來的一種新方法。 鋁鎂鈦合金，現已均能實現原位生長膜層著色。

鈦合金具有熔點高、耐腐蝕、比強度高等突出優點，在航空航天、海洋開發、人工植入體等領域具有廣泛的應用前景。但也有自身的不足，如耐磨性差、硬度低等缺點。因此，需要對其表面進行強化處理，微弧氧化技術可在鈦合金表面原位生長出緻密的氧化物陶瓷膜層，其抗磨損性、耐腐蝕性優異，使鈦合金的應用得到了廣泛推廣。

隨著現代經濟的發展，人們對鋁材料的抗腐蝕、高強度和高硬度等效能提出了更高的要求。為此，人們常採用陽極氧化、

電鍍

和微弧氧化等技術對鋁合金進行

表面處理

以達到使用要求。

將有色金屬及其合金放入電解質溶液中作為陽極進行通電處理，在外加電場作用下，在材料的表面形成一層氧化膜的過程稱陽極氧化。普通陽極氧化膜膜層較薄，主要應用於

防腐

、裝飾、塗料底層和耐磨等方面。微弧氧化是在陽極氧化的基礎上發展起來的一項新興的表面處理技術，主要用於對鋁、鎂、鈦等輕金屬及其合金，它透過高壓放電作用在鋁件表面生成一層硬質陶瓷層。該陶瓷層具有與基體結合牢固、結構緻密、具有良好耐磨、耐腐蝕、耐高溫衝擊和電絕緣特性等，因而具有更加廣闊的應有前景。

微弧氧化突破了傳統的

陽極氧化

電流、電壓法拉第區域的限制，把陽極電位由幾十伏提高到幾百伏，氧化電流也從小電流發展到大電流，由直流發展到交流，致使在樣品表面上出現電暈、輝光、微弧放電、甚至火花放電等現象。

一般認為，微弧氧化過程經過四個階段。

（1）陽極氧化階段

將樣品置於一定的電解液中，通電後，樣品表面和陰極表面出現無數細小均勻的白色氣泡，而且隨電壓升高，氣泡逐漸變大變密，生成速率也不斷加快。在達到擊穿電壓之前，這種現象一直存在，這一階段就是陽極氧化階段。

（2）火花放電階段

當施加到樣品的電壓達到擊穿電壓時，樣品表面開始出現無數細小、亮度較低的火花點。這些火花點密度不高，無爆鳴聲。在該階段，樣品表面開始形成陶瓷層，但陶瓷層的生長速率很小，硬度和緻密度較低，所以應儘量減少這一階段的時間。

（3）微弧氧化階段

進入火花放電階段後，隨著電壓繼續升高，火花逐漸變大變亮，密度增加。隨後，樣品表面開始均勻地出現放電弧斑。弧斑較大，密度較高，隨電流密度的增加而變亮，並伴有強烈的爆鳴聲，此時即進入微弧氧化階段。

（4）熄弧階段

微弧氧化階段末期，電壓達到最大值，陶瓷層的生長將出現兩種趨勢。一種是樣品表面的弧點越來越疏並最終消失，表面只有少量的細碎火花，這些火花最終消失，爆鳴聲停止。另一種是表面只有少量的細碎火花，這些火花最終會完全消失，同時其他一個或幾個部位突然出現較大的弧斑。這些較大的弧斑光亮刺眼，可以長時間保持不動，並且產生大量氣體，爆鳴聲增加。

微弧氧化技術的優點及存在問題

微弧氧化技術是在陽極氧化的基礎上發展起來的，工藝上有著突出的特點：（1）電解液呈弱鹼性，對環境沒有汙染；（2）工藝簡單，對工件的預處理只要求表面去油去汙，不需去除表面的自然氧化層，適用於大規模自動化產生；（3）微弧氧化可以一次完成，也可以分幾次完成，而陽極氧化一旦中斷就必須重新開始；（4）不需要真空或低溫條件。（5）提高了材料的表面硬度，顯微硬度在1000至2000HV，最高可達3000HV。（6）良好的耐磨損效能。（7）良好的耐熱及抗腐蝕性。（8）有良好的絕緣效能，絕緣電阻可達100MΏ。

該技術具有操作簡單和易於實現膜層功能調節的特點，而且工藝不復雜，不造成環境汙染，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。

微弧氧化技術目前仍存在一些不足之處，如工藝引數和配套裝置的研究需進一步完善；氧化電壓較常規 鋁陽極氧化 電壓高得多，操作時要做好安全保護措施；以及電解液溫度上升較快，需配備較大容量的製冷和熱交換裝置。