镁合金微弧氧化技术的研发途径与应用前景

Ｅｌｅｃｔｒ０ｐｌａｔｉｎｇ＆Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｖ０１．３７　ＮＯ．６　・综　述・　镁合金微弧氧化技术的研发途径与应用前景　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ａｐｐｒｏａｃｈ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｓｐｅｃｔ　ｏｆ　Ｍｉｃｒｏ—ａｒｃ　Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ　Ａｌｌｏｙ　马安博　（西安航空职业技术学院，陕西西安７ｌ００８９）　ＭＡ　Ａｎ－ｂｏ　（Ｘｉ’ａｎ　Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉ’ａｎ　７１００８９，Ｃｈｉｎａ）　摘要：　为拓宽镁合金的应用领域，通过微弧氧化技术改善镁合金的表面性能。简要介绍了镁合金　微弧氧化技术存在的问题，重点分析了研发途径。同时，展望了镁合金微弧氧化技术的应用前景。　关键词：镁合金；微弧氧化；研发途径；应用前景　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｍｉｃｒｏ—ａｒｃ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｗａｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｍａｇｎｅｓｉｕｍ　ａｌｌｏｙ，ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｅｘｔｅｎｄ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｍａｇｎｅｓｉｕｍ　ａｌｌｏｙ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｅｘｉｓｔｅｄ　ｉｎ　ｍｉｃｒｏ—ａｒｃ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ｍａｇｎｅｓｉｕｍ　ａｌｌｏｙ　ｗｅｒｅ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｐｐｒｏａｃｈ　ｗａｓ　ｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｓｐｅｃｔ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏ—ａｒｃ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ｍａｇｎｅｓｉｕｍ　ａｌｌｏｙ　ｗａｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：　ｍａｇｎｅｓｉｕｍ　ａｌｌｏｙ；ｍｉｃｒｏ—ａｒｃ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｐｐｒｏａｃｈ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｓｐｅｃｔ　中图分类号：ＴＧ　１７４　文献标志码：Ａ　文章编号：１０００—４７４２（２０１７）０６—００５０－０３　洞。随着氧化膜厚度的增加，击穿氧化膜将消耗更　０　前言　微弧氧化技术因具有工艺简单、无污染、能形成　多的能量，膜层每次被击穿时释放的气体也越来越　多，造成孔洞尺寸逐渐增大　］。这些气孔随着膜厚　陶瓷质氧化膜等特点而受到众多科研工作者的关　注，使该技术理论体系不断完善，使用领域不断拓　展。微弧氧化是镁合金表面处理的常用技术之一。　的增加而增大，导致镁合金在耐蚀性上难以满足实　际应用的需要，成为制约镁合金微弧氧化技术推广　应用的主要原因。因此，从微弧氧化陶瓷层生长的　工艺特点出发，寻找合适的后处理工艺，在镁合金基　当前，随着人们对镁合金使用性能要求的不断提高，　单一微弧氧化膜已不能满足要求，需要通过适当的　后续处理来提高其耐蚀性和耐磨性＿１　］。正是基于　此考虑，设想了镁合金微弧氧化技术应用研发的发　展趋势，为该技术的进步提供理论依据。　体表面制备出复合膜层是必走之路。　封孔处理是采用涂覆或喷涂等方法使封孔剂浸　透孔隙并填充到孔隙中，这样在强化内部的同时，表　面也变得光滑，多余的封孔剂就变成了涂层。因此，　封孔剂必须在所处的环境下具有较强的耐蚀性、较　１　镁合金微弧氧化技术的应用研发途径　１．１　开发镁合金耐蚀涂层　镁合金微弧氧化陶瓷层的特性决定了提高其耐　蚀性是扩大其应用空间的首要任务。随着微弧氧化　低的黏度、良好的渗透性，以及与陶瓷涂层的配套性　和化学上的相容性ｌ４　］。目前，常用的封孔剂主要分　为有机封孑Ｌ剂和无机封孑Ｌ剂两类。有机封孔剂涂刷　工艺比较简单，种类多且经济性好，但是仅限于低温　封孔。而无机封孑Ｌ涂层可用于较高温度，但是其也　存在封孔工艺复杂、成本高、高温下封孔涂层容易脱　处理时间的延长，初期生成的氧化膜不断被击穿，击　穿导致的瞬间高温使膜层与溶液界面产生大量的水　蒸气，同时高温熔融物的表层与溶液直接接触而先　于内层凝固，致使内部气体的逸出通道被封闭，来不　落而失去作用等缺点＿６］。　目前，用于陶瓷涂层的封孔处理方法很多，常用　的封孔处理方法如表１所示。　及逸出的气体在氧化膜下次被击穿时逸出，形成孔　２０１７年ｌ１月　电镀与环保　第３７卷第６期（总第２１８期）　・５１・　石蜡系列　石蜡、油脂、油　乙烯树脂等　环氧树脂等　聚四氟乙烯树脂等　硅树脂等　一热可塑性树脂系列　有机系　封孔剂　工业大气、海洋大气　江河、海水　热硬化性树脂系列　氟树脂系列　有机高分子系列　硅酸盐系列　化工介质、钢铁制品等在５９０　℃以下的防氧化　无机系　封孔剂　溶胶一凝胶系列　其他　水玻璃、硅酸盐、氧化铝、二氧化硅、　般大气腐蚀　二氧化锆、磷酸盐化合物、硫酸钡　高温、强酸等环境下使用的　情况　加热扩散处理　激光照射　通过激光进行的熔融处理　各种氧化系的陶瓷，如氧化　铝、二氧化硅、二氧化钛等　自封孔　其他方法　玻璃混合法　某些金属一陶瓷复合粉末、混合的陶瓷氧化物　喷涂材料中混入低熔点玻璃　在众多镁合金微弧氧化后续封孔处理工艺中，　孔的表面结构，也决定了其绝缘效果较差。耐压试　验发现：镁合金微弧氧化陶瓷层的击穿电压低于　从应用背景和提高耐蚀性等方面考虑，微弧电泳工　艺具有巨大的应用空间。　（１）工艺简化　５００　Ｖ，而微弧电泳复合膜层的击穿电压可达２　０００　Ｖ以上，两者相差较大。此外，在阴极电泳涂装工　镁合金微弧电泳复合处理工艺的核心是以微弧　氧化处理取代磷化（或阳极氧化）处理。正是由于微　艺中电泳漆呈酸性，ｐＨ值在５．０～６．５之间。这保　证了电泳涂料对镁合金微弧氧化陶瓷层的溶解极其　有限，可形成微弧电泳复合膜层。　Ｉ．２开发镁合金耐磨涂层　弧氧化处理的工艺特点及其形成的陶瓷层的表面特　征，才得以达到简化电泳工艺、大幅度提高镁合金耐　蚀性的目的。　镁合金微弧氧化陶瓷涂层作为耐磨涂层，具有　许多独特的摩擦学特性［８　：（１）高硬度、高刚度、　高弹性模量，使陶瓷涂层具有优异的耐黏着磨损、耐　磨料磨损等性能；（２）由于陶瓷材料的原子结构、化　学键及晶体结构等与金属材料的不同，所以陶瓷材　料与金属偶件的摩擦因数小；（３）陶瓷材料具有比　微弧电泳复合处理工艺中，微弧氧化的成膜是　击穿、冷凝的过程，是在工件表面原位生长陶瓷层。　因此，工件表面的油污及锈斑不会对微弧氧化的成　膜造成影响。但为了减少工件表面污染物对微弧氧　化电解液的影响，在微弧氧化处理前进行适当的除　油与水洗处理。　常规金属材料好得多的耐化学介质腐蚀能力，因而　水洗　其具有优异的耐磨损腐蚀性能；（４）陶瓷材料的高　温硬度好，具有很好的抗高温磨损性能；（５）氧化铝　陶瓷材料因极化作用而容易吸附水膜，能大大降低　其摩擦因数；（６）微弧氧化陶瓷层表面均匀分布微　米级的盲型微孔，是很好的储油机构，有利于减少摩　擦；（７）微弧氧化陶瓷层是在放电微区原位生长而　微弧电泳复合处理工艺流程为：除油一一微弧氧化—一水洗—一电泳—　ＵＦ水洗—一纯　固化。　（２）工艺匹配性高　水洗一电泳涂装工艺对基体表面的要求是绝缘、多孔。　镁合金微弧氧化处理的起弧阶段在５０　Ｓ左右，　２　ｍｉｎ左右即可形成多孔的陶瓷层。微弧电泳复合　处理工艺对微弧氧化处理工艺的要求较低，仅是形　成的，属冶金结合，相对于喷涂涂层，陶瓷层与基体　的结合强度高，陶瓷层不易从基体上剥落。　众所周知，配合副的摩擦过程是点接触，而不是　面接触。摩擦表面相互接触时，接触区域的分布情　成绝缘、多孔的陶瓷层作为电泳基体，因此，微弧氧　化处理时间相对较短。而微弧氧化陶瓷层疏松、多　・５２・　Ｎｏｖ．２０１７　Ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ＆Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｖｏ１．３７　Ｎｏ．６　况取决于宏观几何形状，而接触面的大小和形状取　决于微观几何形状。摩擦副表面接触区域的分布情　况、接触面的大小和形状，都直接影响表面的破坏形　式和磨损进程。　镁合金微弧氧化膜表面的多孑Ｌ形貌特征导致在　干摩擦条件下摩擦因数较大、磨损率较高，使镁合金　的抗摩擦磨损性能较差。　１．３开发镁合金功能性涂层　镁合金微弧氧化陶瓷层可作为很好的载体，通　过后续处理工艺制备功能性表面涂层，如具有光催　化特性的纳米ＴｉＯ　涂层。　采用溶胶一凝胶法对材料表面进行改性是近年　来的研究热点。朱立群等口胡利用溶胶一凝胶法在化　学镀镍层表面制备出ＴｉＯ　一ＳｉＯ　膜，并研究了热处　理温度和涂覆次数对涂层的成分、耐蚀性、抗氧化性　和耐磨性的影响。结果表明：经四次涂覆后，ＴｉＯ　一　ＳｉＯｚ溶胶一凝胶膜层具有很好的耐蚀性和抗高温氧　化性；少量铝、铬元素的加入可提高ＴｉＯ　一ＳｉＯ　溶　胶一凝胶膜层的耐磨性。　采用微弧氧化＋溶胶一凝胶复合处理工艺，既可　利用微弧氧化陶瓷层的多孔表面形貌以增强纳米　ＴｉＯ　涂层与基体的结合力，又形成了内层具有较高　绝缘性、外层具有光催化特性的特殊复合膜层，满足　特定场合对镁合金使用性能的要求。　２　结语　随着对材料使用性能要求的不断提高，单一的　处理工艺已难以满足现状。针对各工艺的特点，发　展复合处理工艺，成为提高基体表面性能的必走之　路。镁合金微弧氧化陶瓷层的绝缘、多孔特性，为后　续多种处理工艺提供了良好的载体，可制备出抗腐　蚀、耐磨损、功能性涂层，扩大了镁合金的应用空间。　参考文献　［１］ＸＩＮ　Ｓ　Ｇ，ＳＯＮＧ　Ｌ　Ｘ，　ＺＨＡＯ　Ｒ　Ｇ，ｅｔ　ａ１．Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ｏｘｉｄｅ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｏｎ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ｍｉｃｒｏ　ａｒｃ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ［Ｊ］．　Ｓｕｒｆａｃｅ　ａｎｄ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　２００５，Ｉ９９（２／３）：１８４一ｌ８８．　［２］　ＳＡＡＫＩＹＡＮ　Ｌ　Ｓ，ＥＦＲＥＭＯＶ　Ａ　Ｐ．ＥＰＥＬＦＥＬＤ　Ａ　Ｖ．　Ｆｕｒｔｈｅｒ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｉｄｅａｓ　ｏｆ　Ｇ．Ｖ．Ａｋｉｍｏｖ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｏｘｉｄｅ　ｆｉｌｍｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙｓ［Ｊ］．Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｅｔａｌｓ，２００２，　３８（１）：１６１－１６５．　［３］　白基成，郭永丰，张海龙，等．铝合金表面微弧放电陶瓷化改　性新技术口］．电加工与模具，２００６（ｓ１）：２６—２９．　［４］　陈琳，张三平，周学杰．热喷涂涂层孔隙率的降低方法［Ｊ］．热　加工工艺，２００４（２）：４３—４５．　［５］　陈琳，张三平，周学杰．降低热喷涂涂层　Ｌ隙率的工艺技术　ＥＪ］．上海金属，２００４，２６（４）：４１—４３．　［６］　ＡＳＨＡＲＹ　Ａ　Ａ。ＴＵＣＫＥＲ　Ｒ　Ｃ．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｓｐｒａｙ　ｃｅｒｍｅｔ—ｃｏａｔｉｎｇ／ａｌｌｏｙ　ｓｙｓｔｅｍｓ［ｊ］．　Ｓｕｒｆａｃｅ　ａｎｄ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９１，４９（１）：７８—８２．　［７］　李澄，黄明珠，周一扬，等．铝阳极氧化薄膜的溶胶一凝胶法封　闭研究［Ｊ］．材料保护，１９９５，２８（９）：４－６．　［８］　ＷＡＮＧ　Ｙ　Ｍ，ＪＩＡＮＧ　Ｂ　Ｌ。ＬＥＩ　Ｔ　Ｑ，ｅｔ　ａ１．Ｍｉｃｒｏａｒｃ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　ｆｏｒｍｅｄ　ｏｎ　Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ　ｉｎ　ＮａｚＳｉＯ　ｓｙｓｔｅｍ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ：　ｍｉｃｒｏｓｒｕｃｔｕｒｅ，　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　ｔｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ＥＪ］．Ｓｕｒｆａｃｅ　ａｎｄ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００６，２０１　（１／２）：８２　８９．　［９］　ＷＡＮＧ　Ｙ　Ｍ，ＬＥＩ　Ｔ　Ｑ，ＧＵＯ　Ｌ　Ｘ，ｅｔ　ａ１．Ｆｒｅｔｔｉｎｇ　ｗｅａｒ　ｂｅｈａｖｉｏｕｒ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏａｒｃ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　ｆｏｒｍｅｄ　０ｎ　ｔｉｔａｎｉｕｍ　ａｌｌｏｙ　ａｇａｉｎｓｔ　ｓｔｅｅｌ　ｉｎ　ｕｎｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｏｉｌ　ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．　Ａｐｐｌｉｅｄ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｓｃｉｅｎｃｅ，２００６，２５２（２３）：８１ｌ３—８１２Ｏ．　［１０］　ＣＵＩ　Ｓ　Ｈ，ＨＡＮ　Ｊ　Ｍ，ＤＵＹＰ，ｅｔ　ａ１．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ａｎｄ　ｗｅａｒ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｐｌａｓｍａ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　ｏｎ　ｍｅｔａｌ　ｍａｔｒｉｘ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．　Ｓｕｒｆａｃｅ　ａｎｄ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，２０１（９）：５３０６—５３０９．　［１１］　ＨＡＢＡＺＡＫＩ　Ｈ，ＯＮｏＤＥＡＲ　Ｔ．ＦＵＳＨＩＭＩ　Ｋ．ｅｔ　ａ１．Ｓｐａｒｋ　ａｎｏｄｉｚｉｎｇ　ｏｆ　Ｔｉ　ａｌｌｏｙ　ｆｏｒ　ｗｅａｒ—ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　ｃｏａｔｉｎｇ　ＥＪ］．Ｓｕｒｆａｃｅ　ａｎｄ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，２０１（２１）：８７３０—８７３７．　［１２］　ＹＥＲ０ＫＨＩＮ　Ａ　Ｌ，ＶＯＥＶＯＤＩＮ　Ａ　Ａ．ＬＹＵＢＩＭＯＶ　Ｖ　Ｖ．ｅｔ　ａ１．Ｐｌａｓｍａ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ　ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｘｉｄｅ　ｃｅｒａｍｉｃ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｌａｙｅｒｓ　ｆｏｒ　ｔｒｉｂｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｐｕｒｐｏｓｅｓ　ｏｎ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙｓ［Ｊ］．　Ｓｕｒｆａｃｅ　ａｎｄ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９８，１１０（３）：Ｉ４Ｏ一１４６．　［１３３　ＴＩＡＮ　Ｊ，ＬＵＯ　Ｚ　Ｚ，ＱＩ　Ｓ　Ｋ，ｅｔ　ａ１．Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ａｎｔｉｗｅａｒ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏ－ａｒｃ　ｏｘｉｄｉｚｅｄ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　ｏｎ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙ　ＥＪ］．Ｓｕｒｆａｃｅ　ａｎｄ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００２，１５４（１）：１—７．　［１４］　朱立群，刘慧丛，杜岩滨．不锈钢材料磷酸盐氧化处理及溶胶一　凝胶膜层研究口］．材料工程，２００４（７）：２７—３１．