微弧氧化(Microarc oxidation，MAO)又稱微等離子體氧化(Microplasma oxidation, MPO)，是通過(guò)電解液與相應(yīng)電參數(shù)的組合，在鋁、鎂、鈦及其合金表面依靠弧光放電產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫高壓作用，生長(zhǎng)出以基體金屬氧化物為主的陶瓷膜層。

1、技術(shù)原理

微弧氧化技術(shù)，是指在普通陽(yáng)極氧化的基礎(chǔ)上，利用弧光放電增強(qiáng)并激活在陽(yáng)極上發(fā)生的反應(yīng)，從而在以鋁、鈦、鎂金屬及其合金為材料的工件表面形成優(yōu)質(zhì)的強(qiáng)化陶瓷膜的方法，是通過(guò)用專用的微弧氧化電源在工件上施加電壓，使工件表面的金屬與電解質(zhì)溶液相互作用，在工件表面形成微弧放電，在高溫、電場(chǎng)等因素的作用下，金屬表面形成陶瓷膜，達(dá)到工件表面強(qiáng)化的目的。

微弧氧化工藝將工作區(qū)域由普通陽(yáng)極氧化的法拉第區(qū)域引入到高壓放電區(qū)域，克服了硬質(zhì)陽(yáng)極氧化的缺陷，極大地提高了膜層的綜合性能。在微弧氧化過(guò)程中，化學(xué)氧化、電化學(xué)氧化、等離子體氧化同時(shí)存在，因此陶瓷層的形成過(guò)程非常復(fù)雜，至今還沒(méi)有一個(gè)合理的模型能全面描述陶瓷層的形成。微弧氧化膜層與基體結(jié)合牢固，結(jié)構(gòu)致密，韌性高，具有良好的耐磨、耐腐蝕、耐高溫沖擊和電絕緣等特性。該技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單和易于實(shí)現(xiàn)膜層功能調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，而且工藝不復(fù)雜，不造成環(huán)境污染，是一項(xiàng)全新的綠色環(huán)保型材料表面處理技術(shù)，在航空航天、機(jī)械、電子、裝飾等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

2、微弧氧化技術(shù)特點(diǎn)

(1)大幅度地提高了材料的表面硬度，顯微硬度在1000至2000HV，最高可達(dá)3000HV，可與硬質(zhì)合金相媲美，大大超過(guò)熱處理后的高碳鋼、高合金鋼和高速工具鋼的硬度;

(2)良好的耐磨損性能;

(3)良好的耐熱性及抗腐蝕性。這從根本上克服了鋁、鎂、鈦合金材料在應(yīng)用中的缺點(diǎn)，因此該技術(shù)有廣闊的應(yīng)用前景;

(4)有良好的絕緣性能，絕緣電阻可達(dá)100MΩ;

(5)溶液為環(huán)保型，符合環(huán)保排放要求;

(6)工藝穩(wěn)定可靠，設(shè)備簡(jiǎn)單;

(7)反應(yīng)在常溫下進(jìn)行，操作方便，易于掌握;

(8)基體原位生長(zhǎng)陶瓷膜，結(jié)合牢固，陶瓷膜致密均勻。

3、涂層影響因素

(1)工件材質(zhì)及表面狀態(tài)

微弧氧化對(duì)鋁材要求不高，不管是含銅或是含硅的難以陽(yáng)極氧化鋁合金，只要閥金屬比例占到40%以上，均可用于微弧氧化，且能得到理想膜層。

表面狀態(tài)一般不需要經(jīng)過(guò)拋光處理，對(duì)于粗糙的表面，經(jīng)過(guò)微弧氧化，可修復(fù)的平整光滑;對(duì)于粗糙度低(即光滑)的表面，則會(huì)增加粗糙度。

(2)液體成分對(duì)氧化造成的影響

電解液成分是得到合格膜層的關(guān)鍵因素。微弧氧化液一般選用含有一定金屬或非金屬氧化物堿性鹽溶液，如硅酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等。在相同的微弧電解電壓下，電解質(zhì)濃度越大，成膜速度就越快，溶液溫度上升越慢，反之，成膜速度較慢，溶液溫度上升較快。

(3)溫度對(duì)微弧氧化的影響

微弧氧化與陽(yáng)極氧化不同，所需溫度范圍較寬。一般為10—90度。溫度越高，成膜越快，但粗糙度也增加。且溫度高，會(huì)形成水氣。一般建議在20—60度。由于微弧氧化以熱能形式釋放，所以液體溫度上升較快，微弧氧化過(guò)程須配備容量較大的熱交換制冷系統(tǒng)以控制槽液溫度。

(4)時(shí)間對(duì)微弧氧化的影響

微弧氧化時(shí)間一般控制在10～60min。氧化時(shí)間越長(zhǎng)，膜的致密性越好，但其粗糙度也增加。

(5)陰極材料

陰極材料可選用不銹鋼，碳鋼，鎳等，可將上述材料懸掛使用或做成陰極槽體。

(6)后處理對(duì)微弧氧化的影響

微弧氧化過(guò)后，工件可不經(jīng)過(guò)任何處理直接使用，也可進(jìn)行封閉，電泳，拋光等后續(xù)處理。

4、應(yīng)用范圍

采用微弧氧化技術(shù)對(duì)鋁及其合金材料進(jìn)行表面強(qiáng)化處理，具有工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，占地面積小，處理能力強(qiáng)，生產(chǎn)效率高，適用于大工業(yè)生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。微弧氧化電解液不含有毒物質(zhì)和重金屬元素，電解液抗污染能力強(qiáng)和再生重復(fù)使用率高，因而對(duì)環(huán)境污染小，滿足優(yōu)質(zhì)清潔生產(chǎn)的需要，也符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要。微弧氧化處理后的鋁基表面陶瓷膜層具有硬度高(HV>1200)，耐蝕性強(qiáng)(CASS鹽霧試驗(yàn)>480h)，絕緣性好(膜阻>100MΩ)，膜層與基底金屬結(jié)合力強(qiáng)，并具有很好的耐磨和耐熱沖擊等性能。微弧氧化技術(shù)工藝處理能力強(qiáng)，可通過(guò)改變工藝參數(shù)獲取具有不同特性的氧化膜層以滿足不同目的的需要;也可通過(guò)改變或調(diào)節(jié)電解液的成分使膜層具有某種特性或呈現(xiàn)不同顏色;還可采用不同的電解液對(duì)同一工件進(jìn)行多次微弧氧化處理，以獲取具有多層不同性質(zhì)的陶瓷氧化膜層。

由于微弧氧化技術(shù)具有上述優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，因此在機(jī)械，汽車，國(guó)防，電子，航天航空及建筑民用等工業(yè)領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用前景。主要可用于對(duì)耐磨、耐蝕、耐熱沖擊、高絕緣等性能有特殊要求的鋁基零部件的表面強(qiáng)化處理;同時(shí)也可用于建筑和民用工業(yè)中對(duì)裝飾性和耐磨耐蝕要求高的鋁基材的表面處理;還可用于常規(guī)陽(yáng)極氧化不能處理的特殊鋁基合金材料的表面強(qiáng)化處理。例如，汽車等各車輛的鋁基活塞，活塞座，汽缸及其他鋁基零部件;機(jī)械、化工工業(yè)中的各種鋁基模具，各種鋁罐的內(nèi)壁，飛機(jī)制造中的各種鋁基零部件如貨倉(cāng)地板，滾棒，導(dǎo)軌等;以及民用工業(yè)中各種鋁基五金產(chǎn)品，健身器材等。

微弧氧化技術(shù)目前仍存在一些不足之處，如工藝參數(shù)和配套設(shè)備的研究需進(jìn)一步完善;氧化電壓較常規(guī)鋁陽(yáng)極氧化電壓高得多，操作時(shí)要做好安全保護(hù)措施;以及電解液溫度上升較快，需配備較大容量的制冷和熱交換設(shè)備。