微弧氧化技术详解：原理、过程与应用

微弧氧化技术详解：原理、过程与应用

简介

微弧氧化（PEO），也称为电解等离子体氧化（EPO）或微弧氧化（MAO），是一种电化学表面处理工艺，用于在金属上生成氧化物涂层。 它类似于阳极氧化，但它采用更高的电势，因此会发生放电，由此产生的等离子体会改变氧化层的结构。 该工艺可用于在铝、镁和钛等金属上形成厚（数十或数百微米）、主要为结晶的氧化物涂层。 因为它们可以呈现高硬度和连续屏障，所以这些涂层可以提供抗磨损、腐蚀或热以及电绝缘的保护。

涂层是基底金属化学转化为其氧化物，并从原始金属表面向内和向外生长。 因为它向内生长到基材中，所以它对基材金属具有极好的附着力。 可以涂覆多种基材合金，包括所有锻造铝合金和大多数铸造合金，但高含量的硅会降低涂层质量。

过程

铝等金属自然形成钝化氧化层，提供适度的防腐蚀保护。 该层牢固地粘附在金属表面，如果刮掉它会很快重新生长。 在传统的阳极氧化中，这层氧化物通过施加电势在金属表面生长，同时将部件浸入酸性电解液中。

在等离子体电解氧化中，施加更高的电势。 例如，在铝的等离子电解氧化中，至少必须施加 200 V 的电压。 这局部超过了生长氧化膜的介电击穿电位，并发生放电。 这些放电导致局部等离子体反应，高温和高压条件改变了生长的氧化物。 过程包括熔化、熔体流动、再凝固、烧结和生长氧化物的致密化。 最显着的影响之一是，氧化物部分从无定形氧化铝转化为结晶形式，例如硬度更高的刚玉(α-Al2O3)。 结果，增强了机械性能，例如耐磨性和韧性。

使用的设备

待涂部件浸入电解质浴中，该电解质浴通常由稀碱性溶液（例如 KOH）组成。 它是电连接的，以成为电化学电池中的一个电极，另一个对电极通常由惰性材料（例如不锈钢）制成，并且通常由槽壁本身组成。

在这两个电极之间施加超过 200 V 的电势。 这些可能是连续或脉冲直流电 (DC)（在这种情况下，该部件只是 DC 操作中的阳极）或交流脉冲（交流电或脉冲双极操作），其中不锈钢对电极可能只是接地。

涂层性能

等离子电解质涂层的显着特征之一是涂层表面存在微孔和裂纹。 等离子电解氧化涂层通常具有高硬度、耐磨性和耐腐蚀性。 然而，涂层特性在很大程度上取决于所使用的基材，以及电解质的成分和所使用的电气状态。

即使在铝上，涂层性能也会根据确切的合金成分而有很大差异。研究过程中涉及的基本电气和等离子体物理过程，之前已经阐明了 PEO 涂层的一些微观机械（和孔结构）、机械和热特性 。