Ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ＆Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ 镁合金微弧氧化技术的研究现状 Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｎ Ｍｉｃｒｏ－ａｒｃ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ Ａｌｌｏｙ 孔冰。 邵忠财。 陈靖涵， 金俊刚 （沈阳理工大学环境与化学工程学院，辽宁沈阳１１０１５９） ＫＯＮＧ Ｂｉｎｇ， ＳＨＡＯ Ｚｈｏｎｇ－ｃａｉ， ＣＨＥＮ Ｊｉｎｇ－ｈａｎ， ＪＩＮ Ｊｕｎ－ｇａｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｌｉｇｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ｌ０１５９。Ｃｈｉｎａ） 摘要： 微弧氧化技术是一种针对铝、钛、镁等阀金属及其合金进行表面陶瓷化的新技术。介绍了 微弧氧化技术的原理、电解液体系及存在的问题，并对将来的发展趋势做了展望。 关键词： 镁合金；微弧氧化；耐蚀性 Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｍｉｃｒｏ—ａｒｃ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｉｓ ａ ｎｏｖｅｌ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｔＯ ｄｅｐｏｓｉｔ ｃｅｒａｍｉｃ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｖａｌｖｅ ｍｅｔａｌｓ ｓｕｃｈ ａｓ Ａ１，Ｔｉ，Ｍｇ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ａｌｌｏｙｓ．Ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏ—ａｒｃ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｔｒｅｎｄ ｗａｓ ａｌｓｏ ｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙ；ｍｉｃｒｏ—ａｒｃ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ 中图分类号：ＴＧ １７４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００—４７４２（２０１５）０２—０００４—０３ 电压升高，气泡逐渐变大变密，生成速率也不断加 ０ 前言 镁合金是目前工业上最轻的金属结构材料。与 快。在达到击穿电压之前，这种现象一直存在，这一 阶段就是阳极氧化阶段。 其他普通的金属结构材料和工程塑料相比，镁合金 （２）火花放电阶段 当施加到样品的电压达到击穿电压时，样品表 面开始出现无数细小、亮度较低的火花点。这些火 花点密度不高，无爆鸣声。在该阶段，样品表面开始 形成陶瓷层，但陶瓷层的生长速率很小，硬度和致密 度较低，所以应尽量减少这一阶段的时间。 （３）微弧氧化阶段 进入火花放电阶段后，随着电压继续升高，火花 逐渐变大变亮，密度增加。随后，样品表面开始均匀 地出现放电弧斑。弧斑较大、密度较高，随电流密度 具有密度小、比强度和比刚度高、机械加工性能优 良、可回收利用及对环境的污染小等优点口剖。镁合 金已经成为一种十分理想的现代工业材料，被广泛 用于航空航天、军事、核能、汽车制造及电子通讯等 领域 ｊ。镁合金与氧的亲合力大，容易在大气环境 中发生腐蚀。适当的表面处理可以提高镁合金的耐 蚀性＿５］。镁及镁合金表面改性常采用化学转化膜、 热喷涂、离子注入、气相沉积、电镀、激光表面处理、 阳极氧化、微弧氧化等方法ｌ６ ］。 １ 镁合金微弧氧化的原理 微弧氧化又称微等离子体氧化或阳极火花沉 的增加而变亮，并伴有强烈的爆鸣声，此时即进入微 弧氧化阶段。 （４）熄弧阶段 积，是一种将铝、钛、镁等有色金属或其合金置于特 殊的电解液中，通过微等离子体放电，直接在金属或 合金表面原位生长陶瓷膜的新技术ｌ】 ¨］。它是在阳 极氧化的基础上建立起来的一种新方法。 一微弧氧化阶段末期，电压达到最大值，陶瓷层的 生长将出现两种趋势。一种是样品表面的弧点越来 越疏并最终消失，表面只有少量的细碎火花，这些火 花最终消失，爆呜声停止。另一种是表面只有少量 的细碎火花，这些火花最终会完全消失，同时其他一 个或几个部位突然出现较大的弧斑。这些较大的弧 般认为，微弧氧化过程经过四个阶段＿１ 。 。 （１）阳极氧化阶段 将样品置于一定的电解液中，通电后，样品表面 和阴极表面出现无数细小均匀的白色气泡，而且随 斑光亮刺眼，可以长时间保持不动，并且产生大量气 体，爆鸣声增加。 ２０１５年３月 电镀与环保 第３５卷第２期（总第２０２期） ・５・ ２ 微弧氧化电解液体系 电解液的组成对微弧氧化陶瓷层有着重要的影 响。在不同的电解液中，微弧氧化陶瓷层的生长速 率、结构、成分和元素分布皆有不同口 。目前微弧 氧化电解液分为酸性体系和碱性体系。酸性电解液 为浓硫酸或磷酸和其他盐溶液，不仅污染环境，而且 对样品有一定的腐蚀作用，所以现在已很少使用。 弱碱性电解液成了近几年的主要研究对象。按照主 成膜元素的不同，弱碱性电解液主要包括磷酸盐体 系、硅酸盐体系、铝酸盐体系及复合电解液体系ｌ＿１ 。 ２．１磷酸盐体系 在磷酸盐体系电解液中制备的陶瓷膜表面多 孔，截面组织均匀致密，没有明显的分层结构，膜层 与基体结合良好，耐蚀性较好＿２ 。引。虽然磷元素能 够促进微弧氧化膜增长、提高致密性、增强结合力和 提高耐蚀性 ，但磷酸盐对人体和环境有不同程度 的危害，使其实际应用受到了限制。 ２．２硅酸盐体系 硅酸盐是最适合微弧氧化的电解质成分之一， 可在较宽的电解液温度及氧化电流范围内，促进合 金表面钝化，形成性能较佳的含硅氧化膜＿２ 。从微 观组织结构看，硅酸盐体系得到的氧化膜由三层组 成，最外层是疏松层，中间层是致密层，内层是过渡 层。其中致密层对提高耐蚀性起主要作用。 ２．３铝酸盐体系 铝酸盐也是适合微弧氧化的电解质成分，它可 以降低电解液的腐蚀作用，促进陶瓷涂层的生长，特 别适用于镁合金微弧氧化膜的制备。铝酸盐体系对 环境没有任何危害，所形成的膜层由两层组成，外层 为疏松多孔层，内层为致密层。铝酸盐体系的陶瓷 膜表面非常光滑，有良好的外观。相对于硅酸盐体 系，铝酸盐体系所得膜层的耐磨性更好。但在成膜 速率、耐蚀性方面，铝酸盐体系稍差于硅酸盐体 系［ 。 ２．４复合电解液体系 近年来，在以上三种体系的基础上，利用各体系 的优点，开发出一系列复合电解液体系，包括硅酸 盐～铝酸盐、硅酸盐一磷酸盐、铝酸盐一磷酸盐、铝酸盐一 钼酸盐等体系。ＮａｚＳｉＯ。－ＮａＡ１０ｚ体系与单一的铝 酸盐或硅酸盐体系相比，所得陶瓷膜的耐蚀性更好， 且致密、光滑。但是，该电解液体系不稳定，微弧氧 化时间过长，容易在电解液中产生絮状Ａｌ（ｏＨ）。 沉淀［２ 。Ｎａ２ ＳｉＯ。一（ＮａＰＯ。） 体系较稳定，氧化膜 外观较好，耐蚀性也较理想。 ３微弧氧化技术的优点及存在的问题 微弧氧化技术是在阳极氧化的基础上发展起来 的，工艺上有着突出的特点：（１）电解液呈弱碱性， 对环境没有污染；（２）工艺简单，对工件的预处理只 要求表面去污去油，不需要去除表面的自然氧化层， 适用于大规模自动化产生；（３）微弧氧化可以一次 完成，也可以分几次完成，而阳极氧化一旦中断就必 须重新开始；（４）不需要真空或低温条件。 但该技术目前仍存在一些问题。例如：微弧氧 化膜的形成过程相当复杂，机制研究不足［ｇ ；氧化电 压较常规阳极氧化的高得多，操作时要注意安全；微 弧氧化的电流效率较低；电解液温度上升较快，需冷 却［ 。 ４ 展望 微弧氧化陶瓷膜具备阳极氧化膜和陶瓷喷涂层 两者的优点，在航空航天、机械、纺织、医疗、电子和 装饰等领域有着非常广阔的应用前景。随着研究工 作的不断深入，微弧氧化技术一定会体现出更大的 技术价值和经济效益。 参考文献： ［１］刘正。张奎，曾小勤．镁基轻质合金理论基础及其应用ＥＭ］．北 京：机械工业出版社，２００２． ［２］《轻金属材料加工手册》编写组．轻金属材料加工手册［Ｍ］．北 京：冶金工业出版社，１９８０． ［３］ＪＩＮ Ｆ，ＣＨＵ Ｐ Ｋ，ＸＵ Ｇ Ｄ，ｅｔ ａ１．Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｔｒｅａｔｅｄ ｂｙ ｍｉｃｒｏ—ａｒｃ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｎｄ ｈｉｇｈ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｂｉｐｏｌａｒ ｐｕｌｓｉｎｇ ｍｏｄｅｓ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａ， ２００６，４３５（５）：１２３—１２６． ［４］李建中，田彦文，崔作兴．镁合金微弧氧化一化学镀的研究Ｅ３］． 稀有金属材料与工程。２００７，３６（３）：５２８－５３２． ［５］陈俊．用于粘接的ＡＺ３１镁合金表面阳极氧化和微弧氧化工 艺研究［Ｄ］．北京：北京化工大学，２００９． ［６］ＧＲＡＹ Ｊ Ｅ，ＬＵＡＮ Ｂ．Ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｏｎ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｎｄ ｉｔｓ ａｌｌｏｙｓ ＥＪ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｌｌｏｙｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ，２００２，３３６ （１）：８８—１１３． ［７］刘志远，邵忠财．镁合金表面处理的研究现状与展望ＥＪ－Ｉ．电镀 与涂饰，２００７，２６（１１）：２７—３０． ［８］王桂香，张密林，董国君，等．镁合金表面化学转化膜的研究进 展ＥＪ］．材料保护，２００８，４１（１）：４６—５０． ［９］姜伟，王桂香．镁合金微弧氧化工艺的研究进展Ｅ３］．电镀与环 保，２０１０，３Ｏ（４）：１－４． ［１Ｏ］陈小红，曾敏，曹彪．微弧氧化电源的研究现状［Ｊ］．新技术新 工艺，２００８（３）：８７—８９． ・６・ Ｍａｒ．２０１５ Ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ＆Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖ０１．３５ Ｎｏ．２ ［１１］ 薛文彬，邓志威，来永春，等．铝合金微弧氧化陶瓷膜的形成过 程及其特征［Ｊ］．电镀与精饰，Ｉ９９６，１８（５）：３－６． ［１ｚ］ 邓志成，薛文彬，汪新福，等．铝合金表面微弧氧化技术［３３．材 料保护，１９９６，２９（２）：１５－１６． ［２Ｏ］高峰，李鹏飞，郭锋，等．镁合金微弧氧化电解液研究及耐蚀性 分析［Ｊ］．表面技术，２００７，３６（６）：４２—４４． ［２１３章志友，赵晴，刘月娥．不同体系中镁合金微弧氧化膜层的耐 蚀性研究［Ｊ］．材料保护，２００８，４１（５）：１９—２２． ［２２］梁军，田军，周金芳，等．磷酸盐一氢氧化钾溶液中镁合金微弧 氧化膜层结构和性能研究［Ｊ］．电镀与涂饰，２００５。２４（１２）： ４—７． ［１３］ 赵晖．镁合金的微弧氧化及真空高能束流处理研究［Ｄ］．沈 阳：沈阳工业大学，２００７． ［１４］ 石玉龙，茹风虎，彭红端，等．铝材表面的等离子体微弧氧化技 术研究口］．电镀与涂饰，２０００，１９（１）：１５－１８． ［２３］李建中。邵忠财，田彦文，等．不同含磷电解液在微弧氧化过程 中的作用［Ｊ］．中国腐蚀与防护学报，２００４，２４（４）：２２２—２２５． ［１６３ 张欣字，石玉龙．等离子体微弧氧化技术及其应用［Ｊ３．青岛化 工学院学报，２００２，２３（１）：６９—７３． ［１６］ 侯亚丽，刘忠德．微弧氧化技术的研究现状ＥＪ］．电镀与精饰， ２００５，２７（３）：２４—２８． ［２４］ 王立世．两种电解液中镁合金等离子体电解氧化过程及膜层 特性研究［Ｄ］．武汉：华中科技大学，２００５． ［２５］杨静．镁合金在不同微弧氧化体系中的组织与性能研究［Ｄ］． 天津；天津大学，２００６． ［１７］ 赵玉峰，杨世彦，韩明武．等离子体微弧氧化技术及其发展 ［Ｊ］．材料导报，２００６，２０（６）：１０２—１０４． ［１８３ 李建中，邵忠财，田彦文，等．微弧氧化技术在Ａ１、Ｍｇ、Ｔｉ及其 合金中的应用［Ｊ］．腐蚀科学与防护技术，２００４，１６（４）：２１８— ２２１． ［２６］姜兆华，李爽，姚忠平，等．电解液对微弧氧化陶瓷膜结构与耐 蚀性的影响［Ｊ］．材料科学与工艺，２００６，１４（５）：４６０—４６２． ［２７］祝晓文，韩建民，崔世海，等．铝、镁合金微弧氧化技术研究进 展［Ｊ］．材料科学与工艺，２００６，１４（３）：３６６—３６９． 收稿日期：２０１３—０６—２５ ［１９］ 宋雨来，王文琴，刘耀辉．镁合金微弧氧化电解液体系及其添 加剂的研究现状与展望［Ｊ］．材料保护，２０１０，４３（１１）：２９ ３１． ・电 镀・ 表面活性剂对Ｃｕ－ＳｉＯ２复合镀层性能的影响 Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ ｏｎ ｔｈｅ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｃｕ—ＳｉＯ２ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｃｏａｔｉｎｇ 周言敏 （重庆电子工程职业学院，重庆４０１３３１） ＺＨｏＵ Ｙａｎ－ｍｉｎ （Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０１３３１，Ｃｈｉｎａ） 摘要： 分别添加十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵和聚乙二醇，制备Ｃｕ－ＳｉＯ 复合镀层。 考察了表面活性剂的带电性质与添加量对Ｃｕ—ＳｉＯ 复合镀层的显微硬度及耐磨性的影响。结果表 明：添加十二烷基硫酸钠获得的Ｃｕ—ＳｉＯ 复合镀层的显微硬度相对较高且耐磨性较好。 关键词：显微硬度；耐磨性；Ｃｕ－ＳｉＯ 复合镀层；表面活性剂 Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｃｕ—ＳｉＯ２ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｗｅｒｅ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｓｏｄｉｕｍ ｄｏｄｅｃｙｌ ｓｕｌｆａｔｅ，ｃｅｔｙｌｔｒｉｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ ｂｒｏｍｉｄｅ ａｎｄ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈａｒｇｅｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ａｄｄｉｎｇ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏ—ｈａｒｄｎｅｓｓ ａｎｄ ｗｅａｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ Ｃｕ－ＳｉＯ２ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ，ｔｈｅ Ｃｕ－ＳｉＯ２ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｓｏｄｉｕｍ ｄｏｄｅｃｙｌ ｓｕｌｆａｔｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｈｉｇｈｅｒ ｍｉｃｒｏ—ｈａｒｄｎｅｓｓ ａｎｄ ｂｅｔｔｅｒ ｗｅａｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｍｉｃｒｏ—ｈａｒｄｎｅｓｓ；ｗｅａｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；Ｃｕ—ＳｉＯ２ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｃｏａｔｉｎｇ；ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ 中图分类号：ＴＱ １５３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００—４７４２（２０１５）０２—０００６－０３ 层性能，通常使用表面活性剂 引。表面活性剂所发 ０前言 电镀中，为获得某些特殊效果或进一步改善镀 挥的作用已经在实践中获得认可，但不同种类的表 面活性剂所发挥的作用不同，致使选择成为困扰。