鋁及鋁合金的微弧氧化(微等離子體表面陶瓷化)技術(shù)，是指在普通陽極氧化的基礎(chǔ)上，利用弧光放電增強并激活在陽極上發(fā)生的反應(yīng)，從而在鋁及鋁合金表面形成優(yōu)質(zhì)的強化陶瓷膜的方法，達到強化工件表面的目的。微弧陽極氧化又稱為陽極脈沖陶瓷化、陽極火花沉積或微等離子體氧化。微弧氧化裝置包括專用高壓電源、氧化槽、冷卻系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)。氧化液為環(huán)保型，工藝流程簡單，操作方便，設(shè)備簡易，適用范圍廣，除鋁及鋁合金、鋁基復合材料外，還能在鈦、鎂、鈮等金屬及其合金表面生成氧化陶瓷層。

微弧陽極氧化技術(shù)的特點及應(yīng)用
微弧氧化液大多采用堿性溶液，對環(huán)境污染小。溶液溫度以室溫為宜，溫度變化范圍較寬，氧化速度快，可大幅度提高材料的表面硬度，膜層有良好的結(jié)合力、耐磨性、耐熱性、絕緣性及抗腐蝕性，適于較復雜零件及內(nèi)表面的強化處理。采用微弧氧化技術(shù)對鋁及鋁合金材料進行表面強化處理與硬質(zhì)陽極氧化相比，無論在氧化工藝上或膜層性能上都有許多優(yōu)越之處。表7-8為微弧氧化與陽極氧化技術(shù)的比較。
微弧氧化工藝處理能力強，可通過改變工藝參數(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同一工件進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。微弧陽極氧化新技術(shù)問世以來，雖尚未投入大規(guī)模生產(chǎn)，但已引起人們的普遍關(guān)注，在許多工業(yè)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。

微弧氧化與陽極氧化技術(shù)比較

微弧氯化膜層應(yīng)用領(lǐng)域

微弧陽極氧化技術(shù)的原理
鋁及鋁合金等樣品放人電解液中，通電后金屬表面立即生成很薄一層氧化物絕緣膜。形成完整的絕緣膜是進行微弧氧化處理的必要條件。當樣品上施加的電壓超過某一臨界值時，這層絕緣膜上某些薄弱環(huán)節(jié)被擊穿，發(fā)生微弧放電現(xiàn)象，浸在溶液里的樣品表面可以看到無數(shù)個游動的弧點或火花。因為擊穿總是在氧化膜相對薄弱部位發(fā)生，因此最終生成的氧化膜是均勻的。每個弧點存在時間很短，但等離子體放電區(qū)瞬間溫度很高，在此區(qū)域內(nèi)金屬及其氧化物發(fā)生熔化，使氧化物產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變化。微弧氧化不同于常規(guī)的陽極氧化技術(shù)，它在工作中使用較高電壓，在微弧氧化過程中，化學氧化、電化學氧化、等離子體氧化同時存在，因此陶瓷氧化膜的形成過程非常復雜，至今還沒有一個合理的模型全面描述陶瓷膜的形成。

微弧陽極氧化工藝
鋁及鋁合金材料的微弧氧化技術(shù)工藝流程主要包括鋁基材料的前處理、微弧氧化、后處理三部分。其工藝流程為：鋁基工件一化學除油一清洗一微弧氧化一清洗一后處理一成品檢驗。

(1)合金材料及表面狀態(tài)的影響
微弧氧化技術(shù)對鋁基工件的合金成分及表面狀態(tài)要求不高，對一些普通陽極氧化難以處理的鋁合金材料，如含銅、高硅鑄鋁合金等均可進行微弧氧化處理。一般不需進行表面拋光處理，對于粗糙度較高的工件，經(jīng)微弧氧化處理后表面得到修復變得更均勻平整；而對于粗糙度較低的工件，經(jīng)微弧氧化后，表面粗糙度有所提高。

鋁及鋁合金微弧氧化電解液組成及工藝條件

(2)電解質(zhì)溶液及其組分的影響
微弧氧化電解液是獲得合格膜層的技術(shù)關(guān)鍵。溶液配方應(yīng)有利于維護氧化膜及隨后形成的陶瓷氧化層的電絕緣性，又有利于抑制微弧氧化產(chǎn)物的溶解。不同的電解液成分及氧化工藝參數(shù)，所得膜層的性質(zhì)也不同。微弧氧化電解液多采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)，其在溶液中的存在形式最好是膠體狀態(tài)。溶液的pH值一般在9～13之間。根據(jù)膜層性質(zhì)的需要，可添加一些有機或無機鹽類作為輔助添加劑。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)氧化電壓及電流密度的影響
微弧氧化電壓和電流密度的控制對獲取合格膜層同樣至關(guān)重要。不同的鋁基材料和不同的氧化電解液，具有不同的微弧放電擊穿電壓(擊穿電壓：工件表面剛剛產(chǎn)生微弧放電的電解電壓)，微弧氧化電壓一般控制在大于擊穿電壓幾十至上百伏的條件下進行。氧化電壓不同，所形成的陶瓷膜性能、表面狀態(tài)和膜厚不同，根據(jù)對膜層性能的要求和不同的工藝條件，微弧氧化電壓可在200～600V范圍內(nèi)變化。選用工作電壓的原則是既要保證在氧化過程中盡可能長時間地維持發(fā)育良好的火花或電弧現(xiàn)象，又要防止電壓過高而引發(fā)破壞性電弧的出現(xiàn)。

微弧氧化可采用控制電壓法或控制電流法進行，控制電壓進行微弧氧化時，電壓一般分段控制，即先在一定的陽極電壓下使鋁基表面形成一定厚度的絕緣氧化膜層；然后增加電壓至一定值進行微弧氧化。當微弧氧化電壓剛剛達到控制值時，通過的氧化電流一般都較大，可達l0A／dm2左右，隨著氧化時間的延長，陶瓷氧化膜不斷形成與完善，氧化電流逐漸減小，最后小于1A／dm2。氧化電壓的波形對膜層性能有一定影響，可采用直流、鋸齒或方波等電壓波形。采用控制電流法較控制電壓法工藝操作上更為方便，控制電流法的電流密度一般為2～8A／dm2?？刂齐娏餮趸瘯r，氧化電壓開始上升較快，達到微弧放電時，電壓上升緩慢，隨著膜的形成，氧化電壓又較快上升，最后維持在一較高的電解電壓下。
(4)溫度與攪拌的影響
與常規(guī)的鋁陽極氧化不同，微弧氧化電解液的溫度允許范圍較寬，可在10～90℃條件下進行。溫度越高，工件與溶液界面的水汽化越厲害，膜的形成速度越快，但其粗糙度也隨之增加。同時溫度越高，電解液蒸發(fā)也越快，所以微弧氧化電解液的溫度一般控制在20～60℃范圍。由于微弧氧化的大部分能量以熱能的形式釋放，其氧化液的溫度上升較常規(guī)鋁陽極氧化快，故微弧氧化過程需配備容量較大的熱交換制冷系統(tǒng)以控制槽液溫度。雖然微弧氧化過程工件表面有大量氣體析出，對電解液有一定的攪拌作用，但為保證氧化溫度和體系組分的均一，一般都配備機械裝置或壓縮空氣對電解液進行攪拌。

(5)氧化時間的影響
微弧氧化時間一般控制在10～60min。時間越長，膜的致密性越好，但其粗糙度增加。 (6)陰極材料
微弧氧化的陰極材料采用不溶性金屬材料。由于微弧氧化電解液多為堿性液，故陰極材料可采用碳鋼、不銹鋼或鎳，其方式可采用懸掛或以上述材料制作的電解槽作為陰極。
鋁基工件經(jīng)微弧氧化后可不經(jīng)后處理直接使用，也可對氧化后的膜層進行封閉、電泳涂裝、機械拋光等后處理，以進一步提高膜的性能。