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铝合金微弧氧化（MAO）

1.微弧氧化概述

微弧氧化也称微等离子体表面陶瓷化技术,是指在普通阳极氧化的基础上，利用弧光放电增强并激活在阳极

上发生的反应，从而在以铝、钛、镁金属及其合金为材料的工件表面形成优质的强化陶瓷膜的方法，是通

过用专用的微弧氧化电源在工件上施加电压，使工件表面的金属与电解质溶液相互作用，在工件表面形成

微弧放电，在高温、电场等因素的作用下，金属表面形成陶瓷膜，达到工件表面强化的目的。

2.微弧氧化现象及其特点

在阳极氧化过程中，当铝合金上施加的电压超过一定范围时，铝合金表面的氧化膜就会被击穿。随着电压

的继续不断升高，氧化膜的表面会出现辉光放电、微弧和火花放电等现象。表面辉光放电的温度比较低，

对氧化膜的结构影响不大；火花放电温度，甚至可能使铝合金表面熔化，同时发射出大量的电子及离子，

使火花放电区出现凹坑及麻点，这对材料表面是一种破坏作用；只有微弧去的温度适中，即可使氧化膜的

结构发生变化，有不造成铝合金材料表面的破坏，微弧氧化就是利用这个温度区对材料表面进行改造处理

的。

铝合金说施加的电压变化所产生的辉光、微弧和火花放电区域

在微弧氧化的过程下，原来生成的氧化膜不会脱落，只有表面一部分氧化膜可能会被粉化而沉淀在溶液中。

铝合金表面可以继续氧化，随着外加电压的升高，或时间的延长，微弧氧化膜厚度不会继续增加，直至达

到外加电压对应的最终厚度。在工艺过程中，随着微弧氧化膜厚度的增加，微弧的亮度会逐渐暗淡下去，

直至最后消失。但是微弧消失后，只要微弧消失后，只要外加电压继续存在，氧化膜还好继续生长，从实

际中发现，微弧氧化膜的最大厚度可以达到200~300μm。

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微弧氧化与普通阳极氧化一样，也存在着表面氧化和氧离子渗透到基体内与铝离子氧化结合，俗称渗透氧

化的过程。。实际发现有大约70%的氧化层存在于铝合金的基体中，因此样品表面的几何尺寸变动不大。

由于渗透氧化，氧化层与基体之间存在着相当厚的过渡层，使氧化膜和基体呈闹牢固的冶金结合，不易脱

落，这也是微弧氧化优于电镀和喷涂的地方。图9-5是微弧氧化的剖面结构图，由图9-5可以看出，微弧

氧化膜有三层组成，靠近铝基体中氧化膜于基体结合的过渡层交界面为凹凸不平，互相咬合，说明氧化膜

于基体结合牢固，不易脱落，氧化膜的表面是一层疏松的白色陶瓷粉末，很容易用砂纸磨去，氧化时间越

长，这层疏松层会变厚，当除去这层疏松层以后，剩下的是硬度很高、质地致密的陶瓷氧化膜。图9-6表

示铝合金的微弧氧化膜截面的显微硬度和孔隙率的剖面，其纵坐标（左）表示显微硬度（HV），纵坐标（右）

表示孔隙率。图9-6中明确地表明显微硬度和孔隙率与氧化膜的深度密切关系。

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3.微弧氧化的基本设备

微弧氧化的基本设备与阳极氧化大体相同，有氧化槽、电源及溶液的冷却与搅拌系统三部分组成。如图9-7

4.微弧氧化槽液成分

微弧氧化的溶液成分相对比较简单，目前大部分槽液都以弱碱性水溶液为主。实际使用的槽液常加入硅酸

钠、铝酸钠或磷酸钠等成分。为了得到各种颜色的微弧氧化膜，还可以加入不同的金属盐类，依靠不同金

属离子沉积掺杂在微弧氧化膜中得到相应的颜色。下表中列出了代表性的五种微弧氧化的电解槽液成分，

仅供参考。

代表性的微弧氧化电解溶液的成分单位：g.L-1

成分1