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高强度铝合金微等离子体电解氧化陶瓷质膜层影响因素

苗景国;郝康达;卫中领;沈钰;陈秋荣;吴润

【摘要】微等离子体电解氧化是在阳极氧化基础上发展起来的直接在轻合金表面

原位生成γ-Al2O3和α-Al2O3陶瓷质膜的一项表面工程新技术.α-Al2O3对陶

瓷质膜层的性能起决定性作用,最大限度地促进α-Al2O3的形成,是改善铝合金表

面综合性能的关键.经过对国内近20个单位的调研,发现该技术在军工、航空、航

天、机械等领域有着迫切的需求和广泛的应用前景,有望部分替代硬质氧化膜实现

大规模生产.本文从基体材料、溶液特性及电参数三方面分析铝合金微等离子体氧

化膜层的影响因素,重点分析基体合金元素对陶瓷质膜层的影响.指出该技术在高强

度铝合金应用领域的发展方向并对其前景进行了展望.

【期刊名称】《轻合金加工技术》

【年(卷),期】2012(040)004

【总页数】5页(P52-56)

【关键词】高强度铝合金;微等离子体电解氧化;陶瓷质氧化膜层;影响因素

【作者】苗景国;郝康达;卫中领;沈钰;陈秋荣;吴润

【作者单位】武汉科技大学材料与冶金学院,湖北武汉430081;武汉科技大学材料

与冶金学院,湖北武汉430081;上海大学材料微结构重点实验室,上海200444;中国

科学院嘉兴轻合金技术工程中心,浙江嘉兴314051;中国科学院嘉兴轻合金技术工

程中心,浙江嘉兴314051;中国科学院嘉兴轻合金技术工程中心,浙江嘉兴314051;

武汉科技大学材料与冶金学院,湖北武汉430081

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【正文语种】中文

【中图分类】TG174.453

铝合金具有比强度高、密度小等特点，在航空航天领域的应用颇为广泛。随着航空

航天工业的发展，铝合金材料的表面性能制约其进一步扩大应用。从航空航天工业

的发展情况看，环境对铝合金表面要求越来越苛刻，在复杂、周期性循环应力等恶

劣环境下服役的零部件表面要经受严重的腐蚀、磨损等条件冲击，这就要求铝合金

制品表面更加耐磨、耐蚀。从国内各军工单位的调研信息看，微等离子体电解氧化

技术在该领域的应用几乎空白。目前采用的常规表面处理方法不能满足表面膜层的

要求。

1微等离子体电解氧化

1.1微等离子体氧化技术

微等离子体氧化(简称PEO)，又称微弧氧化或阳极火花沉积，是一种利用电化学方

法，在材料表面微孔中产生火花放电斑点，在热化学、等离子体化学和电化学的共

同作用下，直接在有色金属表面原位生成陶瓷氧化膜的新技术。

1.2微等离子体氧化机制

关于微等离子体电解氧化机制，目前还未达成共识。究其本质，微等离子体氧化过

程可分为阳极氧化、火花放电、MAO和熄弧等四个阶段。初期成膜生成一层很薄

的具有绝缘性质的膜层，并且在铝合金表面首先以非核生长方式形成连续无定形膜，

主要组成是无定形A12O3、γ-A12O3和AlOOH。在高温下有以下相变过程:

微等离子体氧化膜是在强电场下产生火花放电形成微弧、薄弱点被击穿后形成的。

在微区率先生成的γ-Al2O3相不稳定，会转变成α-Al2O3相，形成具有高硬度

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及良好耐腐蚀性的陶瓷质氧化膜，其显微硬度可达2000HV以上［1］。

1.3陶瓷质氧化膜层结构与性能

陶瓷质氧化膜由疏松层、致密层和过渡层三部分构成。每部分是由晶态的α-