“微弧氧化 (MAO) 是一种表面处理工艺，通过在表面形成类似陶瓷的氧化层来增强耐磨性、耐腐蚀性和硬度”
制造的零件需要 表面光洁度 增强外观，保护底层材料免受操作和环境条件的影响。在众多保护涂层和处理方法中， 微弧氧化 用于有色金属材料，在基材上形成一层薄薄的氧化层。这种坚硬、耐磨、耐腐蚀的氧化层可延长产品寿命。
MAO 涂层工艺基于电化学操作，利用高压电流进行火花处理。您可以将微弧氧化应用于铝、锌、镁、钛、铜等。
在本文中，我们将解释什么是微弧氧化。它的工艺、优点和应用。
什么是微弧氧化？
这种金属表面处理也称为 等离子电解氧化， 使用电化学和等离子处理来形成基材氧化层的工艺。该工艺利用高电压（高达 600 V）在工件电极上产生等离子弧，将形成的氧化层细化为更坚硬的表面。这种硬化氧化层在两个方向上生长；向内和向外。
微弧氧化表面处理
采用微弧氧化的结晶氧化物涂层可将产品寿命延长 2 至 4 倍。它可作为阻挡外界因素、湿气、化学物质暴露、温度波动等的屏障。MAO 涂层还可浸渍不同的染料和颜色以定制外观。
汽车、航空航天、军事、农业等不同行业都使用微弧氧化技术使其轻质部件具有很强的抗腐蚀和磨损能力，从而提高了 产品寿命 和可靠性。这种硬化氧化物涂层的厚度范围为微米，例如 20、40 或 60 µm 及更高。此外，表面硬度可达到 1500-2000 HV 范围，而它可以达到 表面粗糙度 (Ra) 为 20 µm 或更低。
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微弧氧化的工作原理
微弧氧化的工作原理基于电化学反应和等离子弧处理。首先，电解形成氧化层。然后，高压等离子弧使氧化层结晶。因此，除了高压等离子处理外，它可以与阳极氧化工艺进行比较。它以与阳极氧化相同的方式形成金属氧化物，并且设置也相似。
微弧氧化工艺的工作原理
MAO 设置：
- 电源： 高压高频交流/直流电源
- 电解液： 水性电解质溶液（通常以硅酸盐为基础）
- 阳极： 工件（铝、钛、镁合金等）
- 阴极： 对电极（通常为不锈钢或石墨）
- 控制系统： 电压、电流、时间等参数的计算机监控与调整。
- 工艺罐： 由化学惰性且坚韧的材料制成，例如涂层硬钢或陶瓷。
接下来，以下是等离子电解氧化或金属电弧氧化所涉及的步骤；
步骤 1：金属氧化过程
第一阶段，将脱脂、彻底清洗后的工件浸入电化学槽中，接上工件作为阳极，接上二次电极作为阴极，接通电源（约200V）后，发生阳极反应；
金属在氧化过程中失去电子并形成金属离子。
让我们以铝为例；
铝的阳极氧化：Al→Al3++3e-
然后电解液分解形成氧气（O2），铝金属离子与自由氧发生反应，生成氧化铝层；
2Al3++3O2−→Al2O3
同时，氧化层的厚度取决于施加的电压、电流、处理时间、电解质类型和材料类型等因素。
步骤2：等离子放电过程
随着电压的升高，温度上升，在阳极（工件）产生放电或高温，放电的等离子弧扩散到工件表面，使氧化层结晶。
这种高压高温工艺可消除阳极氧化层上可能存在的表面不规则性和厚度裂纹。此外，最终硬度会因电压、氧化层厚度等变量而不同。
步骤 3：加入电解质元素
这是您可以自定义微弧氧化涂层特性的步骤。这意味着在处理过的工件的多孔表面中填充电解质元素。您可以浸渍自定义颜色和其他性能增强添加剂。这种结合是永久性的，不会随着时间的推移而褪色。
微弧氧化有哪些优点？
以下是微弧氧化处理的主要优点
- 全面覆盖
与传统金属涂层不同，等离子电解氧化可在底切、通道、凹槽、拐角和边缘处形成均匀的涂层。因此，整个组件可获得一致的保护性能。
- 高应变耐受性
等离子电解氧化的晶体微观结构具有高硬度。这种结构可消除热变形或机械应力，提供耐污性。因此，零件的表面耐磨性和抗裂性会提高。
- 卓越的耐腐蚀性
化学惰性、类似陶瓷的 MAO 涂层表面即使在恶劣环境下也能显著提高耐腐蚀性。此外，您可以根据零件暴露的条件进一步定制它以创建更厚的氧化层。因此，它也可以作为额外保护涂层预处理的合适选择。
- 介电特性
微弧氧化表面表现出基材表面的介电性能，可通过控制氧化层厚度来实现，介电击穿强度可达79kV/mm。
- 热障
在电弧氧化涂层工艺中加入硅酸盐可以产生富含莫来石的涂层。这可以作为有效的热屏障，使其成为高温应用中金属部件涂层的理想选择。
微弧氧化中的工艺变量有哪些？
等离子弧氧化层的最终特性很大程度上取决于工艺变量，从电压和频率到电解质的 PH 值。利用这些表面处理方法的定制与工艺变量的优化直接相关。
以下是微弧氧化工艺关键变量的简要介绍；
电解液成分
您使用的是哪种电解液？盐、酸和其他添加剂的浓度是多少？电解液的温度是多少？电解液的pH值是多少？所有这些因素都表明了电解液的成分，并直接影响微弧氧化层的最终性能。
电压和电流密度
供电电压和电流密度对于启动和维持形成氧化层的等离子放电至关重要。较高的电压和电流密度会导致涂层厚度快速增长。
脉冲模式和频率
首先，脉冲的占空比会影响涂层的微观结构、孔隙率和机械性能。其次，高频电流形成均匀的涂层。因此，请优化脉冲模式和频率。
处理时间
处理过程持续多长时间？持续时间越长，涂层越厚。但是，时间过长会导致孔隙率高和微裂纹。
工件材料
不同的金属可能需要对工艺变量进行特定的调整才能达到最佳效果。例如，铝合金的最佳电压为 300 至 500 V，而镁合金的最佳电压为 500 至 700 V。
哪些材料可以采用 MAO 涂层进行加工？
铝表面微弧氧化
MAO 涂层与各种金属和合金兼容，例如铝、镁、钛等。下表重点介绍了主要的金属和合金及其简要说明；
| 合金 | 年级 | 关键属性 | 应用案例 |
| 铝合金 | 6061，7075，2024 | 具有导热和导电性能的轻质材料 | 航空航天和汽车零件、电子外壳、热交换器等。 |
| 镁合金 | AZ31B, AZ91D | 轻量化、高强度 | 电子外壳、电动工具、运动器材 |
| 钛合金 | Ti-6Al-4V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo | 强度高、耐腐蚀性能优良、生物相容性好 | 航空航天部件、船舶应用、化学加工设备等。 |
| 铌 | 碳-103、铌-1锆 | 熔点高、耐腐蚀性能优良、超导性 | 超导体、火箭喷嘴、医疗植入物等。 |
| 铜合金 | C11000 C17200 | 导电性优良、导热性良好、耐腐蚀 | 热交换器、管道部件、建筑物品 |
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其他类型的表面处理工艺
微弧氧化与其他两种 表面处理类型、阳极氧化和金属电镀。然而，MAO在耐磨性和耐用性方面优于它们。
MAO 涂层与其他涂层的比较
- 毛： 它利用高电压在电解质中产生等离子放电，在铝和钛等轻金属上形成厚而坚硬的氧化层。
- 阳极氧化：它是一种 产生薄氧化层的低压电化学过程。该氧化层可增强耐腐蚀性并允许多种颜色选择。
- 金属电镀： 它是指通过电镀或化学镀方法在基材上沉积一层金属层。这种表面处理具有不同程度的耐腐蚀性、硬度和美观性。
总结
等离子电解氧化（或微弧氧化）可显著提高金属部件的耐磨性和耐用性。这种精加工技术可均匀地覆盖部件表面的所有区域。结晶氧化层可容纳定制颜色和其他增强性能的添加剂。总体而言，它非常适合精加工将暴露于高性能应用或恶劣环境中的部件。
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常见问题
为什么微弧氧化工艺又叫等离子电解氧化？
微弧氧化 (MAO) 也称为等离子电解氧化 (PEO)，因为它涉及在电解液中产生等离子放电。这种放电产生高能量，在材料表面形成氧化层。
微弧氧化过程如何进行？
其工作机制基于电化学和等离子放电原理。将高电压施加到浸没在电解质中的金属基材上，产生微弧或等离子放电。然后，它会氧化金属表面，形成坚硬且耐腐蚀的涂层。
何时使用 MAO 涂层？
它非常适合涂覆暴露在恶劣环境中的金属部件，例如航空航天、汽车和工业应用。
我可以在任何材料上应用微弧氧化涂层吗？
它主要适用于铝、钛和镁等轻金属。由于化学和物理性质的差异，它们不适用于黑色金属。
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