什麼是微弧氧化？工作和過程變數

“微弧氧化（MAO）是一種表面處理工藝，透過在表面形成陶瓷狀氧化層來增強耐磨性、耐腐蝕性和硬度”

製造的零件需要 表面光潔度 改善外觀並保護底層材料免受操作和環境條件的影響。在眾多的防護塗層和處理方法中， 微弧氧化 用於有色金屬材料，以建造基材材料的薄氧化層。這種堅硬、耐磨、耐腐蝕的氧化層提高了產品的使用壽命。

MAO 塗層製程基於電化學操作和高壓電流火花處理。您可以對鋁、鋅、鎂、鈦、銅等進行微弧氧化。

在這篇文章中，我們將解釋什麼是微弧氧化。其製程、優點及應用。

 

什麼是微弧氧化？

這種金屬表面處理也稱為 等離子電解氧化，  使用電化學和等離子體處理在基材材料上形成氧化層的過程。此製程利用高電壓（高達 600 V）在工件電極上產生等離子弧，將形成的氧化層細化為更堅韌的表面。此硬化氧化層在兩個方向上生長；向內和向外。 

微弧氧化處理 

微弧氧化的結晶氧化物塗層使產品壽命提高2~4倍。它可以阻擋外部因素、水分、化學品暴露、溫度波動等。

汽車、航空航太、軍事、農業等不同產業利用微弧氧化使其輕質零件具有高度的耐腐蝕性和耐磨性，增強了 產品壽命 和可靠性。此硬化氧化物塗層的厚度範圍為微米，例如。 20、40 或 60 µm 以上。而且表面硬度可以達到1500-2000HV範圍，而可以達到 表面粗糙度 (Ra) 為 20 µm 或更低。 

微弧氧化的工作原理

微弧氧化的工作原理是基於電化學反應和等離子弧處理。首先，電解形成氧化層。然後，高壓等離子弧使氧化層結晶。因此，它可以與除高壓等離子體處理之外的陽極氧化製程進行比較。它以與陽極氧化相同的方式產生金屬氧化物，並且設置也相似。

微弧氧化製程的工作原理 

MAO 設定：

• 電源： 高壓高頻交直流電源
• 電解液：  電解質水溶液（（通常基於矽酸鹽）
• 陽極： 工件（鋁、鈦、鎂合金等）
• 陰極： 對電極（通常是不銹鋼或石墨）
• 控制系統： 電腦監控調整電壓、電流、時間等參數。 
• 工藝罐： 由化學惰性且堅韌的材料製成，例如塗層硬鋼或陶瓷。

接下來是等離子電解氧化或金屬電弧氧化的加工步驟；

第1步：金屬氧化過程

在第一階段，將脫脂並徹底清潔的工件浸入電化學浴中。將工件連接為陽極，將輔助電極連接為陰極。當接通電源（約200V）時，發生陽極反應； 

金屬在氧化過程中失去電子並形成金屬離子。

讓我們以鋁為例；

鋁的陽極氧化：Al→Al3++3e-

然後，電解液分解並形成氧氣(O 2 )。鋁金屬離子與遊離氧反應並形成氧化鋁層；

2Al3++3O2−→Al2​O3​ 

同時，氧化層的厚度取決於施加的電壓、電流、處理時間、電解類型和材料類型等因素。

第2步：等離子放電過程

隨著電壓增加，溫度升高，並在陽極（工件）上產生放電或高溫。放電的等離子弧在工件表面周圍擴散並使氧化層結晶。 

這種高壓和高溫製程消除了陽極氧化層上可能出現的表面不規則性和厚度裂縫。此外，所得到的硬度可能會因電壓、氧化層厚度等變數而異。 

步驟 3：電解質元素的摻入

在此步驟中，您可以自訂微弧氧化特性的塗層特性。它是指將電解質元素填充到被處理工件的多孔表面中。您可以浸漬定制顏色和其他增強性能的添加劑。這種結合是永久性的，不會隨著時間的推移而消失。

 

微弧氧化有哪些優點？

以下是微弧氧化表面處理的主要優點

• 全面覆蓋

與傳統的金屬塗層不同，等離子電解氧化可在底切、通道、凹槽、角落和邊緣形成均勻的塗層。因此，您可以在整個組件中獲得一致的保護特性。 

• 高應變耐受性

等離子電解氧化的晶體微觀結構提供了高硬度。這種結構消除了熱變形或機械應力，提供了耐污性。因此，零件的表面耐磨性和抗裂性會增加。

• 優異的耐腐蝕性 

即使在惡劣的環境中，化學惰性的陶瓷狀 MAO 塗層表面也能顯著提高耐腐蝕性。此外，您可以根據零件暴露的條件進一步對其進行定制，以創建更厚的氧化層。因此，它也是附加保護塗層預處理的合適選擇。

• 介電特性

微弧氧化表面顯示出基材表面的介電特性，這可以透過在製程中控制氧化層厚度來實現。它可以實現高達79 kV/mm的介電擊穿強度。

• 熱障 

在電弧氧化塗層製程中加入矽酸鹽可以產生富含莫來石的塗層。它可以作為有效的熱障，使其成為高溫應用中金屬部件塗層的理想選擇。

 

微弧氧化的製程變因有哪些？

等離子弧氧化層的最終特性很大程度上取決於製程變量，從電壓和頻率到電解質的 PH 值。利用這些表面處理方法的客製化與製程變數的最佳化直接相關。

以下是關鍵微弧氧化製程變數的簡短介紹；

電解液的成分

您使用哪種類型的電解溶液？鹽、酸和其他添加劑的濃度是多少？電解液的溫度是多少？電解液的 pH 值是多少？所有這些因素都顯示了電解液的成分，並直接影響微弧氧化層的最終性能。

電壓和電流密度

供電電壓和電流密度對於引發和維持形成氧化物層的等離子體放電至關重要。較高的電壓和電流密度導致塗層厚度快速增長。

脈衝模式和頻率

首先，脈衝的佔空比會影響塗層的微觀結構、孔隙率和機械性質。其次，高頻電流形成均勻層。因此，優化您的脈衝模式和頻率。

處理時間

治療過程需要多長時間？持續時間越長，塗層就越厚。然而，時間過長會導致高孔隙率和微裂紋。

工件材質

不同的金屬可能需要對製程變數進行特定調整才能達到最佳結果。例如，鋁合金的最佳電壓為300至500V，而鎂合金的最佳電壓為500至700V。

 

哪些材質可以進行 MAO 塗層處理？

 

鋁表面微弧氧化 

MAO塗層與各種金屬和合金相容，例如鋁、鎂、鈦等。

合金	等級	關鍵屬性	應用實例
鋁合金	6061，7075，2024	具有導熱性和導電性的輕質材料	航空航天和汽車零件、電子外殼、熱交換器等
鎂合金	AZ31B、AZ91D	輕量化、高強度	電子外殼、電動工具、運動器材
鈦合金	Ti-6Al-4V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo	高強度、優異的耐腐蝕性、生物相容性	航空航太零件、船舶應用、化學加工設備等
鈮	C-103、Nb-1Zr	高熔點、優異的耐腐蝕性、超導性	超導體、火箭噴嘴、醫療植入物等
銅合金	C11000 C17200	優良的導電性、良好的導熱性、耐腐蝕性	熱交換器、管道部件、建築項目

 

微弧氧化在鎂合金上的應用

您的鎂合金產品是否與以下應用範例（但不限於此）類似？如果是，微弧氧化塗層是一種可行的金屬表面處理方案。

汽車產業

經 MAO 處理的氧化層具有黏性且對環境無害。因此，高溫和受力的引擎部件通常採用金屬電弧氧化塗層。此外，您還可以使用特定的表面紋理或熱導率來完成。

●汽車引擎缸體
●變速器總成
●汽缸蓋罩
●方向盤部件
●懸吊臂

航空航天業

鎂合金零件的抗疲勞性能可透過微弧氧化（MAO）製程顯著提升，這對於航空航天工業至關重要。此外，此塗層還有助於避免材料在惡劣環境下劣化。它適用於航空航天結構件和非結構件。

●飛機變速箱殼體
●轉子葉片部件
●結構支撐
●衛星面板
●起落架外殼

電子行業

MAO 可以保護電子產品免受極端濕度或污染物的影響。它還增強了這些電器的抗刮性和美觀性。其應用領域包括智慧型手機、筆記型電腦和平板電腦。

●筆記型電腦外殼
●智慧型手機邊框
●平板電腦外殼
●相機機身
●穿戴式裝置外殼

醫療行業

塗層可支持細胞黏附和增殖，以便與周圍組織結合，這對醫療植入物有益。此外，MAO 製程還能使醫療組件具有抗菌作用。

●植牙
●骨螺絲
● 骨科植入物
●臨時固定裝置
●手術器械

體育產業

重複使用對於運動器材來說至關重要，因為 MAO 過程中形成的硬質氧化層具有出色的抗磨損和抗衝擊能力，從而實現了所需的耐用性。此外，創造客製化的表面紋理的能力也有利於它們的美觀。

●自行車車架
●網球拍框架
●高爾夫球桿頭
●釣線輪
●滑雪板固定器

其他類型的表面處理工藝

微弧氧化與其他兩種相當 表面處理類型、陽極氧化和金屬電鍍。然而，MAO在耐磨性和耐用性方面優於它們。

MAO 塗層與其他飾面的比較 

• 毛澤東： 它利用高電壓在電解質中產生等離子體放電，在鋁和鈦等輕金屬上形成厚而硬的氧化物層。
• 陽極處理：它是一種 產生薄氧化層的較低電壓電化學過程。此層增強了耐腐蝕性並允許多種顏色選擇。
• 金屬電鍍： 它是指透過電鍍或化學鍍方法在基材上沉積金屬層。這種表面處理具有不同程度的耐腐蝕性、硬度和美觀性。

 

加起來

採用等離子電解氧化（或微弧氧化）可顯著提高金屬零件的耐磨性和耐用性。這種精加工技術全面且均勻地覆蓋了零件表面的所有區域。結晶氧化物層可容納客製化顏色和其他增強性能的添加劑。總體而言，它非常適合精加工暴露於高性能應用或惡劣環境的零件。

在 ProleanTech，我們提供全面的 整理服務，包括微弧氧化、陽極氧化、金屬塗層、拋光。我們的精加工設備配備了先進的機械，我們的工程師可以根據您的規格實現定製表面。  

 

常見問題

為什麼微弧氧化製程又稱為等離子電解氧化？

微弧氧化 (MAO) 也稱為等離子體電解氧化 (PEO)，因為它涉及在電解溶液中產生等離子體放電。這種放電產生高能量，在材料表面形成氧化層。

微弧氧化製程如何進行？

其工作機制基於電化學和等離子體放電原理。浸沒在電解質中的金屬基底的高電壓會產生微弧或等離子體放電。然後，它氧化金屬表面，形成堅硬且耐腐蝕的塗層。

何時使用MAO塗層？

它非常適合塗覆暴露在惡劣環境下的金屬零件，例如航空航天、汽車和工業應用。

我可以在任何材料上應用微弧氧化塗層嗎？

它主要適用於鋁、鈦和鎂等輕金屬。由於化學和物理性質的差異，它們不適用於黑色金屬。