微弧氧化工艺介绍及电子烟外观应用

微弧氧化工艺可实现更高的硬度、强度、耐腐蚀与氧化性，目前在电子烟外壳上有部分应用。那么，微弧氧化工艺是什么？本文一起来学习下。

一、微弧氧化工艺概述

微弧氧化(Microarc oxidation, MAO)又称等离子体电解氧化（Plasma electrolytic oxidation, PEO）、微等离子体氧化(Microplasma oxidation, MPO)等，是通过电解液与相应电参数的组合，在铝、镁、钛等金属及其合金表面依靠弧光放电产生的瞬时高温高压作用，原位生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层。

微弧氧化技术处理最多的材料为镁、铝、钛及其合金，另外钽、铌、锆、铍等材料表面均可以直接进行微弧氧化，故该技术有广阔的应用前景。

二、微弧氧化技术特点

1. 提高材料表面硬度

微弧氧化膜层为表面多孔（孔径为几微米）、内部致密的陶瓷层。膜层硬度高（维氏硬度可由几百至三千左右） 膜层与基体为冶金结合、厚度在几微米至几百微米之间。

2. 高耐磨性

用WC做摩擦副，摩擦率为4.9*10 -7mm³/Nm，摩擦系数0.48 提高50倍左右。

3. 高耐蚀性

耐中性盐雾腐蚀（按国标）≥400h ，可做至≥800h膜层无明显腐蚀。

4. 耐热性高 绝缘性好

耐热性高，可承受高温使用，范围根据基材熔点温度 有良好的绝缘性能，绝缘电阻膜阻>100MΩ 绝缘耐压>5000V/秒。

5. 高结合力

基体原位生长陶瓷膜，膜层与基底金属结合力强,陶瓷膜致密均匀，剪切强度330MPa，拉伸强度370MPa。

备注：以上测试参数是基于铝合金材质得出，如笔电上镁合金微弧氧化表面性能要稍差。

三、微弧氧化技术工艺流程及参数

1. 微弧氧化技术工艺流程

主要包含三部分：铝基材料的前处理，微弧氧化，后处理三部分

其工艺流程如下：铝基工件→化学除油→清洗→微弧氧化→清洗→后处理→成品检验。

2. 微弧氧化电解液组成及工艺条件：

a:工艺参数一：电解液组成：K2SiO3 5～10g/L，Na2O2 4～6g/L，NaF 0.5～1g/L，CH3COONa 2～ 3g/L，  Na3VO3 1～3g/L；溶液 pH 为 11～13；温度为 20～50℃；阴极材料为不锈钢板；电解 方式为先将电压迅速上升至 300V，并保持 5～10s，然后将阳极氧化电压上升至 450V，电解5～10min。

b:工艺参数二：两步电解法，第一步：将铝基工件在 200g/L 的 K2O·nSiO2（钾水玻璃）水溶液中以 1A/dm2的阳极电流氧化 5min；第二步：将经第一步微弧氧化后的铝基工件水洗后在70g/L 的Na3P2O7 水溶液中以 1A/dm2 的阳极电流氧化 15min。阴极材料为：不锈钢板；溶液温度为 20～50℃。

四、微弧氧化影响因素

1. 合金材料及表面状态的影响

微弧氧化技术对铝基工件的合金成分要求不高，对一些普通阳极氧化难以处理的铝合金材料，如含铜、高硅铸铝合金的均可进行微弧氧化处理。

对工件表面状态也要求不高，一般不需进行表面抛光处理。对于粗糙度较高的工件，经微弧氧化处理后表面得到修复变得更均匀平整；而对于粗糙度较低的工件，经微弧氧化后，表面粗糙度有所提高。

2. 电解质溶液及其组分的影响

微弧氧化电解液是获到合格膜层的技术关键。不同的电解液成分及氧化工艺参数，所得膜层的性质也不同。微弧氧化电解液多采用含有一定金属或非金属氧化物碱性盐溶液（如硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐等），其在溶液中的存在形式最好是胶体状态。溶液的 pH 范围一般在9～13之间。

根据膜层性质的需要，可添加一些有机或无机盐类作为辅助添加剂。在相同的微弧电解电压下，电解质浓度越大，成膜速度就越快，溶液温度上升越慢，反之，成膜速度较慢，溶液温度上升较快。

3. 氧化电压及电流密度的影响

微弧氧化电压和电流密度的控制对获取合格膜层同样至关重要。不同的铝基材料和不同的氧化电解液，具有不同的微弧放电击穿电压（击穿电压：工件表面刚刚产生微弧放电的电解电压），微弧氧化电压一般控制在大于击穿电压几十至上百伏的条件进行。

氧化电压不同，所形成的陶瓷膜性能、表面状态和膜厚不同，根据对膜层性能的要求和不同的工艺条件，微弧氧化电压可在200～600V 范围内变化。微弧氧化可采用控制电压法或控制电流法进行，控制电压进行微弧氧化时，电压值一般分段控制，即先在一定的阳极电压下使铝基表面形成一定厚度的绝缘氧化膜层；然后增加电压至一定值进行微弧氧化。

当微弧氧化电压刚刚达到控制值时，通过的氧化电流一般都较大，可达 10A/dm2 左右，随着氧化时间的延长，陶瓷氧化膜不断形成与完善，氧化电流逐渐减小，最后小于 1A/dm2。

氧化电压的波形对膜层性能有一定影响，可采用直流、锯齿或方波等电压波形。采用控制电流法较控制电压法工艺操作上更为方便，控制电流法的电流密度一般为1～8A/dm2。

4. 温度与搅拌的影响

与常规的铝阳极氧化不同，微弧氧化电解液的温度允许范围较宽，可在10～90℃条件下进行。

温度越高，工件与溶液界面的水气化越厉害，膜的形成速度越快，但其粗糙度也随之增加。同时温度越高，电解液蒸发也越快，所以微弧氧化电解液的温度一般控制在 20～60℃范围。

由于微弧氧化的大部分能量以热能的形式释放，其氧化液的温度上升较常规铝阳极氧化快，故微弧氧化过程须配备容量较大的热交换制冷系统以控制槽液温度。

虽然微弧氧化过程工件表面有大量气体析出，对电解液有一定的搅拌作用，但为保证氧化温度和体系组分的均一，一般都配备机械装置或压缩空气对电解液进行搅拌。

5. 微弧氧化时间的影响

微弧氧化时间一般控制在 10～60min。氧化时间越长，膜的致密性越好，但其粗糙度也增加。

6. 阴极材料

微弧氧化的阴极材料采用不溶性金属材料。由于微弧氧化电解液多为碱性液，故阴极材料可采用碳钢，不锈钢或镍。其方式可采用悬挂或以上述材料制作的电解槽作为阴极。

7. 膜层的后处理

铝基工件经微弧氧化后可不经后处理直接使用，也可对氧化后的膜层进行封闭，电泳涂漆，机械抛光等后处理，以进一步提高膜的性能。

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原文始发于微信公众号（艾邦新消费电子资讯）：微弧氧化工艺介绍及电子烟外观应用