鎂合金是目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料,同時具有高的比強(qiáng)度和良好的鑄造性能,成為工程塑料、鋁合金和鋼材應(yīng)用的競爭者或替代品,在汽車、航空、電子、兵工等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景,但其化學(xué)活性高(標(biāo)準(zhǔn)電極電位為?2.37 V)、極易腐蝕、耐磨性差、表面膜疏松多孔等,這些缺點(diǎn)成為制約其發(fā)揮結(jié)構(gòu)性能優(yōu)勢的最大障礙。因此,鎂合金需要進(jìn)行表面處理后才能在大氣條件下長期使用。
目前廣泛采用的表面改性方法主要有陽極氧化處理、微弧氧化處理、激光表面處理、離子注入和磷化電泳處理等[1-2]。但是,經(jīng)過傳統(tǒng)的陽極氧化處理的鎂合金表面的氧化膜較薄、耐蝕性差及嚴(yán)重環(huán)境污染等問題,難以滿足防腐和環(huán)保的要求[3];離子注入和激光表面處理因成本和批量生產(chǎn)問題阻礙了其發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用[4];磷化電泳處理工藝還不成熟、工藝過程復(fù)雜、廢水排放量大、環(huán)境污染嚴(yán)重,限制了其應(yīng)用和發(fā)展[5]。而微弧氧化是將Mg、Al、Ti等有色金屬置于電解液中,利用火花放電作用在鎂合金表面生成陶瓷膜的方法。由于微弧氧化技術(shù)生成的陽極氧化膜與金屬基體結(jié)合力強(qiáng)、電絕緣性好、光學(xué)性能優(yōu)良、耐熱沖擊、耐磨損、耐腐蝕,表面防護(hù)效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的表面處理方法,同時該技術(shù)具有工藝簡單、效率高、無污染、處理工件能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),逐漸成為鎂合金常用的表面處理方法[6-7]。
本文從微弧氧化技術(shù)的發(fā)展研究現(xiàn)狀著手,重點(diǎn)討論了電解液體系、電參數(shù)、氧化時間、添加劑等對鎂合金陶瓷膜性能的影響,進(jìn)而分析了微弧氧化陶瓷膜的組成、結(jié)構(gòu)特征和形成過程,總結(jié)了鎂合金微弧氧化存在的問題并對其發(fā)展進(jìn)行了展望。
1. 微弧氧化的研究現(xiàn)狀
微弧氧化概念于20世紀(jì)50年代提出[8],70年代Markow在傳統(tǒng)鋁陽極上進(jìn)行陽極氧化研究,被Yerokhin[9]稱之為微弧氧化技術(shù)。微弧氧化裝置主要由電源和電解槽組成,如圖1所示。微弧氧化技術(shù)所形成的氧化膜具有明顯的三層結(jié)構(gòu):外部的疏松層、中間的致密層和內(nèi)部的結(jié)合層。致密層占總膜厚的90%,與基體形成微區(qū)冶金結(jié)合。疏松層中存在許多孔洞及其他缺陷,其物理、化學(xué)特性與微弧氧化處理時電參量的選擇、電解液的配方以及樣品自身的特性有關(guān)。微弧氧化技術(shù)與陽極氧化技術(shù)的比較如表1所示。Kurse[11]利用火花放電在純鋁表面獲得含Al2O3的硬質(zhì)膜層,為微弧氧化技術(shù)提供了研究基礎(chǔ)。