分析微弧氧化表面处理对铝合金拉伸性能的影响

赵胜强 徐增

0.引言

铝合金本身存在一定的缺点，比如其硬度低、耐磨性差，所以要进行一定的处理。微弧氧化技术的诞生，使得它克服了传统阳极氧化的不足，该技术可以控制工艺过程，能够生成具有优异的耐磨和耐蚀性能的陶瓷薄膜，与其他技术相比较有较高的硬度和绝缘电阻，并且大大提高了膜层的综合性能；此技术具有很多的优点，比如工艺简单，操作简易，效率高、环保；开创了一个新的技术。但此技术的应用会对铝合金表面的拉伸性能产生一定的影响，笔者在本文进行了探讨。

1.微弧氧化技术

1.1微弧氧化的基本原理

微弧氧化工艺的基础，是在阳极氧化工艺上慢慢摸索出来的。阳极需要进行氧化，其在法拉第区进行，升高金属阳极的电位，这样会升高金属阳极的电流，连续的升压，当升到一定的强度时，会进入电火花放电区，此时，会属阳极会出现一些特殊的现象，比如铝合金表面会出现电晕、辉光及电火花放电现象，发生微区放电现象。笔者本文通过对铝阳极为例，铝的阳极氧化膜的成份是A12O3、Y-AI2O3和AIOOH。由于铝的氧化物在高温会出现一定的转化，如下：

所以一般在进行微区高温高压等离子体放电的阶段，铝阳极氧化膜的转变过程会出现晶化转变，比如Y—A1203和a—A1203，形成微弧陶瓷氧化膜，具有高硬度及良好耐腐蚀性，一般情况下陶瓷氧化膜的显微硬度可以达到2000HV以上。继续升高电压，这时会进入弧光放电区，此时会出现阳极表面电流密度增大，并伴有强烈的弧光放电现象。由于弧光放电时会产生强大的冲击力，所以微弧氧化应避免弧光放电区。

1.2微弧氧化的特点

微弧氧化技术是近几十年发展起来的铝合金表面处理的新技术，目前微弧氧化技术不是很成熟，还处于研究阶段，对其描述的资料较少。但铝合金微弧氧化技术有其独特的优点：

1.2.1耐磨性能高

一般情况下，Al、Mg、Ti 合金，在进行微弧氧化后会产生Al2O3、MgO、TiO2。陶瓷相的产物是具有很强的硬度，所以经微弧氧化的铝合金具有很高的硬度，最硬的硬度可达2500 HV，因此铝合金表面具有优越的耐磨强度，其耐磨性大大高于传统工艺的膜层.其优良的耐磨性还与一些特殊的因素有关，比如润滑油的自润滑特性有关。

1.2.2耐腐蚀性能高

一般在经微弧氧化后的陶瓷层会存在大量的喷射口，但是这些喷射口一般为盲孔；与此同时陶瓷层具可分为三层结构，疏松层、致密层以及过渡层，这样的分层结构能够为金属内部起到良好的保护作用，所以能够提高耐腐蚀性能。

1.2.3工序简单、生产效率高

微弧氧化技术一般处理工序简单，且生产速度快，一般情况下，要完成一个完整的微弧氧化要做到以下的流程：除油—清洗—氧化—清洗—封孔—烘干。与传统的氧化工艺相比较，工序减少，且花费时间也减少，一般仅需l0min 左右，大大提高了生产效率，且降低了成本，增加企业的收益。

1.2.4厚度、颜色均匀

在进行微弧氧化操作时，其正极是与电源正极相接浸在溶液里的工件作，其负极是与电源负极相连的不锈钢板。加入电源以后，工件表面的电线要实现均匀分布，这样做的目的是使得陶瓷膜层的厚度以及色泽均匀。据前人研究表明，利用微弧氧化强化技术，可以在对陶瓷膜的形成后，产生一套稳定的陶瓷膜层。

1.2.5环保

在进行微弧氧化操作时，溶液中的各种离子只起导电作用，并且基本上不会消耗，所以能够循环使用，使用寿命高。另外，微弧氧化溶液一般呈中性或碱性，并且溶液中不含有重金属元素，所以说微弧氧化技术是环保的，无污染的。

2.微弧氧化对铝合金拉伸性能的影响

微弧氧化会产生不同厚度的氧化膜，并且不同厚度的氧化膜对铝合金的拉伸性能不同，以LY12CZ铝合金为例，其中O代表没有被氧化的试样，且表中每个数据都是在进行三次实验后得到的试样数据的平均值。试验结束后，通过绘制出的应力-应变曲线，可以发现弹性变形部分具有线性关系，所以能够计算出弹性模量E。

通过表1，我们可以读取O、A、B、C样品的数据，我们可以发现在对LY12CZ铝合金进行微弧氧化后，其表面可以形成60～160μm厚陶瓷氧化膜，所以对其伸性能影响不大。从总体来看，微弧氧化的样品中的一些参数有所变化，如σs、σb、δ、E值有所降低.

铝合金微弧氧化膜具有两层结构，致密层和表面疏松层，其中一半以上是致密层，大约占2/3。由于微弧区，在一般情况下是快速凝固，且受到热应力的影响，所以会在膜层表面出现小的裂纹。举例说明，比如将A、B、C样品通过特殊处理以后，得到样品A1、B1、C1，能够降低铝合金表面的粗糙程度，同是也能消除细小的裂纹。一般情况下，不同膜层厚度的样品，在经过打磨以下其抗拉强度会出现一定的变化，正如前面所说到的，铝合金表面氧化后，其σb有所下降，但是一般情况下其底线是5%，但是A表面磨光后σb却保持不变，我们在图中可以看到样品B、C的值有所增加。与前文的表1进行比较，σs、δ也会出现与σb一样的变化规律，那就是在打磨样品以后，σs、δ在比未打磨的样品有所提高，通常膜较薄且保持不变。但是我们发现不管氧化膜是否经过打磨，其σs、σb、δ值总是低于未经处理的铝合金表面的试样。

3.结语

本文通过探讨LY12CZ铝合金经微弧氧化后，其表面的陶瓷膜层是否会对铝合金的拉伸强度造成影响，实验结果表明它对铝合金拉伸性能影响不大，同是试样在经过氧化之后，其参数σs、σb、δ、E值都降低但下降量不超过5%，并且ψ值还会出现小幅度的增加。打磨试样与未磨试样相比，打磨会把氧化膜去掉，所以会导致ψ值降低，但是实验结果表明，氧化膜较厚的试样一般σs、σb、δ值会提高。总之，微弧氧化前后会对拉伸强度造成一定的影响，但是影响不大。

【参考文献】

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[2]杨巍，蒋百灵，时惠英.LY12铝合金微弧氧化膜层的形成与生长机制[J].中国有色金属学报，2010（10）.