镁合金微弧氧化表面处理技术研究进展及展望

2021-08-06供稿巩锐侯步逸陈彤王延龙李兰芸李宏伟张新

金属世界 2021年4期

供稿|巩锐，侯步逸，陈彤，王延龙，李兰芸，李宏伟，张新

作者单位：1. 北京北方车辆集团有限公司后勤装备公司，北京 100072；2. 新兴际华集团有限公司技术中心，北京 100070；3. 新兴际华科技发展有限公司，北京 100070；4. 北京北方车辆集团有限公司北京市特种车辆关键部件制备与评估工程技术研究中心，北京 100072

内容导读

镁合金具有的独特性能已在汽车、航空、航天、电子、兵工等领域广泛应用，但其极易腐蚀的缺点给设备的安全、稳定运行带来潜在的危险，甚至造成重大经济损失。本文从微弧氧化技术的研究现状着手，重点讨论了电解液体系、电参数、氧化时间、添加剂等对镁合金陶瓷膜性能的影响，进而分析了微弧氧化陶瓷膜的组成、结构特征和形成过程，并提出了镁合金微弧氧化的发展方向。

镁合金是目前最轻的金属结构材料，同时具有高的比强度和良好的铸造性能，成为工程塑料、铝合金和钢材应用的竞争者或替代品，在汽车、航空、电子、兵工等领域具有广泛的应用前景，但其化学活性高(标准电极电位为-2.37 V)、极易腐蚀、耐磨性差、表面膜疏松多孔等，这些缺点成为制约其发挥结构性能优势的最大障碍。因此，镁合金需要进行表面处理后才能在大气条件下长期使用。

目前广泛采用的表面改性方法主要有阳极氧化处理、微弧氧化处理、激光表面处理、离子注入和磷化电泳处理等[1-2]。但是，经过传统的阳极氧化处理的镁合金表面的氧化膜较薄、耐蚀性差及严重环境污染等问题，难以满足防腐和环保的要求[3]；离子注入和激光表面处理因成本和批量生产问题阻碍了其发展和产业化应用[4]；磷化电泳处理工艺还不成熟、工艺过程复杂、废水排放量大、环境污染严重，限制了其应用和发展[5]。而微弧氧化是将Mg、Al、Ti等有色金属置于电解液中，利用火花放电作用在镁合金表面生成陶瓷膜的方法。由于微弧氧化技术生成的阳极氧化膜与金属基体结合力强、电绝缘性好、光学性能优良、耐热冲击、耐磨损、耐腐蚀，表面防护效果远远优于传统的表面处理方法，同时该技术具有工艺简单、效率高、无污染、处理工件能力强等优点，逐渐成为镁合金常用的表面处理方法[6-7]。

本文从微弧氧化技术的发展研究现状着手，重点讨论了电解液体系、电参数、氧化时间、添加剂等对镁合金陶瓷膜性能的影响，进而分析了微弧氧化陶瓷膜的组成、结构特征和形成过程，总结了镁合金微弧氧化存在的问题并对其发展进行了展望。

微弧氧化的研究现状

微弧氧化概念于20世纪50年代提出[8]，70年代Markow在传统铝阳极上进行阳极氧化研究，被Yerokhin[9]称之为微弧氧化技术。微弧氧化装置主要由电源和电解槽组成，如图1所示。微弧氧化技术所形成的氧化膜具有明显的三层结构：外部的疏松层、中间的致密层和内部的结合层。致密层占总膜厚的90%，与基体形成微区冶金结合。疏松层中存在许多孔洞及其他缺陷，其物理、化学特性与微弧氧化处理时电参量的选择、电解液的配方以及样品自身的特性有关。微弧氧化技术与阳极氧化技术的比较如表1所示。Kurse[11]利用火花放电在纯铝表面获得含Al2O3的硬质膜层，为微弧氧化技术提供了研究基础。

直至20世纪90年代，国内外才开始加快了微弧氧化的研究工作，俄罗斯科学院提出了完整的理论并成功应用于多类工业领域。德国和美国在俄罗斯理论体系研究的基础上完善了理论研究、工艺实验、工艺设计与控制，并申请了相应的专利。我国在汲取国外研究的基础上，先后开展了微弧氧化技术研究和工程化应用，先后建立了微弧氧化技术体系，取得了显著的成就。微弧氧化技术的发展历程如图2所示。

镁合金微弧氧化是将样品放入电解液中，通电在表面经过火花放电生成很薄一层绝缘膜[13]。微弧氧化过程电流-电压关系如图3所示[14]，具体的过程：活泼氧原子的产生；空间电荷在氧化物基体中的形成；在氧化物孔中产生气体放电；膜层材料的局部融化；热扩散、胶体微粒的沉积；带负电的胶体微粒迁移进入放电通道[15]；等离子体化学和热化学反应等，放电形式有电晕、火花、辉光、微弧、电弧等，反应非常复杂[16]。

图 1 微弧氧化装置示意图[10]

图 2 微弧氧化技术发展历程图[12]

图 3 微弧氧化过程电流-电压关系[14]

表 1 微弧氧化与阳极氧化技术比较

薛文斌等[17]研究了ZM5镁合金微弧氧化过程中膜生长规律和膜的相结构及形貌特征，发现氧化膜生长机理在开始一段时间内，氧化膜向外生长速度大于向内生长速度，氧化膜达到一定厚度后，工件外部尺寸不再增加，而氧化膜完全转向基体内部生长。氧化膜具有表面疏松层和致密层两层结构。王志申等[18]发现ZM6铸造镁合金微弧氧化陶瓷膜层由表层疏松层、中间致密层以及内部过渡层组成，表层疏松多孔，过渡层与基体紧密结合。陶瓷层与基体结合好，附着力大于50 MPa；微弧氧化处理后，大幅度提高合金耐腐蚀性能，中性盐雾腐蚀大于336 h；陶瓷膜层使基体疲劳性能降低18%。章志友等[19]认为：膜层表面分布着大量均匀的放电微孔，截面致密层厚度占膜层总厚度的60%以上，陶瓷层主要由Mg2SiO4和MgO组成，Mg元素的含量从基体到膜层外表面逐渐降低，O与Si元素均呈先增大后减小的趋势，P含量则基本保持不变。马颖等[20]证明了高电压下制备的膜层经历三个阶段：腐蚀介质逐渐渗入膜层，腐蚀介质渗透膜层到达膜基面侵蚀基体，腐蚀产物填充微孔和微裂纹等缺陷；而低电压下制备的膜层随着浸泡时间的延长，膜层外部疏松层和内部致密层的电阻均逐渐减小，致使耐蚀性降低，最终膜层完全失效。

从国内外微弧氧化技术的研究现状可以看出，该技术形成和发展时间较短，基础理论和实际应用尚处于探索阶段，微弧氧化的成膜机理尚未统一，大多数研究都着眼于电弧产生的机理上。火花放电的机理主要有以下3种：热作用引起电击穿[21]、机械作用引起的电击穿[22]、“电子雪崩”模型[23]。这三种模型在一定程度上对微弧氧化进行了合理解释，但是它们均有自己的局限性。热作用机理仅仅能够对大电流密度作用下产生电击穿现象进行定性解释，然而实际中小电流密度下也能发生微弧氧化反应，因此有待于进一步的完善该理论；机械作用引起的电击穿没有提出合适的定量理论模型，同时也不能很好地解释其他研究中产生的一些实验现象；“电子雪崩”模型是目前学界比较认可的，但它仍不能解释所有的微弧氧化过程，随着微弧氧化工艺的发展，陆续有学者提出了更多的理论，比如电子隧道效应[24]、高能电子[25]、火花沉积模型和微桥放电模型等[26]，但这些理论也都不能全面地解释微弧氧化的成膜机理。因此合理的、能全面描述陶瓷层形成的模型还有待进一步研究探讨。

陈宏等[27]发现了微弧氧化膜层形成规律及成膜机制，可描述为三阶段模型，如图4所示：第1阶段为局部腐蚀与氧化相互竞争阶段，在表面缺陷处首先开始腐蚀，形成疏松的氧化膜，同时伴随水的电解过程；第2阶段为微区放电阶段，表面整体被氧化，形成少量孔洞的较致密氧化膜层，水的电解过程加剧；第3阶段为弧光放电阶段，氧化剧烈，膜层在电弧作用下击穿形成连通的孔洞，且孔洞直径和数量增加。

图 4 微弧氧化过程示意图[27]

图 5 AZ91D合金微弧氧化膜层的形貌[37]

工艺参数对镁合金微弧氧化的影响

与 Al、Ti合金微弧氧化技术研究和应用相比，镁合金微弧氧化技术相对滞后，目前研究主要集中于微弧氧化膜的形成过程、微观结构以及电解液成分和工艺参数优化等。微弧氧化陶瓷层的性能主要受电解液组分和浓度、电压、电流密度、氧化时间和添加剂等因素的影响，其中电解液组分的影响最大[28]。

电解液体系

电解液溶液体系主要包括氢氧化钠体系、硅酸盐体系、磷酸盐体系、铝酸盐体系和聚合物体系。陶瓷层对电解液中离子的吸附有选择性，常见的离子吸附能力由强到弱依次为碱性硅酸盐溶液是目前实验中应用最广泛的电解液，电解液的主成分为硅酸钠、氟化钠、甘油及氢氧化钾。

电解液是影响微弧氧化陶瓷膜性能的主要因素。电解液的组成和浓度对镁合金微弧氧化陶瓷膜的生长和性能有很大影响。电解液的组成和浓度不同，制得的陶瓷膜的颜色、厚度、化学组成、结构、耐磨性以及耐蚀性能都会存在一定的差异[30]。在电解液组分优化研究上，阎峰云等[31]确定了AZ91D镁合金在硅酸盐体系下电解液的优选配方硅酸钠8 g/L、氟化钾10 g/L、甘油18 mL/L、氢氧化钠2 g/L。王萍等[32]确定了铝酸盐体系中电解液的最优配方：NaA1O2的质量浓度为5 g/L，H2O2的体积分数为1.0%，KF的质量浓度为6 g/L，丙三醇的体积分数为1.5%。Wu等[33]通过配方设计和工艺优化，提出了一种环保型镁锂合金微弧氧化着色涂料，具有优异的耐蚀性和光学伪装保护功能，采用自行研制的微弧氧化实验线在Mg-8Li-1Al合金表面成功地形成了涂层。

KOH含量对膜层也有一定影响，Young[34]等分析了KOH对膜层厚度、形貌的影响，得出膜层厚度随KOH含量的不断增加而变厚。Joni[35]通过实验得出当KOH浓度为0.5～1.5 mol/L时，膜层孔径及孔隙率下降；当超过1.5 mol/L时，膜层孔径增大，产生微裂纹等。

在电解液溶液中[36]，磷元素的化学计量比可以提高微弧氧化成膜速度，降低氧化膜的孔隙率，提高其致密性，增强与基体的结合力，并改变氧化膜的组成。同时，分子的聚合状态也影响其成膜速度和氧化膜的孔隙率，链状聚合物可提高氧化膜成膜速度及氧化膜的致密性，降低其孔隙率，而环状聚合物对其影响较小。

图5 为AZ91D合金在不同电解液体系中形成的微弧氧化膜层形貌。在磷酸盐系膜层表面存在微米级小孔，而硅酸盐系膜层则无明显的孔洞，这可能源于磷酸盐系和硅酸盐系膜层的不同终止电压，终止电压的高低反映了基体表面的微等离子体化学反应激烈程度，加上磷酸盐和硅酸盐对基体的钝化机制差别最终导致了两种膜层的截然不同的表面形貌。

电参数

电参数是影响氧化膜厚度和质量的重要因素之一[38]。在电参数对镁合金微弧氧化膜厚度的影响方面，各因素的主次顺序为终电压＞电流密度＞占空比＞频率。电流密度、终电压对氧化膜厚度具有很大的影响[39]。

随电流密度的增加和频率的减小，膜层的生长速度越快、晶化程度越高、槽压越高、膜层越厚，而膜层也越粗糙、孔隙率越高，电参数的变化能影响MgO、Mg2SiO4、MgAl2O4和不定形相相在氧化膜中的比例，但不能影响相是否在微弧氧化过程中生成，增加电流密度和减小频率均使膜层的生长速度增加，而占空比对其影响不大[40]。

在微弧氧化过程中，在不同终止电压下可获得3种不同性能的膜层：钝化膜、微火花氧化膜、弧火花氧化膜，并且氧化终止电压越高，膜层越厚，但孔径增大，显微缺陷增多；膜层耐蚀性能由膜层厚度与终止电压共同决定，微火花放电阶段所得膜层的性能优于弧放电阶段所得膜层的性能[41]。

处理电压主要影响膜层厚度及耐蚀性，通常电压越高，膜层越厚，耐蚀性越好，而频率和占空比主要影响膜层孔隙率与耐蚀性能[42]。随着电压的升高，微弧氧化过程会经历三个阶段：阳极氧化、微弧氧化、大弧放电，其中微弧氧化阶段是电弧不断起弧、稳弧、熄弧的过程。但在大弧阶段，破坏了膜层的连续性和均匀性，降低了膜层耐蚀性。大弧放电现象有自强化的作用，但随着处理时间的增加，膜层破坏区域会逐渐变大。因此，为了得到厚度和耐蚀性更好的膜层，在提高处理电压的同时应尽量避免大弧放电阶段的产生[43]。王晟等[44]研究证明了持续电弧破坏了膜层表面的微孔结构，如图6所示，A为均匀的组织结构，B为粗糙的结构，呈现出表面粗糙度急剧增大，膜层厚度、成分不均匀的特点，使得微弧氧化成膜性变差，降低膜层的整体性能。该破坏会不断加剧，是一个不可修复的过程。

图 6 正常膜层与破坏膜层表面的SEM图[44]

从电源特征看，最早采用的是直流或单向脉冲-电源，随后采用了交流电源，后来发展为不对称交流电源。目前，微弧氧化所采用的电源模式多是同时施加正、负脉冲的双极性脉冲电源。脉冲电源的脉冲宽度成了影响微弧氧化过程的重要因素。调节镁合金在微弧氧化过程中的脉冲宽度，可以获得更高的局部放电密度，有利于促进膜层的生长。放电的持续时间和密度分别取决于脉冲的宽度和能量，调节脉冲宽度会相应地改变镁合金表面电弧的放电特性，因而可以改变所获陶瓷膜的微观结构和其他性能[45]。随着脉冲宽度的增加，镁合金试样的起弧电压逐渐降低，微弧氧化膜层的成膜速率增大，达到一定程度之后，成膜速率反而降低，膜层表面的孔洞数量减少，孔径尺寸增大。

苏立武等[46]研究了在不同脉冲频率下的表面形貌，如图7所示，在脉宽和脉冲电流不变的条件下，随着脉冲频率增加膜层表面火山堆状微孔数量减少，孔径增大。分析认为，脉冲频率的增加并不影响单脉冲能量，而是增加了单位时间内试样表面的总能量，导致多次重复击穿的熔融产物数量增多，所需放电通道直径变大。关于该实验结果及该作用下膜层的防腐性是否提高，还有待于进一步证实。

图 7 不同脉冲频率下所得MAO膜的表面形貌[46]

氧化时间

氧化时间是影响微弧氧化性能的重要参数，通常是在维持一定电解液浓度和电流密度不变，通过考察样品在不同反应时间下的膜层厚度和反应前后的尺寸变化得出氧化膜层的生长规律。随着时间的延长，放电空洞变大，表面变得粗糙，硬度随着氧化时间的增长先增大后减小，耐腐蚀能力随着氧化时间的增长先增大后减小然后又开始增大。镁合金微弧氧化过程基本可分为3个阶段[47]：阳极沉积阶段、微弧阶段和局部弧光阶段，镁合金微弧氧化陶瓷层随处理时间的延长，陶瓷层的耐蚀性呈现先增后减的变化趋势。

随着氧化时间的延长，微弧氧化过程中的阳极电压、微弧氧化膜层的厚度和粗糙度都呈增大趋势；微弧氧化膜层的结合力和孔隙率均呈先增大后减小的趋势，在一定时间时出现最大值，膜层表面熔融物颗粒和孔隙的尺寸增大，大颗粒和大孔隙均呈现数目增多且分布不均匀的变化趋势，氧化时间大于一定时间时，膜层中出现裂纹[48]。

添加剂

添加剂是在原有的电解液体系中加入某种成分用来改变氧化膜的结构和提高膜层性能。目前使用的微弧氧化电解液易产生过于强烈、持续的火花放电而导致陶瓷膜层结构变得疏松、放电微孔较大甚至发生崩落、破坏，同时，单一电解液体系中形成的陶瓷层厚度较薄，致密性较差，对基体的保护有限，很难满足实际的需求。因此，需要向电解液中添加具有抑制微弧作用和改善溶液稳定性的物质来提高处理液和工艺的稳定性。常用的添加剂有Na2WO4、蒙脱石、EDTA、阿拉伯树胶、加Al复合化合物(NaPO3)6和丙三醇等[49]。

考虑添加丙三醇作为添加剂，这主要是因为它可以较好地抑制尖端剧烈放电现象，从而稳定微弧氧化过程。随着丙三醇含量的增加，氧化膜层厚度逐渐降低，表面孔洞变小，微裂纹数量减少，膜层外观质量得到极大的改善，丙三醇对陶瓷层相组成无明显影响，但MgO含量增加，Mg2SiO4的含量则有所降低[50]。有研究发现KF的加入也将增加电解液的导电率和膜层致密度，同时降低电压、孔径及表面粗糙度。此外，硅酸盐也会提高膜层的耐蚀性等[51]。

近年来，学者们开始对纳米材料及复合电解液展开研究。电解液中加入纳米添加剂，在微弧氧化工艺过程中纳米粒子进入氧化物涂层，利用纳米材料的特殊性能，可极大地改善涂层的防腐蚀和抗擦伤性能。Mosab等[52]研究了微弧氧化(MAO)在AZ31镁合金表面形成WO3-MgO氧化层的表面特性，发现WO3的均匀掺入更好的填充结构缺陷使AZ31镁合金基体具有优异耐蚀性。杨晓飞等[53]发现在NaAlO2-Na3PO4复合电解液体系中加入纳米TiO2后膜层更致密，膜层的耐蚀性和耐磨性更好。在电解液中添加一些其他稀有金属元素，也可改变膜层的性能。如Laleh等[54]发现在微弧氧化过程中加入Ce可以显著提高膜层耐蚀性，明显降低孔隙率。Lee的[55]发现添加3%～5%铜离子，将会使生成的膜层从棕色变成深棕色，厚度增加，耐蚀性明显提高。(NaPO3)6增加了反应过程中基体镁合金表面的“氧空位”和溶液中PO3-的含量，促使元素Mg在金属/膜层(M/F)界面上快速形成相应氧化物，从而增加了陶瓷层的厚度和致密性，微弧氧化陶瓷层的生长速率加快，膜层的厚度和致密性增加。添加后，陶瓷层自腐蚀电位正移98.8 mV，自腐蚀电流密度降低3个数量级[56]。

添加剂的加入可以使陶瓷层中的微孔孔径减小，微观结构发生改变，还使得微弧氧化过程中的起弧电压和稳态工作电压下降，能耗下降。Küçükosman等[57]采用微弧氧化(MAO)和微弧水热处理(HT)在AZ91镁合金表面制备了复合涂层。在石墨粒径为5～10 μm和75 μm的硅酸盐/磷酸盐基电解质中进行镁合金的微弧氧化处理，然后将所得样品在石墨-乙醇混合物中于150 ℃进行水热处理，石墨的加入增加了涂层的厚度和致密性，表面形貌相对均匀。热处理使涂层表面石墨含量增加，磨损实验结果表明，石墨掺杂的MAO-HT复合涂层的耐磨性得到显著提高[58]。

稀土对镁合金微弧氧化的影响

稀土是许多陶瓷材料重要的改性元素，对于改善陶瓷材料的致密性和结构具有明显的作用[54]。稀土可以参与微弧氧化的各个阶段并对陶瓷层的性能产生影响。镁合金经过稀土盐的预处理，在微弧氧化过程中，起弧电压下降，陶瓷层表面均匀致密，厚度均匀，耐蚀性提高，陶瓷层的成分没有改变[59]。稀土元素也可直接加入到处理液中，处理液中添加硝酸镧或硝酸铈，可降低起弧电压，陶瓷层厚度增加，微孔与内层不连通，稀土元素提高了微弧氧化陶瓷层的腐蚀电位，降低了腐蚀电流，但也有相关研究显示稀土元素加入处理液中可以进入陶瓷层，使陶瓷层变得致密均匀，表面更加光滑，却使陶瓷层的厚度减小[60］。

微弧氧化过程中，稀土元素有利于提高镁合金中的Mg2+向膜层表面迁移的速度，镁元素在微弧氧化层的含量从内层到外层逐渐增加[61]，这可促进微弧氧化膜层上的反应发生，有利于膜层的增长，从而提高了镁合金微弧氧化膜层的生长速率，相同的处理条件下膜层厚度有大幅增长，而且氧化层厚度均匀，与基体金属结合紧密[62]，这都有利于膜层的耐腐蚀、耐磨性能提高。

稀土元素可以提高微弧氧化层的致密度，陈海燕等[63]在处理液中加入稀土配合物，提高镁合金表面微弧氧化陶瓷层的致密均匀程度，降低孔隙率，提高表面光滑度，但使陶瓷层的厚度变薄，同时微弧氧化陶瓷层摩擦系数降低，摩擦磨损性能得到改善。吴海江等[64]在硅酸钠碱溶液中添加了硝酸铈、硝酸镧稀土添加剂，镁合金微弧氧化膜层表观均匀致密，厚度均匀，耐蚀性提高，膜层的成分没有改变。Cai等[65]在电解液中添加硝酸镧或硝酸铈，可降低起弧电压，膜层增厚，孔洞与内膜层不连通，稀土元素也提高了微弧氧化膜层的腐蚀电位，降低了腐蚀电流。

微弧氧化膜的组成

镁合金微弧氧化的研究主要集中在对陶瓷膜的相组成、表面形貌及膜层成分分析上，而关于电解液对微弧氧化过程及膜层性能的影响报道较少。在电解液溶液体系中，由于硅酸盐体系SiO32-的吸附能力较强，所以研究也较为广泛。

在硅酸盐体系和有机胺体系下对AZ91D合金进行直流微弧氧化处理[66]，虽然两种电解质体系涂层元素成分和组成相相同，均为金属相、MgO相和Mg2SiO3相，但有机胺电解质体系的涂层中非金属相(MgO、Mg2SiO4)相对含量高于硅酸盐处理体系，有机胺体系获得的涂层表面均匀致密性也优于硅酸盐体系。

在生成微弧陶瓷膜的过程中，电流密度对镁合金微弧氧化膜的性能会产生影响，氧化膜主要由晶态的MgO、Mg2SiO3及Mg2SiO4组成，但是随着氧化电流密度的升高，膜层的X射线衍射图中晶态MgO、MgSiO3及Mg2SiO4的衍射峰强度逐渐升高，即膜层的晶化程度升高[67]。同时镁合金微弧氧化处理可使其表面硬度大幅提高，电源脉冲频率、占空比、电压、处理时间参数增加，都可使镁合金微弧氧化膜层的显微硬度增加。在一定范围内增加溶液的电导率，可使膜层的显微硬度提高。

Alex等[68]研究了AZ91D、ZE41A合金在含KOH、K2SiO4和KF电解液中形成的微弧氧化膜，发现其主要由Mg、Si、O、F及少量的K组成，并从测得的能键发现，硅以硅酸根离子而非SiO2的形式存在，F以F-形式存在。

不同电解液体系中生成的陶瓷膜结构和性能不同，硅酸钠体系中生成的陶瓷膜厚度大、偏铝酸钠体乐中生成的陶瓷膜较薄，偏铝酸钠与硅酸钠的混合体系中生成的陶瓷膜致密、耐府蚀性能较好。三体系中生成的陶瓷膜中都含有MgO，偏铝酸钠体系陶瓷膜中含有MgAl2O4、硅酸钠体系中含有Mg2SiO4，混合体系两种物质都存在[69]。

生成的微弧氧化膜层中都含有高熔点的相，如MgO，MgA12O4，Mg3A12Si3Ol2等，这不仅证实微弧区瞬间温度非常高，而且表明溶液中离子直接参与了微弧区附近的化学反应。在微弧氧化陶瓷层中，碱性硅酸盐处理体系中微弧氧化陶瓷相Mg2SiO4的形成机理[70]分为2个步骤：高温下，Khaselev等[71]的计算表明，起弧中心区温度超过2000 ℃，满足熔合条件。

膜层结构同时与电解液等工艺参数以及添加剂等有关，Wu等[72]制备了AZ91D微弧氧化层，如图8所示，氧化膜为两层结构，外层为疏松层，存在许多孔洞；内层比较致密，厚度约占整个氧化膜厚度的70%，且与基体结合紧密。这是镁合金微弧氧化膜的典型结构。疏松层由许多孔洞(放电通道)和其他缺陷组成；致密层无明显的孔洞(放电通道)和其他缺陷。在表面形貌中所看到的孔洞并不贯穿整个氧化膜，开始于表面疏松层，终止于内部致密层。Shi等[73]采用微弧氧化法在WE43镁合金表面制备了含硒涂层，所研制的掺硒涂层显著提高了WE43合金基体的耐蚀性，两步微弧氧化由于微裂纹少、厚度大，可以进一步提高镁合金涂层的耐蚀性。Nashrah等[74]研究了微弧氧化(MAO)生成氧化层的形成机理，如图9所示，沟槽样品比扁平样品更早达到击穿电压，沟槽样品的生长速率高于平板样品，这与微放电活动相吻合。这种形成机制与不同表面结构上形成的氧化层的成核和生长有关。