微弧氧化（Micro arc oxidation，MAO）通过电解液与相应电参数的组合，在铝及其合金表面依赖弧光放电产生的瞬时高温高压浸染，原位成长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层。近年来，微弧氧化着色技能引起了研究职员的关注。与传统的表面着色技能比较，微弧氧化膜层是原位成长形成的，与基体之间的结合力好；通过微弧氧化制备出的氧化膜层致密，耐磨耐蚀性好[8−11,13]。本文通过加入着色剂NH4VO3，制备玄色微弧氧化膜，通过改变工艺参数，探究对微弧氧化膜的影响。
1. 实验1.1 实验药品与器材试样的材料为2024铝合金，身分如表1所示。试样为25 mm×20 mm×1.5 mm的矩形块，在试样的正上方打孔用以连接导线。实验开始前要对试样进行预处理，首先进行机器打磨，用水性砂纸从400#打磨至1500#，完成后利用超声波洗濯仪洗濯20 min，拿出后利用吹风机吹干；实验负极利用不锈钢。
实验在(NaPO3)6–Na2SiO3体系下进行，电解质溶液均利用剖析纯试剂与去离子水配置，身分如表2所示。
实验电源利用微弧氧化单向脉冲电源[12]，采取恒流模式，电流密度为10 A/dm2，频率分别为200、500、700和1000 Hz；占空比分别为10%、15%、20%、25%和30%；反应韶光分别为4、6、8和10 min。利用带有磁力搅拌功能的低温恒温槽掌握反应温度，反应温度在30 °C旁边。实验装置示意图如图1所示。
1.2 检测设备
实验利用日立S4800扫描电镜不雅观察氧化陶瓷膜的表面描述。耐堕落性能测试利用上海辰华牌CHI660e电化学事情站，电化学实验采取三电极体系，事情电极为2024铝合金试样，参比电极为饱和甘汞电极，赞助电极为铂电极，测试溶液为室温质量分数3.5%的NaCl溶液，初始电位–1.2 V，终点电位1.2 V，扫描段数为1，终止电位的保持韶光为0，扫描速率1 mV/s，测试面积为10 cm2，非测试部分利用石蜡进行密封。陶瓷膜厚度利用德国EPK Mini Test 720涂层测厚仪丈量，在试样表面取5个点丈量，取均匀值。
2. 结果与谈论2.1 脉冲频率的影响图2是在不同脉冲频率下玄色氧化膜表面描述，从图中可以看出，微弧氧化膜层表面是由许多类似于“火山口”状的物质堆积而成，这是由于在通电过程中电压不断增大击穿氧化膜层形成放电通道，反应天生的气体从放电通道中排出，表面部分熔融态的氧化铝从放电通道放出进入电解质溶液，由于磁力搅拌和低温恒温槽的冷却浸染，熔融状态的氧化铝快速凝固堆积，从而形成分外的凝固堆积形状。随着脉冲频率的增加，膜层表面的平整度与孔隙率先增加后减少，在脉冲频率为500 Hz时表面较为平整，孔隙率较低。
图3为不同脉冲频率下玄色微弧氧化膜的动电位极化曲线，由图可以得出，随着脉冲频率的增大，自堕落电位呈现先正移后负移趋势。表3为不同脉冲频率下极化曲线的拟合结果及玄色微弧氧化膜的厚度，个中堕落速率利用式（1）打算得出。
式中，V为堕落速率，J为自堕落电流密度，M为相对原子质量，n为化合价，ρ为密度。个中Al元素相对原子质量27，化合价取Al化合价+3，密度取2.74 g/cm3。
在脉冲频率为500 Hz时，自堕落电位最正，为−0.549 V且具有较宽的钝化区，钝化区更为明显，自堕落电流较低且堕落速率较慢。脉冲频率的增加，膜厚度增大，当脉冲频率为1000 Hz时，微弧氧化膜厚度达到最大为29.04 μm。这是由于在100~1000 Hz频率区间，足够大的放电能量下，随着频率的增加，单位韶光内放电的次数增加，从而使得表面被击穿的部位增多，成膜的速率变快，膜层天生越多，膜层越厚。
2.2 占空比的影响图4为不同占空比下玄色微弧氧化膜表面描述图片，从图中可知，随着占空比的增大，表面孔隙率和平整度先增大后减小，在占空比为20%时，膜层表面的放电通道与孔隙明显减少，表面较为平整。
图5为不同占空比下玄色微弧氧化膜的动电位极化曲线，表4为不同占空比下极化曲线的拟合结果及玄色微弧氧化膜的厚度。占空比增大与自堕落电位及堕落速率变革没有明显规律，在占空比为20%时，自堕落电位最正，为–0.517 V，堕落速率为11.29 nm/a。随着占空比的增加，膜厚度先增大后减小，在占空比为20%时厚度最大为31.29 μm。
2.3 反应韶光的影响图6为不同反应韶光下玄色微弧氧化膜的扫描电镜图片，由图可知，随着反应韶光的增加，反应更加剧烈，在横流模式下电压不断升高，表面的氧化膜不断被击穿，形成更多的放电通道，天生的气体在表面形成更多的“火山口”状的孔洞，形成分外的堆叠构造。当反应韶光达到10 min时，由于热应力的浸染，表面涌现微裂纹。
图7为不同反应韶光下玄色微弧氧化膜膜动电位极化曲线，表5为不同反应韶光下极化曲线的拟合结果及玄色微弧氧化膜的厚度。根据表5结果可知，随着反应韶光的增加，电压（绝对值）不断增大，膜厚度不断增加。反应韶光为4 min的自堕落电位最正，为–0.504 V，堕落速率最小。随着反应韶光的增加，膜层表面电压增大，不断放电熔融铝的化合物，使得膜层厚度逐渐增厚，虽然电压升高伴随膜层上弧光增强，但弧光密度降落，膜层表面放电通道变大、来不及闭合，在膜层内部产生较多孔洞，导致耐蚀性低落。
2.4 玄色微弧氧化膜的身分和构造剖析
图8所示为玄色微弧氧化膜的能谱图，表6为化学身分表，从中可以看出工艺参数的变革并不能改变紧张身分，表面除了Al2O3以外，还涌现了含钒氧化物，这是由于电解液中的NH4VO3在强电场下被强烈的吸附到实验表面，因此NH4VO3发生了下列反应。
图9为玄色微弧氧化膜的X射线衍射图谱。图中可见有4个Al衍射峰，这是由于氧化陶瓷膜过薄，X射线直接打到铝合金基体所致。在衍射角为20°~35°之间涌现宽化的衍射峰，解释膜层的构造为非晶态的Al2O3。
3. 结论（1）在(NaPO3)6–Na2SiO3体系下，基于自堕落电位最正考虑，频率在500 Hz，占空比为20%，反应韶光4 min时，综合性能最好。
（2）膜层表面除非晶态的Al2O3外，NH4VO3经反应天生含钒氧化物与Al2O3浸染天生玄色的氧化膜。
（3）氧化韶光能够直接影响氧化膜的厚度，随着韶光的增加，厚度呈线性增长。
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文章来源——金属天下
