１前言微弧氧化又称微等离子体氧化或阳极火花沉积，它不同于普通的阳极氧化，是一种在Ａｌ，Ｍ ｇ，Ｔｉ，Ｚｒ等有色金属表面上，于非法拉第区进行火花放电，原位生长陶瓷氧化膜的新技术 ［１，２］。放电过程中，铝阳极表面约有１０５个／ｃｍ２个火花存在，放电时瞬间高温 可达８ ０００ Ｋ以上，生成一种性能类似于烧结碳化物的陶瓷膜［３，４］，在医学、电 子工程、真空工程等领域获得了应用。将微弧氧化技术应用于发动机活塞上，其膜层耐磨性能较好 。此外，还对影响膜层粗糙度的因素及膜层硬度进行了研究。２实验方法２．１微弧氧化装置图１ 是自制的微弧氧化实验装置。２．２实验过程工艺路线：用除油剂除油—去离子水漂洗—微弧 氧化—自来水冲洗—自然干燥。基体材料：ＺＬ１０８。电解液主要成分：柠檬酸三钠、磷酸 钠。微弧氧化电压：工作电压可调，起始击穿电压为８０ Ｖ，最高工作电压为２３０ Ｖ。２ ．３性能测定（１） 粗糙度：用轮廓粗糙度测定仪测量膜层的粗糙度。（２） 耐磨性：用 自制的薄涂层磨损实验机及Ｆａｌｅｘ－６型磨损实验机测定膜层的耐磨性，对磨件为灰口铸铁。 评定耐磨性方法：用试样的绝对磨损量即失重量表示，或用相对耐磨性表示，即两试样绝对磨损量 的比值ε＝ＷＡ／ＷＢ，其中ＷＡ为标准试样磨损量，取定期耐磨性ε ＝１，ＷＢ为被研究试样。若ε＞１，则ＷＢ磨损量小，即耐磨性好于ＷＡ 。本实验规定ＺＬ１０８为标准试样。（３） 硬度：膜层硬度用ＭＸＴ－１型显微硬度计测定 。３实验结果及分析３．１微弧氧化陶瓷层的表面粗糙度陶瓷层的表面粗糙不平（见图２）。 用微弧氧化方法获得的陶瓷层表面粗糙度高于一般电镀、阳极氧化层，但还是远低于各种喷涂层。 影响膜层表面粗糙度的因素很多，本实验仅对工艺参数的影响作研究（见图３，４）。随着电流 密度及强化时间的增加，膜层的表面粗糙度增大，原因是微弧氧化是靠膜层的击穿而形成放电通道 来进行的。随着电流密度的增加，反应速度加快，反应愈剧烈，产物越会过早地堵塞较细小的反应 通道，使反应不能均匀地在表面进行下去；随强化时间的延长，膜层不断增厚，击穿变得困难，因 而缩短了反应通道，使反应只能在局部击穿处进行，因而表面变得粗糙不平。３．２陶瓷膜的耐磨 性图５所示的失重曲线是在自制的磨损实验机上测得的。由图５，６可见，强化后试样的耐磨性 远优于未强化试样，经１０ ０００周期磨损后，强化过的ＺＬ１０８耐磨性提高了５倍多。表１ 是在清华大学摩擦学中心测试的１０ ５００周期后的结果，可见强化后的ＺＬ１０８试样耐磨性 提高了７～９倍。３．３微弧氧化层的硬度由图７可见，最初随着电流密度的增加，所获陶瓷膜 的硬度也增加，超过８ Ａ／ｄｍ２以后，随电流密度增加膜层硬度趋于稳定。电流密度小时， 能量密度低，烧结不充分，使α－Ａｌ２Ｏ３含量少，所以硬度低。当电流密度过高时，能量 密度太大而使涂层组织过烧，由此生成的陶瓷层不致密，其硬度仍高于未烧结之前的试样，所以超 过某一电流密度时，硬度将不随电流密度增加而改变。３．４微弧氧化技术在发动机活塞上的应 用汽车发动机活塞的磨损比较严重，需要经常更换，既不方便又不经济。将活塞环槽进行微弧氧 化获得一层陶瓷层，使之耐磨性得到提高，从而延长其使用寿命（见表２）。第１，４缸工作条 件最恶劣，磨损最严重，４缸与１缸的间隙增量比为０．０８０／０．０１５≈５．３，即在恶劣 条件下，表面强化后活塞的耐磨性较未强化活塞提高了约４倍。第２，３缸的工作环境稍好，磨 损也比较轻微，此时它们的间隙增量比为０．０４０／０．０１０＝４，即在工作条件稍好时，强 化后活塞的磨性也较未强化的提高３倍。将此技术应用于重载柴油机活塞上将更有实际意义。４ 结论（１） 微弧氧化陶瓷层表面粗糙，粗糙度随电流密度及强化时间的增加而增大。（２） 微弧氧化陶瓷层的耐磨性很好。（３） 微弧氧化陶瓷层的硬度随电流密度的增加而增加，但 达到一极限以后，基本不再随电流密度而变化。（４） 微弧化处理后的发动机活塞，应用效果很好。微弧氧化陶瓷膜层的性能及其应用@卢立红$燕山大学材料与化工学院!秦皇岛066004
@沈德久$燕山大学材料与化工学院!秦皇岛 066004
@王玉林$燕山大学材料与化工学院!秦皇岛 066004微弧氧化;;陶瓷层;;粗糙度;;耐磨性采用脉冲电源，对发动机活塞用铝合金（Ｚ Ｌ１０８）基体进行了微弧氧化处理。测定了陶瓷氧化物膜的表面粗糙度和膜层硬度，研究了电流 密度和强化时间对陶瓷膜的硬度和耐磨性的影响。分析了影响表面粗糙度的因素。实验结果表明， 随着电流密度和强化时间增加，膜层的表面粗造度增大，而膜层硬度则在电流密度超过８Ａ／ｄｍ ２后趋于稳定。其机理可归固于陶瓷氧化膜在强电流密度下的烧结。实验条件下对比磨损试验结果表明，铝合金活塞的耐磨性，经微弧氧化后提高３～４倍。<1>薛文彬,邓志威.LY12铝合金微弧氧化的尺寸变化规律
.中国有色金属学报,1997,7(3)
<2> 刘凤岭,骆更新,毛立信.微弧氧化与材料表面陶瓷化.材料保护,1998(3)
<3> Dttrich K H,Krysmann W,Kurze P et al.Structure and Properties of ANOF Layers .Crystal Res & Technol,1984,19(1)
<4> Krysmann W,Kurze P,Dttrich H et al.Process Characteristics and Parameters of Anodic Oxidation by Spark Discharge(ANOF).Crystal Res & Technol,1984,19(7)<1> 薛文彬,邓志威.LY12铝合金微弧氧化的尺寸变化规律.中国有色金属学报,1997,7(3)
<2> 刘凤岭,骆更新,毛立信.微弧氧化与材料表面陶瓷化.材料保护,1998(3)
<3> Dttrich K H,Krysmann W,Kurze P et al.Structure and Properties of ANOF Layers .Crystal Res & Technol,1984,19(1)
<4> Krysmann W,Kurze P,Dttrich H et al.Process Characteristics and Parameters of Anodic Oxidation by Spark Discharge(ANOF).Crystal Res & Technol,1984,19(7)
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