微弧氧化研究意義

金屬材料是現(xiàn)代應(yīng)用非常廣泛的重要工程材料。但是由于其自身的原因及其使用的環(huán)境介質(zhì)的影響，難免要發(fā)生腐蝕、磨損等各種形式的損壞，降低了工件的使用壽命，造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。通過合金化和表面處理來提高金屬材料的性能是材料科學(xué)工作者通常采用的辦法。微弧氧化便是近十幾年以來在陽極氧化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的表面處理新技術(shù)。

微弧氧化(Microarc Oxidation)又稱為微等離子體氧化(Micro PlasmaOxidation)或者陽極火花沉積(Anodic Spark Deposition)，是將Ti，Al，Mg，Nb，Zr，Ta等金屬及其合金置于處理液中，利用電化學(xué)方法，在熱化學(xué)、等離子化學(xué)和電化學(xué)的共同作用下，生長出原位陶瓷的一種表面處理技術(shù)。該技術(shù)原位生成陶瓷膜的特點(diǎn)決定了其特別適合于對高速運(yùn)動和耐磨耐蝕性能要求高的部件處理。現(xiàn)如今，材料科學(xué)工作者已經(jīng)成功的對鋁質(zhì)材料(LY、LC、LD、ZL等)、鎂、鈦等材料及其合金表面應(yīng)用微弧氧化技術(shù)制得了各種類型的陶瓷層，并對處理液、生長規(guī)律和生長機(jī)理等方面作了系統(tǒng)性的定量和定性分析，取得了一定的研究成果，在某些方面已經(jīng)投入了實(shí)際的工程應(yīng)用。但是，我們注意到，到目前為止，工程上應(yīng)用量很大的鋼材料還不能直接應(yīng)用微弧氧化技術(shù)。而出自于使用中耐蝕、耐磨、減摩的需要，這些鋼零件也渴望穿上一層陶瓷“外衣”，來提高使用壽命。

近些年來，鋼表面等離子噴涂陶瓷、激光熔覆陶瓷和氣相沉積陶瓷技術(shù)已經(jīng)在某些領(lǐng)域應(yīng)用，但是由于這些涂層不易進(jìn)行后加工，或者對基體的熱影響很大，有的因?yàn)樵靸r(jià)過高等因素而難以推廣。為了使微弧氧化技術(shù)應(yīng)用于鋼表面，我們想到了采用復(fù)合表面技術(shù)的方法來加以解決，即在鋼表面先通過某種方式附著上一層能進(jìn)行微弧氧化的材料后再進(jìn)行微弧陶瓷化處理，我們稱之為鋼表面的復(fù)合陶瓷化，這樣就相當(dāng)于在鋼表面生成了陶瓷層。關(guān)于采用這種方法在鋼表面形成陶瓷層的研究目前尚未見其它報(bào)導(dǎo)。能進(jìn)行微弧氧化的材質(zhì)當(dāng)中由于鋁質(zhì)材料相對來說易于獲得，我們采用鋁作為附著于鋼表面進(jìn)行微弧氧化的材料。本課題采用電弧噴涂的方法在零件需要處理的部分形成鋁涂層，然后再進(jìn)行微弧氧化。這樣大大的拓寬了此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用范圍，具有較高的實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。

但是這中間存在突出的問題就是電弧噴涂鋁涂層和鋼基體之間還僅僅是機(jī)械結(jié)合，其結(jié)合強(qiáng)度還不能很好的適應(yīng)實(shí)際工程應(yīng)用的需要。因此，我們在噴涂之后、微弧氧化之前對涂層進(jìn)行重熔處理，來提高涂層和基體之間的結(jié)合強(qiáng)度。常見的涂層重熔技術(shù)很多，如激光重熔、電子束重熔、氧-乙炔火焰重熔、整體加熱重熔和感應(yīng)重熔等。然而激光設(shè)備造價(jià)很高，氧-乙炔火焰重熔和整體重熔加熱對工件的熱影響區(qū)及變形都很大。感應(yīng)重熔利用電磁感應(yīng)的原理將電能轉(zhuǎn)變成熱能，在集膚效應(yīng)的作用下，熱量集中于涂層與基體界面，電磁攪拌作用還可以清除夾雜和氣孔，此外，感應(yīng)重熔可具有加熱速度快，生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)。根據(jù)各種重熔處理方法的特點(diǎn)、電弧噴涂鋁涂層的特點(diǎn)以及涂層在處理后所要達(dá)到的具體要求，我們采用高頻感應(yīng)加熱設(shè)備對涂層進(jìn)行重熔處理。

本實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行將會擴(kuò)大微弧氧化技術(shù)的應(yīng)用范圍，并對鋼零件的修復(fù)、防蝕、耐磨等問題的解決具有實(shí)際意義。而且隨著現(xiàn)代工業(yè)及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，陶瓷材料憑著其優(yōu)異的性能將成為繼鋼、鋁材等第二代工程材料以后的第三代工程材料，而本課題的研究將使第二代、第三代工程材料達(dá)到的結(jié)合，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。（正航儀器編輯）http://www.bjzazl.cn