文 献 综 述

随着现代工业及科学技术的发展，陶瓷材料以其特有的耐磨、耐蚀、耐高温等性能，丰富的资源优势，成为继纲铁、铝材之后的第三代工程材料。但由于整体陶瓷材料脆性大，可加工性差，一直束缚其广泛应用。

目前，在金属及合金表面制备陶瓷化涂层的传统方法有热喷涂、激光熔覆及微弧氧化等方法。喷涂技术及激光熔覆技术，是利用外界高密度能量，将外加物料在基体表面上熔覆而得到陶瓷化涂层，实际应用中涂层的尺寸精度、对基体复杂形状的敏感程度，表面粗糙度等问题一直都没有很好地解决。

长期以来，材料科学工作者致力于利用微弧氧化技术制备具有陶瓷特性的防护膜，用于石化、航空、航天领域，已取得了一定的效果。

众所周知，铝及铝合金的阳极氧化工艺已有上百年的发展历史，对铝阳极氧化技术已进行了大量的研究，积累了丰富的经验，通常阳极化的电压受限于阳极火花的产生。历史上第一个发现铝合金阳极火花现象的是德国科学家格因杰尔#183;舒尔茨#183;A和别特茨#183;r^[1]，他们为火花阳极氧化奠定了初步的理论基础，他们没有发现产生硬质层的条件，却做出了”为了得到高质量的涂层，就不应使用高于出现火花的电压”的结论，这个观点在铝阳极化实践中一直延续到上世纪70年代，虽然期间出现了一些新观点，但终究没能彻底改变这个结论。

1969年，前苏联科学院马尔柯夫#183;r#183;A在向铝及铝合金材料施加的电压高于火花区电压时，突破性地获得了高质量的膜层，这种膜层具有很好的性能，他将这种微电弧条件下通过氧化获得涂层的过程称为微弧氧化^[2]，马尔柯夫及其课题组进行了大量的研究，同时也积极地进行实际应用的推广工作。

从70年代开始，美国伊利诺大学和德国卡尔#183;马克思工业大学的研究人员也开始研究铝、钛等金属的火花放电沉积(Anodic Spark Deposition )^[3]，而在德国被称为火花放电阳极氧化(Anodisehen Oxdationunter Funkerentladung) ^[4]，目前，该技术在国内外仍是研究的热点之一。

1. 研究状况

微弧氧化是指在Al、Mg、Ti、Nb、Zr等有色金属及其合金表面用等离子体化学和电化学原理原位生长陶瓷质氧化膜的表面处理技术。该技术突破了传统阳极氧化的诸多不足之处，通过对工艺过程的控制，可以使金属表面陶瓷化，生成的陶瓷薄膜具有优异的耐磨和耐蚀性能、较高的硬度和绝缘电阻。与其它同类技术相比，膜层的综合性能有了较大提高。而且，该技术工艺简单、易操作、处理效率高、对环境无污染，为Al、Mg、Ti及其合金的表面改性开辟了一条新的道路。近年来，针对微弧氧化技术的研究十分活跃，为了便于对该技术的理论学习和指导生产实践，本文综述了微弧氧化的原理及过程、技术特点、膜层特征、应用及发展前景。

微弧氧化(MAO)是等离子体微弧氧化的简称，又称为微等离子体氧化(MPO)、阳极火花沉积(ASD)或火花放电阳极氧化(SDAO)^[5-7]。Al、Mg、Ti及其合金在金属-氧化物-电解液体系中具有电解阀门的作用，被德国学者A#183;贡特舒尔茨称为阀金属，当这类金属浸入电解液中，通以电流后金属表面立即生成很薄的一层氧化膜绝缘层。形成这层完整的绝缘膜是进行微弧氧化的必要条件。当样品上施加的电压超过某一临界值时，绝缘膜上某些薄弱环节被击穿，发生微弧放电现象，样品表面产生游动的弧点或火花。由于击穿总是在氧化膜相对薄弱的部位发生，当氧化物绝缘膜被击穿后，在该部位又生成了新的氧化膜，击穿点转移到其它相对薄弱的部位，导致最终形成的氧化膜是均匀的。每个电弧存在的时间很短，但等离子体放电区瞬间温度很高，T.B.Van等^[8]认为其温度可超过2000e，W.Krysmann计算出其温度可达到8000K^[9-10]。在如此高的温度下，此区域内的金属及其氧化物发生熔化，使氧化物的结构发生变化。微弧氧化不同于常规阳极氧化技术，其工作电压由普通的阳极氧化法拉第区引入到高压放电区域，完全超出了传统的阳极氧化的范围。在微弧氧化的过程中，化学氧化、电化学氧化、等离子体氧化同时存在^[11]，致使陶瓷氧化膜的形成过程非常复杂，至今尚无一个合理的模型全面描述陶瓷膜的形成。