微弧氧化膜生成的基本原理和過程
發(fā)布時(shí)間:2022-09-06閱讀量:1521
微弧氧化是由普通陽(yáng)極氧化發(fā)展而來(lái)的。其基本原理是突破傳統(tǒng)陽(yáng)極氧化對(duì)電流和電壓的限制,將陽(yáng)極電壓從幾十伏提高到幾百伏。當(dāng)電壓達(dá)到一定臨界值時(shí),打破閥金屬表面形成的氧化膜(絕緣膜),產(chǎn)生微弧放電,形成放電通道,在放電通道中立即形成高溫高壓,并伴隨著復(fù)雜的物理化學(xué)過程,使金屬表面原位生長(zhǎng)出性能優(yōu)良的氧化膜。
在微弧氧化過程中,將工件放入電解槽中,工件表面現(xiàn)象和膜層生長(zhǎng)過程具有明顯的階段性。微弧氧化過程可分為四個(gè)階段。在微弧氧化初期,金屬光澤逐漸消失,材料表面產(chǎn)生氣泡,在工件表面產(chǎn)生薄而多孔的絕緣氧化膜(絕緣膜) ,絕緣膜的存在是形成微弧氧化的必要條件。此時(shí),電壓和電流遵循法拉第定律,這是第一階段-陽(yáng)極氧化階段。隨著電壓的升高,氧化膜被擊穿,鈦合金表面開始出現(xiàn)密集明亮的小火花。這個(gè)階段持續(xù)時(shí)間很短,這是火花放電的第二階段。隨著電壓和膜層的增加,鈦合金表面的火花逐漸增大,移動(dòng)速度相對(duì)減慢,膜層生長(zhǎng)迅速,這是微弧放電的第三階段。隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng),氧化膜達(dá)到一定厚度,膜越來(lái)越難穿透,開始出現(xiàn)一些更大的紅斑,不再移動(dòng),而是停在固定位置連續(xù)放電,伴隨著尖銳的爆炸聲,這是第一個(gè) 四階段-弧放電階段。但現(xiàn)階段膜層損傷較大,應(yīng)盡量避免。
在火花放電前,鈦合金表面的氧化膜主要是二氧化鈦。從火花放電階段開始,電解質(zhì)中的元素開始進(jìn)入膜層,并與基質(zhì)元素反應(yīng)產(chǎn)生新的化合物,從而提高膜層的性能。在微弧放電階段,氧化膜的擊穿總是發(fā)生在膜相對(duì)較弱的部位。擊穿后,該部位形成新的氧化膜,因此擊穿點(diǎn)轉(zhuǎn)移到下一個(gè)相對(duì)較弱的部位。因此,最終形成的氧化膜( 陶瓷膜) 是均勻的。由于微等離子體氧化膜的形成包括物理、化學(xué)、電化學(xué)和等離子體化學(xué)的共同作用,其過程非常復(fù)雜,沒有合理的模型來(lái)充分描述氧化膜的形成過程 。
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