电压及电流密度对微弧氧化的影响

氧化电压及电流密度的影响

微弧氧化电压和电流密度的控制对获取合格膜层至关重要。不同的铝基材料和不同的氧化电解液，具有不同的微弧放电击穿电压，微弧氧化电压一般控制在大于击穿电压几十至上百伏的条件下进行。氧化电压不同，所形成的陶瓷膜性能、表面状态和膜厚不同，根据对膜层性能的要求和不同的工艺条件，微弧氧化电压可在200—600V范围内变化。选用工作电压的原则是既要保证在氧化过程中尽可能长时间地维持发育良好的火花或电弧现象，又要防止电压过高而引发破坏性电弧的出现。

微弧氧化可采用控制电压法或控制电流法进行，控制电压进行微弧氧化时，电压一般分段控制，即先在一定的阳极电压下使铝基表面形成一定厚度的绝缘氧化膜层;然后增加电压至一定值进行微弧氧化。当微弧氧化电压刚刚达到控制值时，通过的氧化电流一般都较大，可达l0A/dm2左右，随着氧化时间的延长，陶瓷氧化膜不断形成与完善，氧化电流逐渐减小，小于1A/dm2。

氧化电压的波形对膜层性能有一定影响，可采用直流、锯齿或方波等电压波形。采用控制电流法较控制电压法工艺操作上更为方便，控制电流法的电流密度一般为2～8A/dm2。控制电流氧化时，氧化电压开始上升较快，达到微弧放电时，电压上升缓慢，随着膜的形成，氧化电压又较快上升，维持在一较高的电解电压下。

微弧氧化膜中无论是化学元素的含量还是组成相的含量中都具有沿膜层深度方向递变的规律。

来自电解液的元素在微弧氧化膜中的含量由表及里是递减的，而来自基体中的元素则是递增的。微弧氧化膜中的稳定相含量沿膜层深度方向是递增的。如铝合金微弧氧化膜中的α-Al2O3相和钛合金微弧氧化膜中的金红石相。相反，微弧氧化膜中亚稳相含量沿膜层深度方向是递减的，如铝合金微弧氧化膜中的γ-Al2O3和钛合金微弧氧化膜中的锐钛矿。这些规律与微弧氧化过程中热量和质量的传输规律是一致的。微弧氧化过程中，膜的表面与电解液接触，冷却速率大，更容易形成亚稳相，甚至出现大量非晶相；从膜表面到膜与基体的界面处，温度逐渐升高，冷却速率逐渐降低，生成稳定相的倾向增大。