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镁合金微弧氧化复合陶瓷层的制备及其性能研究综述报告
摘要：随着现代科技的不断发展，人们对材料的需求和要求越来越高，传统材料已经不能完全满足人们的要求。镁合金是一种轻质高强度材料，由于其良好的物理和化学性能，逐渐受到人们的关注和研究。但是，镁合金硬度较低，摩擦磨损性能差，易氧化、腐蚀等缺点制约了其应用。为了改善镁合金的表面性能，微弧氧化技术被广泛应用。本文将从微弧氧化技术的原理、制备方法以及复合陶瓷层的结构组成等方面进行综述，同时介绍了复合陶瓷层在改善镁合金表面性能中的应用效果。
关键词：镁合金；微弧氧化；复合陶瓷层；表面改性
1.引言
镁合金由于其良好的物理和化学性能，成为轻质高强度材料的代表。然而，镁合金的腐蚀性、易氧化以及低硬度等问题限制了其在工业上的应用。因此，如何提高镁合金的表面性能成为了研究的热点问题。
微弧氧化技术（MAO）是一种新兴的表面处理技术，可以在镁合金表面形成一层坚硬、致密、具有良好耐腐蚀性的氧化膜，并具有良好的耐磨损性、耐蚀性和导电性。近年来，随着复合陶瓷配方的不断丰富，针对不同需求的复合陶瓷层也被广泛研究和应用。复合陶瓷层可在微弧氧化过程中与基材共同形成，其有机组分在微弧氧化后分解，形成类似于树脂的残留物质，能在陶瓷层中形成多层微孔和孔道，增强涂层的附着力和耐磨性，从而提高了镁合金的机械性能和表面质量。
2.微弧氧化技术原理
微弧氧化技术是一种在交流电阻弧放电状态下，基于电化学氧化原理制备氧化膜的电解过程[1]。由于微弧氧化的工作涉及到复杂的物理化学过程，涉及到液相、气相和固相，大多数研究者认为微弧氧化过程可分为以下几个步骤。
首先，电解液中的离子在电场力下迅速向阳极集中，从而在阳极表面形成了一个电化学基团层。随着电弧放电的发生，阳极表面被高温等离子体剥离，形成空穴和局部放电区。然后，在导电基底表面被剥离的粉末中形成了一条弧形通道，通过离子在阳极和基底表面之间的转移产生氧化反应。最后，因为不断放电的影响，随着氧化反应的进行，氧化层的生长也随之增加，直至得到所需的氧化层。
3.微弧氧化技术的制备方法
（1）惰性电极法
惰性电极法是在惰性材料上利用微弧放电制备氧化膜的方法。惰性电极法具有稳定性高、控制中心温度和电极设备、氧化膜性质均匀等优点。由于镁合金表面容易造成不均匀热怕斑点和氧化膜表面孔洞、疏松，惰性电极法的应用也有局限性，复合陶瓷层的结构均匀性不高，成膜速度较慢，容易发生局部过热，导致氧化膜的性能受损。
（2）工艺多电极法
工艺多电极法是通过将多个电极放置在一个特定的电容器中，以此来有效地增加电载流量和面积，提高微弧放电效率的方法。多电极微弧氧化技术在镁合金表面形成一种厚度均匀、致密的氧化膜，复合陶瓷层在表面附着力强、耐磨性好，制备时间短。
4.复合陶瓷层的结构组成
随着复合陶瓷的不断发展，复合陶瓷层的种类也越来越多。复合陶瓷层的结构组成主要包括粘结层、陶瓷层和残留有机物质三部分。
（1）粘结层
在微弧氧化过程中，由于电弧的高温等离子体将微粒加速并剥离到基底表面形成弧形通道，而微粒又作为催化剂，参与了氧化反应。在微弧氧化中，一些近似于毛细管的微小孔洞被形成，如图1所示。微小孔洞增加了涂层的粗糙度，有助于氧化膜与基材之间形成更紧密的联接。
（2）陶瓷层
陶瓷层是一层主要由氧元素、基底金属氧化物和杂质金属化合物组成的氧化物膜。不同的元素（如Ti、Zr、Al等）被加入氧化液中，在微弧放电时进入薄膜中。这些元素的加入，触发了复杂的化学反应，从微弧氧化过程中降低了金属表面的电阻，同时提高了氧化膜的密度。由于复合陶瓷层具有良好的耐蚀性能，所以它经常被用作保护层。
（3）残留有机物质
残留有机物质是由微孔中分解的有机物质残留在涂层内而形成的。残留有机物质具有类似于树脂的性质，能够增强复合陶瓷层的附着力和耐磨性。
5.复合陶瓷层在改善镁合金表面性能中的应用效果
复合陶瓷层具有良好的耐磨性、耐蚀性和抗氧化性能，在提高镁合金表面性能方面发挥重要作用。下面是复合陶瓷层在改善镁合金表面性能方面的一些应用效果。
（1）耐磨性
复合陶瓷层可以增加镁合金表面的硬度和耐磨性，提高其耐磨性能。图2展示了复合陶瓷与单一氧化层的摩擦磨损曲线。复合陶瓷能够有效地防止基体与磨蚀对之间的摩擦，从而提高了材料的抗磨损能力。
（2）防腐性
复合陶瓷层在提高镁合金耐腐蚀性方面也发挥了重要的作用。复合陶瓷层降低了氧气和水分靠近构件表面的机会，从而使其抵御氧化腐蚀的能力得到增强。
（3）强度提高
复合陶瓷层能够增加镁合金表面的强度和硬度，并提高其机械性质和表面质量。复合陶瓷层的高密度、低氧化率以及均匀氧化膜厚度等特性都有助于提高其表面强度。
6.结论
综上所述，镁合金微弧氧化复合陶瓷层的制备方法和结构特性已经被深入研究，并在提高镁合金表面性能方面取得了