微弧氧化(Microarc Oxidation简称MAO)又称阳极火花沉积、微等离子体氧化或等离子增强电化学表面陶瓷化，是一种在有色金属(Al、Ti、Ta、Mg等)及其合金表面涂覆陶瓷层的新技术。该技术是通过电解溶液中，有色金属或合金表面的微弧放电，产生复杂等离子化学、热化学和电化学过程，从而形成致密的陶瓷氧化膜，极大地提高了基体的耐磨损、耐腐蚀、耐热及绝缘性能。

在铝基复合材料表面进行微弧氧化涂覆陶瓷膜，预期所得陶瓷膜除具有良好的耐磨性、耐腐蚀性外，耐高温性能也会得到了较大的增强，可大大拓展其在航空航天、汽车工等领域的应用。目前，国内外尚未见这方面研究工作的报导，为此，我们对铝基复合材进行微弧氧化处理，并对所得陶瓷层的形貌、厚度、成份等进行了测试分析，表明这种工艺是可行的，

1 试验方法

选用本所复合材料课题组提供的10％Al₂O₃f/ZL109铝基复合材料为基体，表面为机.加工状态，经表面去油后放入电解液中。微弧氧化设备包括自制60kW电源、电解槽、搅拌系统、循环冷却系统等，设备原理示意图如图1。氧化过程中，工件作阳极，不锈钢电解槽作阴极，采用，KOH电解质溶液，电流密度为20A/dm²，随着氧化陶瓷膜的增厚，电压逐渐上升，至620V时结束，氧化时间2小时。

分别用金相法和涡流涂层测厚仪测量了涂层的厚度，并对其截面进行了形貌观察分析c用X射线能谱对陶瓷层进行了定性和定量成份分析，并且测试了涂层截面的显微硬度c

2 试验结果与分析

2.1 涂层的组织形貌

经过微弧氧化处理后的10％Al₂O₃f/ZLl09铝基复合材料表面呈灰白色。

氧化陶瓷膜及基体形貌如图2所示，白亮区为铝基复合材料基体，其中的灰黑色点状或针状物是Al₂O₃增强纤维。从图中还可看出，氧化陶瓷层分为内外两层，外层较薄，呈黑色多孔状结构，内层较为致密，且较外层厚得多。对图2进一步观察，发现膜与膜之间，膜与基体之间结合较好，没有大的孔洞出现：外层膜与内层膜之间互相镶嵌，结合紧密：内层膜与基体之间，除了结合面致密外，局部还与Al₂O₃纤维融合，显示出较好的结合状态。

涂层测厚仪及金相截面法测陶瓷涂层总厚度约为150μm。其中，外层膜厚约50μm，内层膜厚度约为100μm。根据氧化速率＝膜层总厚度/氧化时间来计算，整个氧化过程的平均生长速率为1.1μm/min。

2.2 陶瓷膜的成份分析

在扫描电镜下观察，氧化陶瓷膜主要由三种不同亮度的区域组成(见图3)，即灰色区(A)、白色区(B)和黑色区(C)。用X射线能谱定性定量分析了各区域的成份，结果如表1所示。可见，这三种区域的主要成份都是刘的氧化物和Si的氧化物，而且这两种氧化物的比例与莫来石一致，因此可以推断10％Al₂O₃f/ZLl09铝基复合材料微弧氧化陶瓷层相的组成主要为莫来石(还含有少量的γ—Al₂O₃和α—Al₂O₃)，这与俄罗斯学者的研究结果是一致的[1]。由于各区域中其它氧化物(如CuO等)的含量不同，所以在扫描电镜观察时显示不同的颜色。

2.3 陶瓷层的硬度

用10g载荷测量了涂层和基体的显微硬度，结果如表2所示。

涂层的硬度可达HMl680，复合材料基体硬度约为HM84，两者相差甚大。这说明，这种铝基复合材料表面经过微弧氧化之后，形成莫来石、γ—Al₂O₃和α—Al₂O₃，硬度大幅度提高，这将大幅度地增加其耐磨性。在基体与涂层之间还存在着一个过渡硬度区，该区的平均硬度约为HM400左右。这可能是由于基体材料未完全发生微弧氧化造成的，即在过渡区中除莫来石、γ—Al₂O₃和α—Al₂O₃外，还有未转变的铝合金基体，因此该区表现出一个中间的硬度值。

3 结论

(1)10％Al₂O₃f/ZLl09铝基复合材料可以进行微弧氧化，所得膜分内外两层，外层黑色多孔，厚约50μm，内层为灰黑色的Al₂O₃，约100μm，且组织致密。

(2)外层膜与内层膜之间，内层膜与基体之间均结合良好。

(3)整个过程中，平均氧化速率约为1.1μm/min。

(4)陶瓷层主要由莫来石相组成，外层膜中莫来石所含其它氧化物多，而内层膜中还有部分氧化铝相。

(5)陶瓷层的硬度高达HMl500左右，且与基体之间存在着一个过渡区，硬度为HM400左右。