氧化时间对铝合金微弧氧化黑色膜的影响

【摘 要】本文采用LY12铝合金作为实验的基体材料。向以硅酸钠、磷酸三钠、无水碳酸钠、氢氧化钠四种主盐为主反应体系的电解液中添加偏钒酸铵作为主着色盐，通过微弧氧化处理在其表面产生黑色的陶瓷膜层。研究了氧化时间对膜层性能及颜色的影响，并对工艺参数进行了优化。

【关键词】微弧氧化；氧化时间；黑色陶瓷膜层；铝合金

1、前言

黑色陶瓷膜具有独特的光学功能和陶瓷性能，在材料的保护、光学性能与装饰方面均有广泛的应用。用传统的阳极氧化技术制备的黑色陶瓷膜硬度较低，耐光老化性能较差，氧化膜容易褪色；而微弧氧化着色技术是利用含有着色盐的电解液，通过微弧氧化技术在有色金属表面原位制备各种颜色陶瓷膜的技术，利用该技术制备的黑色陶瓷膜层色泽稳定、耐光性好、不易褪色且附着力和其它性能也较好。铝合金微弧氧化着色技术无论工艺还是性能方面，相比传统的铝合金着色技术都具有更大的优势，是铝合金着色处理的新方向。

2、试验材料及方法

该实验进行微弧氧化处理所选用的材料是LY12铝合金，为20×20mm，厚度为3mm的长方体块。本实验采用MAO-100D型交流微弧氧化电源。主要电参数为：输出电压0～600V，输出电流0～100A，占空比5～95%，频率1000～2000Hz。

试验过程：试样的制备方法―电解液的配制―电参数的确定―微弧氧化处理―微弧氧化后处理。

3、实验结果及分析

3.1氧化时间对微弧氧化黑色陶瓷膜层宏观形貌的影响

图1为微弧氧化终电压保持在420V不变的情况下，不同的氧化时间制得的试样的宏观形貌。通过观察可以发现，随着氧化时间的变化，膜层的颜色也随之发生改变。当氧化时间很短时，膜层的颜色很浅，膜层表面也很光滑。随着时间的延长，膜层颜色也逐渐向深色转变。当氧化时间达到最大时，试样的颜色最深，膜层表面也最粗糙，能够清楚的看到膜层局部地方已经发生了烧蚀。这是因为随着时间的增长，反应的电压变大，能量增强，电解液中各种离子的迁移速度加快，从而使V03-能够快速的进入膜层中参与反应，再加上随着时间的增长，沉积在膜层的V元素也越来越多，使得膜层的颜色变得更深。

图1 终电压420V，不同时间下试样的宏观形貌

（a）1min （b）8min （c）12min

3.2氧化时间对微弧氧化黑色陶瓷膜层微观形貌的影响

图2和图3为不同时间下膜层表面的微观形貌。从图中可以看出，铝合金微弧氧化陶瓷层表面呈现出多孔的形貌，用透射电镜选择某一个和这个区域比较完美的孔进行观察，可以发现孔的周围存在火山口状的等离子体放电熔融痕迹。这是由于多次循环放电后其内部熔融的氧化物和气体向外逸出，在电解液的“液淬”作用下，并在放电通道的周围迅速凝固所致。微弧氧化陶瓷层的表面凹凸不平，存在许多大小不一的凸体。同时可以发现，随着氧化时间的延长，熔融的痕迹更加明显，微孔的数量逐渐减少，微孔的直径逐渐增大。

图 3 不同时间下试样的微观形貌（SEM×6000）

（a）3min （b）7min

3.3氧化时间对微弧氧化黑色陶瓷膜层耐腐蚀性的影响

本实验采用电化学工作站对微弧氧化黑色膜试样及未处理的LY12试样进行动电位极化曲线测试。试验介质为3.5wt%NaCl的中性溶液。采用电化学工作站Tafel’s slope测量程序对动电位极化曲线进行分析，用线性回归方法计算出极化曲线上阴极极化曲线和阳极极化曲线的Tafel斜率，这两段线性 Tafel斜率的交点对应的Ecorr和Icorr分别为腐蚀电位和腐蚀电流密度。如下表1所示。

表1不同氧化时间的微弧氧化黑色膜的动电位极化参数

由上图可以看出，基体铝的腐蚀电位在0.98V左右，微弧氧化处理后形成的黑色陶瓷膜层的耐腐蚀性大大增强。腐蚀电位显示，随这时间的延长，耐蚀性先增强，后减弱。腐蚀电流密度先变小，腐蚀性增强，后腐蚀电流又大大增加，也表明耐蚀性先增强后减弱。

4、结论

（1）随着时间的延长，膜层厚度增加，但是到一定时间会保持平衡；表面孔洞数量不断减少，孔径不断增大，并且分布变得均匀。

（2）氧化时间延长后，膜层越来越粗糙，起伏的情况也加剧；当氧化时间过短时，膜层不够完整，致密性不好，耐腐蚀性差。

（3）当氧化时间增长时，其耐蚀性增强，当氧化时间过长时，表面孔洞体积太大，这些都降低了其耐蚀性，耐蚀性又降低。

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