1微弧氧化陶瓷層
微弧氧化(Microarcoxidation，MAO)又稱微等離子體氧化(Microplasmaoxidation，MPO)，是通過電解液與相應電參數(shù)的組合，在鋁、鎂、鈦及其合金表面依靠弧光放電產(chǎn)生的瞬時高溫高壓作用，生長出以基體金屬氧化物為主的陶瓷膜層。由于在微弧氧化過程中，化學氧化、電化學氧化、等離子體氧化同時存在，微弧氧化工藝將工作區(qū)域引入到高壓放電區(qū)域，極大地提高了膜層的綜合性能。微弧氧化膜層與基體結合牢固，結構致密，韌性高，具有良好的耐磨、耐腐蝕、耐高溫沖擊和電絕緣等特性。該技術操作簡單和易于實現(xiàn)膜層功能調節(jié)，而且工藝不復雜，不造成環(huán)境污染，是一項全新的綠色環(huán)保型材料表面處理技術，在航空航天、機械、電子、裝飾等領域具有廣闊的應用前景。
合金元素Cu、Mg有利于微弧氧化的進行，而Si元素則有礙于微弧氧化。侯朝輝等[1]對含硅量為8%～12%的ZL系列鑄鋁合金的微弧氧化工藝條件、膜層結構以及成膜過程進行了研究。結果表明：鑄鋁合金在水玻璃復合體系中進行微弧氧化，可以得到一層細膩、均勻、較厚、顯微硬度較高的陶瓷氧化膜；微弧氧化電解液體系中，水玻璃能夠使鑄鋁合金的微弧氧化順利進行；Na2WO4和EDTA二鈉復配可提高膜層硬度；該研究條件下獲取ZL109合金微弧氧化膜的工藝條件為NaOH：2～
ADC12壓鑄鋁合金廣泛應用于汽車、摩托車和儀器等行業(yè)的活塞、帶輪等零部件和結構件。張金彬等[3]研究了ADC12鋁合金表面微等離子體氧化法制備黑色陶瓷膜的電解液成分和電參數(shù)等對膜層性能的影響，結果表明，磷酸鈉濃度較低，表面粗糙，濃度過高易析鹽和膜層崩落，最佳濃度為12～
王宗仁等[4]將等離子體增強的電化學表面陶瓷化(PECC技術)工藝應用在Y112壓鑄鋁合金表面強化處理上，使其表面生成α-Al2O3和γ-Al2O3相的陶瓷膜。據(jù)稱該膜性能均優(yōu)于特富隆技術涂層。
金玲等[5]對ZL109合金和SiCp/ZL109復合材料表面進行微弧氧化，研究發(fā)現(xiàn)，ZL109合金和SiCp/ZL109復合材料都可以進行表面微弧氧化，其微弧氧化層由兩層結構組成，分別為疏松層和致密層。ZL109合金微弧氧化層主要由不同結構的Al2O3相組成，SiCp/ZL109復合材料微弧氧化層由Al2O3和MgAl13O40組成。
交流電源恒流條件下鋁合金表面微弧氧化-黑化一體化處理[6]研究顯示，釩酸鹽對微弧氧化陶瓷膜的黑化效果具有決定性作用；黑色陶瓷膜色澤穩(wěn)定，具有較高的顯微硬度，并能對基體金屬提供有效的腐蝕防護；黑色陶瓷膜主要元素組成包括O、Al、Si、V和P，膜中化合物主要以無定形態(tài)和/或微晶態(tài)形式存在，只發(fā)現(xiàn)少量的γ-Al2O3和ε-Al2O3晶體；黑色陶瓷膜為較為疏松的單層結構，其表面在微觀尺度上粗糙不平，存在較為密集的尺寸為μm量級的微孔，并有明顯的高溫燒結痕跡和微裂紋；黑色陶瓷膜的微觀結構與其形成機制有關。
ZL101鑄造鋁2硅合金微弧氧化陶瓷膜[7]生長分為3個階段，氧化初期，電流密度較高，但膜層生長較慢。在膜快速生長階段，膜生長速率達到極大值；膜生長進入平穩(wěn)期后，基本保持恒定，樣品的外部尺寸不再增加，膜逐漸轉向基體內(nèi)部生長；合金化元素硅的影響主要表現(xiàn)為氧化初期對膜生長的阻礙作用；鑄造鋁合金經(jīng)過微弧氧化處理后，腐蝕電流大幅下降，極化電阻增加了幾個數(shù)量級；較薄的微弧氧化膜同樣大幅度提高了鋁-硅合金的耐蝕性。
中性鹽霧腐蝕試驗法研究高強度鑄造鋁合金ZL205微弧氧化陶瓷膜[8]的結果表明，微弧氧化處理能顯著提高ZL205的耐腐蝕性能，隨著厚度的增加，陶瓷膜的耐腐蝕性能提高，但在厚度達到一定值后，陶瓷膜的耐腐蝕性能提高不明顯；隨著厚度的增加，微弧氧化膜的表面形貌和相結構都發(fā)生變化，從而導致微弧氧化膜的耐腐蝕性能發(fā)生變化。
2電沉積層
電沉積(electrodeposition)是金屬或合金從其化合物水溶液、非水溶液或熔鹽中電化學沉積的過程。是金屬電解冶煉、電解精煉、電鍍、電鑄過程的基礎。這些過程在一定的電解質和操作條件下進行，金屬電沉積的難易程度以及沉積物的形態(tài)與沉積金屬的性質有關，也依賴于電解質的組成、pH值、溫度、電流密度等因素。吳向清等[9]利用電化學方法對ZL105鋁合金表面電沉積Ni2SiC復合鍍層的耐蝕性能進行了研究。結果表明，Ni2SiC復合鍍層的表面形貌與純Ni鍍層截然不同，耐蝕性能優(yōu)于純Ni鍍層，經(jīng)過
3多弧離子鍍層
多弧離子鍍是真空室中，利用氣體放電或被蒸發(fā)物質部分離化，在氣體離子或被蒸發(fā)物質粒子轟擊作用的同時，將蒸發(fā)物或反應物沉積在基片上。離子鍍把輝光放電現(xiàn)象、等離子體技術和真空蒸發(fā)三者有機結合起來，不僅能明顯地改進了膜質量，而且還擴大了薄膜的應用范圍。
其優(yōu)點是薄膜附著力強，繞射性好，膜材廣泛等。離子鍍種類很多，蒸發(fā)遠加熱方式有電阻加熱、電子束加熱、等離子電子束加熱、高頻感應加熱等。多弧離子鍍采用的是弧光放電，而并不是傳統(tǒng)離子鍍的輝光放電進行沉積。簡單的說，多弧離子鍍的原理就是把陰極靶作為蒸發(fā)源，通過靶與陽極殼體之間的弧光放電，使靶材蒸發(fā)，從而在空間中形成等離子體，對基體進行沉積。在ZL201鋁合金表面多弧離子鍍Ti-Cr-N涂層，并在Ti-Cr-N涂層上制備一層脂類薄膜[10]。結果表明：Ti-Cr-N涂層中的Cr以固溶體的方式存在于TiN晶體中，沒有形成單獨的CrN相；涂層可以有效提高ZL201鋁合金的抗鹽霧腐蝕的能力。
4化學復合鍍層
在鍍覆溶液中加入非水溶性的固體微粒，使其與主體金屬共同沉積形成鍍層的工藝稱之為復合鍍。若采用電鍍的工藝則稱之為復合電鍍；若采用化學鍍的工藝則稱之為復合化學鍍。所得鍍層稱為復合鍍層。原則上，凡可鍍覆的金屬均可作為主體金屬，但研究和應用較多的是鎳、鉻、鈷、金、銀、銅等幾種金屬。作為固體微粒主要有兩類，一類是提高鍍層耐磨性的高硬度、高熔點的微粒；一類是提高鍍層自潤滑特性的固體潤滑劑微粒。在鑄鋁表面制備Ni-P-金剛石化學復合鍍層[11]，結果表明，硫酸高鈰能促進金剛石微粒進入鍍層，隨硫酸高鈰含量增加鍍液穩(wěn)定性大幅提高后趨于平穩(wěn)，Ni-P-金剛石復合鍍層耐磨性優(yōu)于Ni-P鍍層，添加2mg/L硫酸高鈰后進一步顯著提高，與Ni-P鍍層相比，復合鍍層耐蝕性差，添加硫酸高鈰后有所改善。
5化學轉化膜
化學轉化膜是使金屬與特定的腐蝕液相接觸，在一定條件下發(fā)生化學反應，在金屬表面形成一層附著力良好的、難溶的生成物膜層。這些膜層，或者能保護基體金屬不受水和其它腐蝕介質的影響，或者能提高有機涂膜的附著性和耐老化性，或者能賦予表面其它性能?；瘜W轉化膜由于是基體金屬直接參與成膜反應而生成，因而與基體的結合力比電鍍層和化學鍍層大的多。幾乎所有的金屬都可以在選定的介質中通過轉化處理，得到不同應用目的的化學轉化膜，但目前工業(yè)上應用較多的是鋼鐵、鋁、鋅、銅、鎂及其合金?；瘜W轉化膜同金屬上別的覆蓋層(例如金屬的電沉積層)不一樣，它的生成必須有基底金屬的直接參與，與介質中陰離子生成自身轉化的產(chǎn)物(MmAn)，因此也可以說化學轉化膜的形成實際上可看作是受控的金屬腐蝕的過程?；瘜W轉化膜按膜的主要組成物的類型分為：氧化物膜，磷酸鹽膜，鉻酸鹽膜，草酸鹽膜等。
鋁合金在大氣環(huán)境下容易發(fā)生晶間腐蝕而破壞。目前應用的高強度鑄造鋁合金一般含有硅、銅、鎂等元素，這些元素的加入增加了合金的腐蝕敏感性。其次是表面硬度低，容易磨損，外表光澤不能保持長久，所以要求有較高的保護措施。其中在鋁合金表面上生成化學轉化膜具有設備簡單、成本低、投資省等優(yōu)點。彭靚等[12]采用鉻酸鹽法在Y112合金上生成化學轉化
膜，實驗結果表明，該轉化膜具有高的耐腐蝕性，并具有美觀的金黃色外表面。
以錳酸鹽和鋯鹽為主鹽，在鋁合金表面化學氧化得到的化學氧化膜[13]的腐蝕電位比鋁合金試樣的腐蝕電位正0.45V左右，腐蝕電流密度僅0.286μA/cm2；交流阻抗譜圖低頻端的阻抗值比鋁合金試樣的值大一個數(shù)量級；鋁合金化學氧化膜外觀呈金黃色，具有規(guī)則排列的柱狀生長結構。
葛圣松等[14]用無鉻化學方法在鑄鋁合金表面制得黑色轉化膜，利用點滴試驗評價了膜的耐蝕性能。分別采用掃描電鏡及電子探針觀察膜的形貌、測定其組成元素，最后提出了黑色膜的形成機理和耐蝕機理。
6結語
鑄造鋁合金的表面耐腐蝕性處理可以通過電化學方法得以改善?，F(xiàn)有的研究多停留在試樣上，應用研究較少。在實際應用中，單獨用一種工藝技術就能提高鑄造鋁合金的防護性、裝飾性和功能性問題比較少見，有必要對現(xiàn)有的改性技術綜合考慮，對此開展系統(tǒng)的研究。鑄造鋁合金的表面耐腐蝕性改善和耐磨性改善的綜合研究更有意義。
參考文獻
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