轻合金表面高性能微弧氧化膜制备工艺与技术

【项目简介】

微弧氧化(Microarc oxidation，MAO)是通过电解液与相应电参数的组合，在铝、镁、钛及其合金表面依靠弧光放电产生的瞬时高温高压作用，生长出以基体金属氧化物和电解液化合物为主要成分的陶瓷质膜层。此外，通过控制合适的电解液和电参数等工艺条件，在钢、铜、钕铁硼等金属表面也可实现微弧氧化反应制备得到氧化物陶瓷膜。

我们主要致力于针对航空航天和国防装备等高技术领域极端/苛刻服役工况下应用时微弧氧化膜面临的关键问题，开展微弧氧化膜的设计制备、性能评价以及损伤/失效机理研究，开发满足表面防护及功能需求的高性能微弧氧化膜制备工艺与技术，显著提高基材表面性能，实现工程应用。主要研究成果有：

a）耐磨自润滑微弧氧化膜：系统掌握了微弧氧化膜的生长机制规律，通过电解液配方设计、电参数调控及复合处理等手段，可对氧化膜结构、成分等特性进行大范围的调控，在铝合金、钛合金表面制备具有高硬度及与基材强结合特性的微弧氧化陶瓷膜，赋予其优异的耐磨及自润滑性能。

b）抗热冲击微弧氧化膜：掌握了与高温热冲击应用场合密切相关的氧化膜成分、孔隙率、膜层/基材结合强度等特性的可控制备工艺，在铝合金、钛合金及碳钢表面制备了具有热导率低、耐热性能高、抗热冲击好等优异热性能的微弧氧化膜，有效提高铝、镁、钛合金以及钢制部件的工作温度。

c）原位着色热控微弧氧化膜：针对航空航天领域轻合金表面高吸收和低吸收热控涂层的应用需求，我们研发了独特的黑色和白色微弧氧化原位着色热控涂层制备工艺，涂层具有优异的热控性能，还具有色泽均匀、稳定性好的特点（远优于阳极氧化热控涂层的稳定性）。

d）长效防腐蚀微弧氧化膜：通过合理的结构和组分设计，在铝、镁合金表面制备长效防腐蚀微弧氧化膜，并显著改善铝/镁合金连接件的电偶腐蚀性能；研发了微弧氧化膜专用高效缓蚀型封孔剂，对氧化膜进行封孔后处理，进一步提高耐蚀性能2~3倍。此外，研发了在酸性环境中具有优异耐腐蚀性能的氧化膜制备工艺，赋予铝、镁合金优异的耐酸腐蚀性能。

【技术指标】

a）耐磨自润滑微弧氧化膜：铝合金微弧氧化膜硬度900~2000HV，钛合金微弧氧化膜硬度500~1200HV，干摩擦条件下的摩擦系数0.15~0.8；

b）抗热冲击微弧氧化膜：铝合金和钛合金微弧氧化膜分别经1600次（20℃⇔450℃）和200次热震试验（20℃⇔650℃）不脱落；

c）原位着色热控微弧氧化膜：黑色热控涂层太阳吸收率αs可达0.95（与国内外类似涂层指标相当），白色热控涂层太阳吸收率αs不大于0.3，最低可0.2（国内最优为0.24，国外最优为0.38）；

d）长效防腐蚀微弧氧化膜：铝合金和镁合金微弧氧化膜耐中性盐雾>1000h和500h，封孔后处理耐中性盐雾>3000h和1000h，铝合金微弧氧化膜耐酸性盐雾>1000h。