● 摘要
铝合金材料微弧氧化膜层具有优良的热稳定性且与基材有牢固的冶金结合，但同时膜层也因为多孔和表面粗糙度大而影响其应用。微弧氧化反应过程中的放电火花状态对膜层表面形貌和性能有重要影响。对微弧氧化膜层增厚机制的研究能够加深对膜层形成过程的认识，为铝合金表面氧化膜层的应用奠定理论基础，因此，探讨铝合金微弧氧化过程中火花和膜层的变化对微弧氧化工艺的控制和优化有着重要意义。
本文实验以硅酸盐和含锆磷酸盐为氧化电解液体系，设计了氧化工艺参数，并且分别对2A70铝合金进行一步氧化和两步氧化，研究分析了氧化膜层的组成和结构、放电火花及对其氧化膜层表面粗糙度的影响，探讨了氧化膜层的增厚过程及放电通道的作用特点。
将2A70铝合金在含锆磷酸盐电解液中进行微弧氧化反应，在无火阶段生成的膜层表面粗糙度为0.65μm左右。白色小火花阶段膜层表面孔洞细小密集，膜层表面粗糙度缓慢降低到0.55μm左右。黄色小火花阶段密集的放电通道发生融合，在局部产生大量的反应产物，使膜层表面堆积形成火山口状凸起，表面粗糙度Ra值也在此阶段开始增大。橘黄色大火花阶段膜层局部凸起增多使得膜层表面粗糙度迅速增加，Ra达到1.4μm以上。随着电压的升高电解液中更多的带电粒子参与反应，使膜层中P和Zr在膜层中的比例不断增加。
2A70铝合金在含有锆溶胶的磷酸盐电解液中形成的膜层主要由Al2O3和ZrO2纳米晶以及非晶组织组成，硅酸盐电解液中形成的膜层主要由Al2O3纳米晶和非晶组织组成。磷酸盐电解液中前20min成膜速率约为2μm/min，硅酸盐电解液中前20min成膜速率约为4μm/min。硅酸盐电解液中形成的膜层相较于磷酸盐电解液中形成的膜层更粗糙。
“硅酸盐+磷酸盐”两步氧化过程中，后进入膜层的富P层分布在原膜层与基材之间，且随着第二步氧化时间的延长，铝合金不断被氧化生成的氧化产物聚集原膜层底部，使膜层向内生长。放电通道能连接基材和电解液，是主要的反应区域。磷酸盐电解液中放电通道可以在基材和膜层之间扩展，虽然通道开口小但使基材在较大范围被氧化，膜层的均匀增厚。硅酸盐电解液中形成的放电通道开口大但放电通道不会在膜层下扩展，单个放电通道在相对较小的局部氧化基材，膜层局部增厚明显，形成表面高较粗糙。