二.微弧氧化膜生成的基本原理及生長過程

        微弧氧化是從普通陽極氧化發(fā)展而來的，它的基本原理是：突破了傳統(tǒng)的陽極氧化對(duì)電流、電壓的限制，把陽極電壓由幾十伏提高到幾百伏，當(dāng)電壓達(dá)到某一臨界值時(shí)，擊穿閥金屬表面形成的氧化膜(絕緣膜)，產(chǎn)生微弧放電并形成放電通道，在放電通道內(nèi)瞬間形成高溫高壓并伴隨復(fù)雜的物理化學(xué)過程，使金屬表面原位生長出性能優(yōu)良的氧化膜。

        在微弧氧化過程中，把工件放人電解槽中，通電后工件表面現(xiàn)象及膜層生長過程具有明顯的階段性。微弧氧化過程可分為4個(gè)階段。在微弧氧化初期，金屬光澤逐漸消失，材料表面有氣泡產(chǎn)生，在工件表面生成一層很薄且多孔的絕緣氧化膜(絕緣膜) ，絕緣膜的存在是形成微弧氧化的必要條件。此時(shí)電壓、電流遵循法拉第定律，此為第1階段——陽極氧化階段。隨著電壓的升高，氧化膜被擊穿，鈦合金的表面開始出現(xiàn)移動(dòng)的密集明亮小火花，這個(gè)階段持續(xù)的時(shí)間很短，此為第2階段——火花放電階段。隨著電壓和膜層的增加，鈦合金表面的火花逐漸變大，移動(dòng)速度相對(duì)減緩，膜層迅速生長，此為第3階段——微弧放電階段。隨著氧化時(shí)間延長，氧化膜達(dá)到一定厚度，膜層的擊穿變得越來越困難，開始出現(xiàn)少數(shù)更大的紅色斑點(diǎn)，這些斑點(diǎn)不再移動(dòng)，而是停在某一固定位置連續(xù)放電，并伴有尖銳的爆鳴聲，此為第 4階段——弧放電階段。只是此階段對(duì)膜層的破壞較大，應(yīng)當(dāng)盡量避免。

      在火花放電以前，鈦合金表面的氧化膜主要為二氧化鈦，從火花放電階段開始，電解液中的元素開始進(jìn)入膜層當(dāng)中并同基體元素反應(yīng)生成新的化合物，從而改善了膜層的性能。在微弧放電階段，氧化膜的擊穿總是發(fā)生在膜層相對(duì)薄弱的部位，擊穿后，該部位形成了新的氧化膜，于是擊穿點(diǎn)又轉(zhuǎn)移到下一個(gè)相對(duì)薄弱的部位，因此，最終形成的氧化膜( 陶瓷膜) 是均勻的。由于微等離子體氧化膜的形成包含了物理、化學(xué)、電化學(xué)和等離子體化學(xué)等多方面的共同作用，其過程非常復(fù)雜，至今尚沒有一個(gè)合理的模型能全面地描述氧化膜的形成過程 。

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