微弧氧化技术机理解析

微弧氧化又称为微等离子阳极氧化或阳极火花沉积，是一种通过在金属和合金表面原位生长陶瓷层的新技术，主要应用在Al、Mg、Ti、Zr、Nb等金属或其合金表面。

微弧氧化的基本原理是使工作电压突破传统的阳极氧化工作电压的范围（法拉第区），进入高电压放电区，在电极上发生微弧等离子放电条件下，在基体材料（电极）上原位生成氧化膜。微弧氧化过程是许多基本过程的总和，而这些过程伴随着热化学反应、电化学反应及导电电极之间的物质输送等复杂现象。

微弧氧化机理归纳为两大类：一是强电场下氧化物膜层介质击穿，二是氧化物膜微孔内的气体在孔底阻挡层击穿诱导下的微弧放电。

微弧氧化机理的主要说法如下：

1）镁在KOH、K₂SiO₃、KF组成的电解液中发生阳极氧化。经Alexj.zozulin研究后认为，火花放电现象是由于施加了高于电极表面已有氧化膜层的击穿电压。

2）电子隧道效应。Ikonpisov用Schottky电子隧道效应原理解释了电子是如何被注入到氧化膜的导电带中，从而产生火花放电的。(www.xing528.com)

3）阳极氧化过程中的电子放电。O.Khaselev等人将阳极氧化过程中的火花放电现象归因于阳极氧化过程中的电子放电。火花放电前，偶发的电子放电导致电极表面已生成的薄而密的无定形氧化膜局部受热，引起小范围晶化。当膜层厚度达到某一临界值时，小范围的电子放电发展为大范围的、持续的电子雪崩。阳极膜发生剧烈的破坏，出现火花放电现象。

4）高能电子。Albella等人在前人研究的基础上，又提出了放电的高能电子来源于进入氧化膜中的电解质的观点。电解质粒子进入氧化膜后，形成杂质放电中心，产生等离子体放电，使氧离子、电解质离子与基体金属强烈结合，同时放出大量的热，使形成的氧化膜在基体表面熔融、烧结形成具有陶瓷结构的膜层。

5）电子“雪崩”。Vijh等人认为，在火花放电的同时伴随着剧烈的析氧，而析氧反应的完成主要是通过电子“雪崩”这一电压突降实现的。“雪崩”后产生的电子被注射到氧化膜与电解液的界面，引起氧化膜被击穿，产生等离子体放电。

6）热作用和机械作用引起电击穿。Young等人认为界面膜层存在一临界温度T_m，当膜的局部温度T高于T_m时便产生了击穿现象。Yahalom和Zahavi认为电击穿与否主要取决于氧化膜与电解液的性质，杂质离子的影响是次要的。