微弧氧化技术是提高镁合金表面耐蚀性的方法之一,具有高效、环保和工序简单等优势,是当前国内外研究的热点。在这些研究工作中,对镁合金微弧氧化负载等效电路模型的研究,无论对于理解微弧氧化机理,在线监测膜层质量和性能,还是对于指导专用电源设备的研发,都具有非常重要的意义。国内外众多学者对微弧氧化负载模型进行了大量研究并取得了一些成果,这些成果均表明负载具有电容特性,但由于研究的对象和方法不尽相同,因此所得负载模型等效电路的结构不同且定量研究少。本文通过使用多种学科的理论分析方法和表征手段,建立了镁合金微弧氧化过程的负载模型,对其进行了定量研究并推导出模型的传递函数。通过比较模型中等效元件的变化与膜层结构、性能变化的对应性,总结出膜层生长过程和工艺条件变化对负载模型中等效元件的影响规律,并对传递函数进行了分析和仿真,依据研究结果提出了适用于工业生产的过程控制方案,最终通过工艺设备一体化技术的开发实现了微弧氧化技术的推广应用。首先,结合电弧影像与电压波形特点对微弧氧化过程进行了分段研究,建立了二阶非线性结构的负载模型等效电路并推导出其传递函数,进而依据电路原理确定了负载模型中各等效元件的计算方法,据此对不同电压、不同时间条件下的负载模型进行了定量计算。利用计算机软件对该负载模型及计算结果进行仿真验证。结果表明,该负载模型能够很好地等效表征镁合金微弧氧化的负载特性,各等效元件的变化规律与微弧氧化过程的反应特点、电解槽的组成结构均有很好的对应性,可用于微弧氧化过程的反应原理分析。其次,通过改变镁合金微弧氧化的处理的参数,即电压、时间、试样面积、阴阳极距离等工艺条件,设计试验研究了负载模型的适用性。结果表明,负载模型中等效元件的计算结果主要受到电压、时间、试样面积等因素影响,其变化规律与微弧氧化过程中电弧强度、膜层的厚度及致密度等因素的变化规律具有逐一对应性,故可利用等效元件的变化监测电弧强度、膜层的厚度及致密度。再次,对镁合金微弧氧化过程中易出现的持续电弧烧蚀现象进行了系统研究,详细探寻了烧蚀机制和破坏机理。结果表明,随着电压升高,单个脉冲输入的能量过大而冷却时间不足,且负载模型中等效电容储存电荷的释放,引起了局部持续电弧放电,破坏了膜层的结构和物相,致使工件报废。通过对电压、频率和占空比的合理配置可避免烧蚀现象的发生,同时也可通过观察负载模型中的等效元件变化实现在线监测。最后,设计研制了大功率、多功能镁合金微弧氧化电源,并通过开发自动控制系统实现了过程控制功能。结合企业相应工况,运用多种自动控制理论方法对负载模型的传递函数进行了分析。结果表明,负载模型中等效电容越大,越不适合用高频脉冲进行处理。据此提出了过程控制方案,即根据单次处理工件的表面积和电压的不同,实时调整电源输出方式和频率、占空比等参数,以期在保证膜层质量的前提下提高生产效率。通过试验制定的企业专用过程控制工艺方案,实现了镁合金微弧氧化的高效化、自动化、工艺设备一体化技术的推广应用。