在很多特殊的工业领域,为满足某些特殊的性能需求,必顺用到铝及其合金,但铝及其合金的表面硬度低、耐腐蚀性与耐磨性差、抗热震性差,制约了铝合金的应用。通过表面处理工艺进行处理,可以提高铝合金的综合性能。微弧氧化工艺是在阳极氧化工艺基础上发展起来的新兴表面处理技术,微弧氧化膜层具有硬度高,绝缘性与耐腐蚀性和耐磨性好,高抗热震性,氧化膜与基体结合力强等优点,极大地提高了铝合金的应用范围。微弧氧化(MAO)又称微等离子体氧化(MPO)或阳极火花沉积(ASD),还有人称之为等离子体增强电化学表面陶瓷化(PECC)。是通过控制调整电解液与相应电参数的组合,在铝、镁、钛及其合金表面依靠微等离子体放电产生的瞬时高温高压作用,经过化学、电化学、热化学、等离子化学等反应的作用下,在基体表面原位生长出氧化物陶瓷膜工艺。微弧氧化膜的形成可分为以下四个阶段：第一阶段初始无定形膜的形成。与阳极氧化膜形成过程一致,电极体系遵循法拉第定律,电解槽的电压电流符合欧姆定律,试样表面形成一层薄的透明的氧化物绝缘膜,在低压作用下,能阻止表面电流的通过,又被称为阻挡层。第二阶段火花放电阶段。随电压升高,阻挡层被击穿,带电粒子被高压电场加速与其它原子碰撞形成“电子雪崩”形成火花现象,物质通过击穿通道进入基体内部,经过各种复杂的反应,形成新的无定形氧化膜,使氧化膜层增厚。第三阶段氧化陶瓷膜的形成。随着电压的增大,微区等离子体放电产生高温高压,使形成的无定形氧化膜溶化,并在电解液环境下迅速冷却凝聚,首先在试样表面形成陶瓷颗粒,随着不断的击穿,表面陶瓷颗粒不断形成长大至接触,以搭桥的方式形成陶瓷膜层。由于击穿总是发生在膜层薄弱部位,故形成的陶瓷膜层是均匀的。第四阶段陶瓷膜的生长。随着氧化时间的延长,氧化膜层通过不断的溶解与形成,在微弧氧化过程中膜层的生长速度是大于溶解速度的,陶瓷膜是不断生长增厚的,氧化膜的溶解在膜层表面形成更多的薄弱区域,使微弧氧化更容易发生,使膜层不断生长增厚,直到达到生长与溶解平衡时,氧化膜停止生长,微弧氧化过程结束。本文是关于铝合金微弧氧化工艺的研究。试验过程是个相当巨大的工程,选择一种合理的试验方法可以起到事半功倍的效果,故本文研究把计算机技术应用到微弧氧化试验中,用正交试验法进行微弧氧化试验设计与数据分析。正交试验法是利用规格化的正交表,恰当地设计出试验方案和有效地分析试验结果,提出最优配方和工艺条件,并进而设计出可能更优秀的试验方案的一种科学方法。正交性原理是设计正交表的科学依据,正交表具有“均衡搭配”与“整齐可比”的特点,从大量的全面试验方案中,为挑选出少量具有代表性的试验点,所制成的排列整齐的规格化表格。本文主要研究以硅酸钠为主成膜剂电解液的微弧氧化试验,研究了正交试验设计在微弧氧化试验过程中的应用,使用综合平衡法和方差分析法对试验数据进行分析,微弧氧化过程中陶瓷氧化膜的生长规律,各因素对陶瓷氧化膜生长的影响,以及各因素对试验指标的影响程度大小,同时在方差分析中着重研究了硅酸钠浓度与微弧氧化电压的交互作用对氧化膜生长的影响。试验采用扫描电镜(SEM)对陶瓷氧化膜微观形貌进行分析,利用631型显微硬度计对氧化膜的硬度和厚度进行测量,对陶瓷氧化膜的抗热震性、抗腐蚀性进行了测试。试验表明电解质浓度对微弧氧化过程各参数影响显著。不同浓度的电解液,微弧氧化的起弧电压不同,试样表面的电流密度不同。随浓度的增大,微弧氧化起弧电压降低,试样表面电流密度却升高,且都趋向于一个极限值。试验表明,各因素(电解质浓度与微弧氧化电压)对试验指标(硬度与厚度)的影响显著。在硅酸钠为主成膜剂的电解液中,其中Na2SiO3的浓度对陶瓷膜硬度和厚度两指标的影响最大,微弧氧化电压和H3BO3浓度影响次之,KOH浓度影响再次之,H2O2浓度的影响是最小的。经五因素四水平正交试验进行微弧氧化工艺设计,并用综合平衡法和方差分析法进行评价,选定Na2SiO3浓度6g/L、H3BO3浓度1.5g/L、KOH浓度0.5g/L、H2O2浓度X4、微弧氧化电压360V为最优工艺方案。采用最优工艺方案对LY12铝合金进行微弧氧化处理,获得了致密层硬度达1700HV、总厚度约200μm的分布均匀微弧氧化陶瓷膜。试验表明,在微弧氧化陶瓷膜表面存在的孔隙降低了膜层的抗腐蚀能力,经封孔处理后,可以极大的提高其耐腐蚀性,在室温下,将处理后的试样分别浸入10%HCl,10%NaCl,10%NaOH溶液中80小时,试样腐蚀前后重量几乎没有变化。微弧氧化膜具有良好的抗热震性,可抗600℃-20℃激热——激冷冲击15次,而膜层没有出现裂纹、脱落、起泡等破坏现象。