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镁及其镁合金由于具有优良的物理性能和力学性能而广泛应用于烟花、照明、冶金、化工、交通运输、航天航空、3C电子等领域。但是镁合金耐蚀性、耐磨性差和表面硬度低等特点限制了它的进一步使用。微弧氧化技术作为一种改性技术，通过等离子体化学、热化学和电化学的共同作用，在合金表面原位形成类陶瓷膜层，极大地提高了合金的耐蚀、耐磨性和绝缘性能，具有广泛的应用前景。同时微弧氧化黑色陶瓷膜因其具有独特的陶瓷性能和光学性能，在材料的防护和装饰方面有广泛的应用前景，受到不少研究者的关注。但是微弧氧化高能耗导致的高成本严重地限制了微弧氧化着色技术在工业生产上的广泛应用，所以微弧氧化低能耗着色工艺技术的研究是十分有意义的。本文研究开发了一种在AZ91D镁合金表面制备黑色陶瓷膜的低能耗的微弧氧化工艺。本研究采用硅酸钠、六偏柠酸钠、氟化钾、偏钒酸铵、EDTA为主溶液体系，通过单因素实验确定柠檬酸钠为添加剂，最后通过正交实验优化电解液和电参数，确定了制备性能优异且能耗相对较低的黑色陶瓷膜的最佳工艺。在该工艺下制备的微弧氧化陶瓷膜层颜色均匀、黑亮，与基体结合能力好，单位能耗为0.602kw·h/(m2.μm)，是一般的微弧氧化着色工艺的30%左右。利用SEM、EDS、XPS、XRD等表征手段对微弧氧化低能耗黑色膜的表面形貌、物质组成、结构和相组成进行了分析，利用电化学测量体系测量了微弧氧化黑色膜层的耐腐蚀性能。在最佳工艺水平下得到微弧氧化低能耗黑色陶瓷膜层微观表面有大小不一的放电孔洞存在；膜层结构致密，没有明显的分层现象；膜层主要由MgO和V2O5以及部分无定形态和微晶形态的氧化物组成，其中膜层的颜色是由V2O5和钒的其他氧化物共同作用的结果。微弧氧化低能耗黑色膜层硬度高达316HV左右，有良好的耐腐蚀性能，在3.5%NaCl中性介质中的腐蚀电流密度为0.00023μA/cm2，与镁合金基体相比降低了4个数量级。