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一文了解有色微弧氧化工艺!流程|膜层结构|优势|应用等全解析
CMF设计军团
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31天前
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一文了解有色微弧氧化工艺!流程|膜层结构|优势|应用等全解析
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产业的发展离不开CMF(色彩、材料、工艺)
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大多数人对金属阳极氧化都非常了解,但提到微弧氧化工艺,很多人不是那么清楚了。本文带大家详细了解有色微弧氧化工艺,主要内容包括:
一、有色微弧氧化工艺及技术原理
二、工艺流程解析
三、有色微弧氧化的膜层结构
四、技术优势
五、技术发展背景(有色微弧氧化为何出现)
六、工艺应用领域
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一、有色微弧氧化工艺及技术原理
有色微弧氧化技术,是利用弧光放电增强电化学中发生的反应,从而形成优质强化陶瓷膜的方法。具体的技术原理是将铝、镁、钛等阀金属或其合金放在电解溶液中作为正极,电解槽为负极,通过双脉冲电源在工件上施加较高的电压和较高的电流,使工件表面的金属与电解质溶液相互作用,在工件表面形成微弧放电,在高温、电场、电解液等因素的作用下,金属表面形成有色微弧氧化层,达到工件表面强化及多样化外观选择目的。
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跟普通微弧氧化的工序大体相同,区别在于双脉冲电源高压放电(一般的微弧氧化是用单脉冲电源),同时电解液也有所不同,可以实现多色及花纹效果。
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二、工艺流程解析
微弧氧化四部曲:气泡·火花·等离子·完美成膜。
基础氧化阶段
:将样品置于电解液中,通电加压后,样品表面和阴极表面出现无数细小均匀的白色气泡。随电压增加,气泡逐渐变大变密,生成速度也不断加快。这是在电压达到击穿前的氧化段,持续存在;
火花放电阶段
:当电压逐渐增大达到达到击穿电压时,样品表面开始出现无数细小、亮度较低的火花点。这些火花点密度不高,无爆鸣声;
等离子有色陶瓷化阶段
:进入火花放电阶段后,电压还会持续增大,火花逐渐变大变亮,密度增加。随后,样品表面开始均匀地出现放电弧斑。弧斑较大、密度较高,随电流密度的增加而变亮,并伴有强烈的爆鸣声。此时即进入微弧氧化阶段;
熄弧阶段:
有色等离子陶瓷化阶段末期,电压达到最大值,氧化膜的生长将出现两种趋势。一种趋势是样品表面的弧点越来越疏并最终消失,爆鸣声停止,另一种趋势是表面只有少量的细碎火花,这些火花最终会完全消失,有色微弧氧化过程也随之结束。
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三、有色微弧氧化的膜层结构
有色微弧氧化的微观膜层结构主要包括三层:
介面层:
介于基材和陶瓷氧化层之间,厚度不超过1um,连接基材与陶瓷层。由于介面层的覆膜是来自于基材本身与电解液的结合,所以具有良好的可弯折性,角落的部分也不易脱落,且平整度与均匀度均佳;
陶瓷氧化层:
位于介面层之上,也叫功能层,为细密的多孔层与微孔层堆积而成。工件最主要的硬度及耐磨、抗腐蚀等性能均由此层表现。由于在微弧氧化过程中,此层受到高温烧结的影响,内层结构接近于高强度的陶瓷层结构,本身致密;
多孔层:
为最外层,受到熔融金属的影响,表面许多孔隙均为熔融金属喷溢出来的孔洞痕迹。
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四、技术优势
有色微弧氧化主要有9大工艺优势
耐磨性:
相比传统工艺涂层,在耐磨度上有很大提高,可通过各式耐磨实验,如Rca耐磨实验等;
高硬度:
氧化膜可获得相当高硬度,可达到1000 Hv以上的表面硬度,经过特殊处理打磨去除多空层后硬度可达2000HV;
电绝缘性:
不同材料获得的微弧氧化膜有很高的耐电压击穿性能,有些甚至可以达到2000v以上的击穿电压;
环保:
微弧氧化过程中不需要进行严格的酸洗及碱洗的预处理,因此整个处理工序过程中不会有污染天然水质和土壤环境的酸、碱废水;
表面多样性:
加入不同的金属盐类,依靠不同金属离子沉积掺杂在微弧氧化膜中获得多样性颜色和纹理;
稳定性
:由于高压放电区域,克服了低效率和不稳定缺陷,极大地提高了膜层的性能和外观的一致性;
耐腐蚀
:微弧氧化工艺后氧化膜层可耐上千小时的中性盐雾测试,完成封孔工艺后可再提升上1000小时以上;
高结合力:
基于原位生长陶瓷膜,膜层与基底金属结合力强,陶瓷膜致密均匀。通过拉拔、滚筒、百格等测试;
光学性能:部分材质在满足膜厚条件下可以达到吸光或光的反射>80%以上。
图 有色微弧氧化石纹系列,工艺效果多样性
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相比于阳极氧化工艺,用一张图来对比更为直观。
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五、技术发展背景(有色微弧氧化为何出现)
国外技术发展背景
苏联:20世纪70年代率先提出微弧氧化(MAO)概念,早期应用于军工装备(如钛合金潜艇部件),莫定了基础理论。
欧美:在航天器耐热部件上的应用,成本高,未大规模工业化。专注功能性膜层(耐、耐蚀),色彩工艺单一,尚未突破发展多色系稳定量产。
日本:专注电子领域,膜层均匀性领先,但专利壁垒高。在消费电子领域尝试彩色,但存在色差大、成本高问题,未形成市场规模化应用。
图 微弧氧化笔电
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国内技术背景
国内微弧氧化(MAO)技术虽起步较晚,但2000年通过国家科技计划的持续支持,在军工领域实现了关键突破。然而,受限于工艺瓶颈,行业长期面临色彩单一、成本高昂等问题,限制了技术的民用化推广,与国际先进水平存在明显差距。
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为了打破这一局面,有色微弧氧化技术应运而生。通过创新性电解质体系与精准能量控制,首次实现多色系多种纹理(包括棕、蓝、金等色彩)微弧氧化膜层的大规模稳定制备,同时将成本降低40%以上。该技术经第三方表面鉴定,其膜层硬度(>1200HV)、耐蚀性(中性盐试验超1000小时)等核心指标均达到国际领先标准,成功应用于消费电子、新能源汽车等高端民用领域,标志着我国微弧氧化技术正式跻身世界第一梯队。
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六、工艺应用领域
有色微弧氧化表面处理技术是一项全新的绿色环保型材料表面处理技术,应用范围极广,包括手机平板笔电等3C电子产品、汽车、厨具、卫浴、工艺品、医疗、体育器材、航空航天、军工、机械制造、建筑、半导体、化工、纺织、光学等领域。其中在消费电子领域,苹果、华硕、宏碁、华为、一加等都有在产品上用。此行业的微弧氧化结构件加工厂有巨腾国际、比亚迪、富士康、木易科技、宜安科技、绿德电子等等。
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本文素材来自木易科技,专业从事压铸件、铝合金、镁合金、等材质的表面处理制造厂商。文章专业度由企业把关,想深入了解工艺的可以加笔者微信交流~~
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