筆電表面處理——微弧氧化工藝是什么？

目前，高端筆記本電腦材質(zhì)多采用鎂合金，表面處理工藝可采用微弧氧化工藝，實(shí)現(xiàn)更高的硬度、強(qiáng)度、耐腐蝕與氧化性。那么，微弧氧化工藝是什么？下面我們來詳細(xì)介紹一下：

一、微弧氧化工藝概述

微弧氧化(Microarc oxidation, MAO)又稱等離子體電解氧化（Plasma electrolytic oxidation, PEO）、微等離子體氧化(Microplasma oxidation, MPO)等，是通過電解液與相應(yīng)電參數(shù)的組合，在鋁、鎂、鈦等金屬及其合金表面依靠弧光放電產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫高壓作用，原位生長出以基體金屬氧化物為主的陶瓷膜層。微弧氧化技術(shù)處理最多的材料為鎂、鋁、鈦及其合金，另外鉭、鈮、鋯、鈹?shù)炔牧媳砻婢梢灾苯舆M(jìn)行微弧氧化，故該技術(shù)有廣闊的應(yīng)用前景。

二、微弧氧化技術(shù)特點(diǎn)

1. 提高材料表面硬度

微弧氧化膜層為表面多孔（孔徑為幾微米）、內(nèi)部致密的陶瓷層。膜層硬度高（維氏硬度可由幾百至三千左右） 膜層與基體為冶金結(jié)合、厚度在幾微米至幾百微米之間。

2. 高耐磨性

用WC做摩擦副，摩擦率為4.9*10 -7mm3/Nm，摩擦系數(shù)0.48 提高50倍左右。

3. 高耐蝕性

耐中性鹽霧腐蝕（按國標(biāo)）≥400h ，可做至≥800h膜層無明顯腐蝕。

4. 耐熱性高 絕緣性好

耐熱性高，可承受高溫使用，范圍根據(jù)基材熔點(diǎn)溫度 有良好的絕緣性能，絕緣電阻膜阻>100MΩ 絕緣耐壓>5000V/秒。

5. 高結(jié)合力

基體原位生長陶瓷膜，膜層與基底金屬結(jié)合力強(qiáng),陶瓷膜致密均勻，剪切強(qiáng)度330MPa，拉伸強(qiáng)度370MPa。

備注：以上測試參數(shù)是基于鋁合金材質(zhì)得出，如筆電上鎂合金微弧氧化表面性能要稍差。

三、微弧氧化技術(shù)工藝流程及參數(shù)

1. 微弧氧化技術(shù)工藝流程

主要包含三部分：鋁基材料的前處理，微弧氧化，后處理三部分

其工藝流程如下：鋁基工件→化學(xué)除油→清洗→微弧氧化→清洗→后處理→成品檢驗(yàn)。

2. 微弧氧化電解液組成及工藝條件：

a:工藝參數(shù)一：電解液組成：K2SiO3 5～10g/L，Na2O2 4～6g/L，NaF 0.5～1g/L，CH3COONa 2～ 3g/L， Na3VO3 1～3g/L；溶液 pH 為 11～13；溫度為 20～50℃；陰極材料為不銹鋼板；電解 方式為先將電壓迅速上升至 300V，并保持 5～10s，然后將陽極氧化電壓上升至 450V，電解5～10min。

b:工藝參數(shù)二：兩步電解法，第一步：將鋁基工件在 200g/L 的 K2O·nSiO2（鉀水玻璃）水溶液中以 1A/dm2的陽極電流氧化 5min；第二步：將經(jīng)第一步微弧氧化后的鋁基工件水洗后在70g/L 的Na3P2O7 水溶液中以 1A/dm2 的陽極電流氧化 15min。陰極材料為：不銹鋼板；溶液溫度為 20～50℃。

四、微弧氧化影響因素

1. 合金材料及表面狀態(tài)的影響：微弧氧化技術(shù)對(duì)鋁基工件的合金成分要求不高，對(duì)一些普通陽極氧化難以處理的鋁合金材料，如含銅、高硅鑄鋁合金的均可進(jìn)行微弧氧化處理。對(duì)工件表面狀態(tài)也要求不高，一般不需進(jìn)行表面拋光處理。對(duì)于粗糙度較高的工件，經(jīng)微弧氧化處理后表面得到修復(fù)變得更均勻平整；而對(duì)于粗糙度較低的工件，經(jīng)微弧氧化后，表面粗糙度有所提高。

2. 電解質(zhì)溶液及其組分的影響：微弧氧化電解液是獲到合格膜層的技術(shù)關(guān)鍵。不同的電解液成分及氧化工藝參數(shù)，所得膜層的性質(zhì)也不同。微弧氧化電解液多采用含有一定金屬或非金屬氧化物堿性鹽溶液（如硅酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等），其在溶液中的存在形式最好是膠體狀態(tài)。溶液的 pH 范圍一般在9～13之間。根據(jù)膜層性質(zhì)的需要，可添加一些有機(jī)或無機(jī)鹽類作為輔助添加劑。在相同的微弧電解電壓下，電解質(zhì)濃度越大，成膜速度就越快，溶液溫度上升越慢，反之，成膜速度較慢，溶液溫度上升較快。

3. 氧化電壓及電流密度的影響：微弧氧化電壓和電流密度的控制對(duì)獲取合格膜層同樣至關(guān)重要。不同的鋁基材料和不同的氧化電解液，具有不同的微弧放電擊穿電壓（擊穿電壓：工件表面剛剛產(chǎn)生微弧放電的電解電壓），微弧氧化電壓一般控制在大于擊穿電壓幾十至上百伏的條件進(jìn)行。氧化電壓不同，所形成的陶瓷膜性能、表面狀態(tài)和膜厚不同，根據(jù)對(duì)膜層性能的要求和不同的工藝條件，微弧氧化電壓可在200～600V 范圍內(nèi)變化。微弧氧化可采用控制電壓法或控制電流法進(jìn)行，控制電壓進(jìn)行微弧氧化時(shí)，電壓值一般分段控制，即先在一定的陽極電壓下使鋁基表面形成一定厚度的絕緣氧化膜層；然后增加電壓至一定值進(jìn)行微弧氧化。當(dāng)微弧氧化電壓剛剛達(dá)到控制值時(shí)，通過的氧化電流一般都較大，可達(dá) 10A/dm2 左右，隨著氧化時(shí)間的延長，陶瓷氧化膜不斷形成與完善，氧化電流逐漸減小，最后小于 1A/dm2。氧化電壓的波形對(duì)膜層性能有一定影響，可采用直流、鋸齒或方波等電壓波形。采用控制電流法較控制電壓法工藝操作上更為方便，控制電流法的電流密度一般為1～8A/dm2?？刂齐娏餮趸瘯r(shí)，氧化電壓開始上升較快，達(dá)到蘇州納磐新材料科技有限公司微弧，電壓上升緩慢，隨著膜的形成，氧化電壓又較快上升，最后維持在一較高的電解電壓下。

4. 溫度與攪拌的影響：與常規(guī)的鋁陽極氧化不同，微弧氧化電解液的溫度允許范圍較寬，可在10～90℃條件下進(jìn)行。溫度越高，工件與溶液界面的水氣化越厲害，膜的形成速度越快，但其粗糙度也隨之增加。同時(shí)溫度越高，電解液蒸發(fā)也越快，所以微弧氧化電解液的溫度一般控制在 20～60℃范圍。由于微弧氧化的大部分能量以熱能的形式釋放，其氧化液的溫度上升較常規(guī)鋁陽極氧化快，故微弧氧化過程須配備容量較大的熱交換制冷系統(tǒng)以控制槽液溫度。雖然微弧氧化過程工件表面有大量氣體析出，對(duì)電解液有一定的攪拌作用，但為保證氧化溫度和體系組分的均一，一般都配備機(jī)械裝置或壓縮空氣對(duì)電解液進(jìn)行攪拌。

5. 微弧氧化時(shí)間的影響：微弧氧化時(shí)間一般控制在 10～60min。氧化時(shí)間越長，膜的致密性越好，但其粗糙度也增加。

6. 陰極材料：微弧氧化的陰極材料采用不溶性金屬材料。由于微弧氧化電解液多為堿性液，故陰極材料可采用碳鋼，不銹鋼或鎳。其方式可采用懸掛或以上述材料制作的電解槽作為陰極。

7. 膜層的后處理：鋁基工件經(jīng)微弧氧化后可不經(jīng)后處理直接使用，也可對(duì)氧化后的膜層進(jìn)行封閉，電泳涂漆，機(jī)械拋光等后處理，以進(jìn)一步提高膜的性能。

五、微弧氧化的設(shè)備

1. 微弧氧化電源設(shè)備：是一種高壓大電流輸出的特殊電源設(shè)備，輸出電壓范圍一般為 0～600V；輸出電流的容量視加工工件的表面積而定，一般要求 6～10A/dm2。電源要設(shè)置恒電壓和恒電流控制裝置，輸出波形視工藝條件可為直流、方波、鋸齒波等波形。

2. 熱交換和制冷設(shè)備：由于微弧氧化過程中工件表面具有較高的氧化電壓并通過較大的電解電流，使產(chǎn)生的熱量大部分集中于膜層界面處，而影響所形成膜層的質(zhì)量，因此微弧氧化必須使用配套的熱交換制冷設(shè)備，使電解液及時(shí)冷卻，保證微弧氧化在設(shè)置的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行?？蓪㈦娊庖翰捎醚h(huán)對(duì)流冷卻的方式進(jìn)行，既能控制溶液溫度，又達(dá)到了攪拌電解液的目的。

六、微弧氧化不足之處

微弧氧化技術(shù)目前仍存在一些不足之處，如工藝參數(shù)和配套設(shè)備的研究需進(jìn)一步完善；氧化電壓較常規(guī)鋁陽極氧化電壓高得多，操作時(shí)要做好安全保護(hù)措施；另電解液溫度上升較快，需配備較大容量的制冷和熱交換設(shè)備。

七、關(guān)于微弧氧化對(duì)于塑膠特性要求

目前筆記本材質(zhì)中高端外殼采用鎂鋁合金等金屬材質(zhì)，考慮到天線信號(hào)問題，需要在A面開天線槽，天線槽的設(shè)計(jì)通常會(huì)會(huì)選取尺寸穩(wěn)定、耐溫好的PPS材質(zhì)進(jìn)行包膠工藝。普通PPS材料因含碳量高，耐燒蝕性差，通常在200多伏電壓時(shí)開始出現(xiàn)燒蝕情況。業(yè)界情況最好的水平是膜厚只能做到2.5μm 左右，電壓在300V，量產(chǎn)性比較差。蘇州納磐新材料科技有限公司歷時(shí)兩年，開發(fā)了一款微弧氧化處理專用PPS材料。

編輯：黃飛