筆電錶面處理——微弧氧化工藝介紹

目前筆主流記本電腦廠商開始採用比較新穎的鎂鋁合金材質，如微軟、三星、戴爾、聯想、LG的部分高端產品都已應用微弧氧化工藝，其他筆電終端也在相繼導入，現小編給大家介紹一下微弧氧化工藝相關的知識。

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電參數的組合，在鋁、鎂、鈦等金屬及其合金表面依靠弧光放電產生的瞬時高溫高壓作用，原位生長出以基體金屬氧化物為主的陶瓷膜層。微弧氧化技術處理最多的材料為鎂、鋁、鈦及其合金，另外鉭、鈮、鋯、鈹等材料表面均可以直接進行微弧氧化，故該技術有廣闊的應用前景。

二、微弧氧化技術特點

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）、內部緻密的陶瓷層。 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，摩擦係數0.48 提高50倍左右。

3. 高耐蝕性

耐中性鹽霧腐蝕（按國標）≥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，範圍根據基材熔點溫度 有良好的絕緣性能，絕緣電阻膜阻>100MΩ 絕緣耐壓>5000V/秒。

5. 高結合力

基體原位生長陶瓷膜，膜層與基底金屬結合力強,陶瓷膜緻密均勻，剪切強度330MPa，拉伸強度370MPa。

備註：以上測試參數是基於鋁合金材質得出，如筆電上鎂合金微弧氧化表面性能要稍差。

三、微弧氧化技術工藝流程及參數

1. 微弧氧化技術工藝流程

主要包含三部分：鋁基材料的前處理，微弧氧化，後處理三部分

其工藝流程如下：鋁基工件→化學除油→清洗→微弧氧化→清洗→後處理→成品檢驗。

2. 微弧氧化電解液組成及工藝條件：

a:工藝參數一：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℃；陰極材料為不鏽鋼板；電解 方式為先將電壓迅速上升至 300V，並保持 5～10s，然後將陽極氧化電壓上升至 450V，電解5～10min。

b:工藝參數二：兩步電解法，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：將經第一步微弧氧化後的鋁基工件水洗後在70g/L 的Na3P2O7 水溶液中以 1A/dm2 的陽極電流氧化 15min。陰極材料為：不鏽鋼板；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的影響：微弧氧化技術對鋁基工件的合金成分要求不高，對一些普通陽極氧化難以處理的鋁合金材料，如含銅、高矽鑄鋁合金的均可進行微弧氧化處理。對工件表面狀態也要求不高，一般不需進行表面拋光處理。對於粗糙度較高的工件，經微弧氧化處理後表面得到修復變得更均勻平整；而對於粗糙度較低的工件，經微弧氧化後，表面粗糙度有所提高。

2. 電解質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關鍵。不同的電解液成分及氧化工藝參數，所得膜層的性質也不同。微弧氧化電解液多採用含有一定金屬或非金屬氧化物鹼性鹽溶液（如矽酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等），其在溶液中的存在形式最好是膠體狀態。溶液的 pH 範圍一般在9～13之間。根據膜層性質的需要，可添加一些有機或無機鹽類作為輔助添加劑。在相同的微弧電解電壓下，電解質濃度越大，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獲取合格膜層同樣至關重要。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：工件表面剛剛產生微弧放電的電解電壓），微弧氧化電壓一般控制在大於擊穿電壓幾十至上百伏的條件進行。氧化電壓不同，所形成的陶瓷膜性能、表面狀態和膜厚不同，根據對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 範圍內變化。微弧氧化可採用控制電壓法或控制電流法進行，控制電壓進行微弧氧化時，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；然後增加電壓至一定值進行微弧氧化。當微弧氧化電壓剛剛達到控制值時，通過的氧化電流一般都較大，可達 10A/dm2 左右，隨著氧化時間的延長，陶瓷氧化膜不斷形成與完善，氧化電流逐漸減小，最後小於 1A/dm2。氧化電壓的波形對膜層性能有一定影響，可採用直流、鋸齒或方波等電壓波形。採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。控制電流氧化時，氧化電壓開始上升較快，達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，最後維持在一較高的電解電壓下。

4. 溫度與攪拌的影響：與常規的鋁陽極氧化不同，微弧氧化電解液的溫度允許範圍較寬，可在10～90℃條件下進行。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。同時溫度越高，電解液蒸發也越快，所以微弧氧化電解液的溫度一般控制在 20～60℃範圍。 由於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鋁陽極氧化快，故微弧氧化過程須配備容量較大的熱交換製冷系統以控制槽液溫度。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械裝置或壓縮空氣對電解液進行攪拌。

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

6. 陰極材料：微弧氧化的陰極材料採用不溶性金屬材料。由於微弧氧化電解液多為鹼性液，故陰極材料可採用碳鋼，不鏽鋼或鎳。其方式可採用懸掛或以上述材料製作的電解槽作為陰極。

7. 膜層的後處理：鋁基工件經微弧氧化後可不經後處理直接使用，也可對氧化後的膜層進行封閉，電泳塗漆，機械拋光等後處理，以進一步提高膜的性能。

五、微弧氧化的設備

1. 微弧氧化電源設備：是一種高壓大電流輸出的特殊電源設備，輸出電壓範圍一般為 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。電源要設置恆電壓和恆電流控制裝置，輸出波形視工藝條件可為直流、方波、鋸齒波等波形。

2. 熱交換和製冷設備：由於微弧氧化過程中工件表面具有較高的氧化電壓並通過較大的電解電流，使產生的熱量大部分集中於膜層界面處，而影響所形成膜層的質量，因此微弧氧化必須使用配套的熱交換製冷設備，使電解液及時冷卻，保證微弧氧化在設置的溫度範圍內進行。可將電解液採用循環對流冷卻的方式進行，既能控制溶液溫度，又達到了攪拌電解液的目的。

六、微弧氧化不足之處

微弧氧化技術目前仍存在一些不足之處，如工藝參數和配套設備的研究需進一步完善；氧化電壓較常規鋁陽極氧化電壓高得多，操作時要做好安全保護措施；另電解液溫度上升較快，需配備較大容量的製冷和熱交換設備。

七、關於微弧氧化對於塑膠特性要求

目前筆記本材質中高端外殼採用鎂鋁合金等金屬材質，考慮到天線信號問題，需要在A面開天線槽，天線槽的設計通常會會選取尺寸穩定、耐溫好的PPS材質進行包膠工藝。 普通PPS材料因含碳量高，耐燒蝕性差，通常在200多伏電壓時開始出現燒蝕情況。業界情況最好的水平是膜厚只能做到2.5μm 左右，電壓在300V，量產性比較差。蘇州納磐新材料科技有限公司歷時兩年，開發了一款微弧氧化處理專用PPS材料。大家可以參看《適應於筆電的微弧氧化PPS材料介紹》。

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2：金豐鋁製品太倉有限公司

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