微弧氧化技术是一项从传统阳极氧化基础上发展起来的技术。本课题以6063铝合金为基体材料,对微弧氧化硅酸盐电解液配方及其相适宜的工艺参数进行了系统的实验和研究;运用多种材料现代分析手段,对微弧氧化陶瓷层的组织结构和性能进行了测试,分析了电解液组分以及工艺参数对陶瓷层表面形貌、陶瓷层主要元素分布、陶瓷层内侧、外侧的相组成和磨损性能的影响;通过对电解液电导率的测定以及对正向电流密度和电能密度计算分析,讨论了电解液以及工艺参数对陶瓷层的生长过程的影响机理。实验得到6063铝合金微弧氧化电解液最优配方及与之相适宜的工艺参数为:[Na2SiO3] 8.0g·L-1,[NaOH]2.0g·L-1,[Na2WO4]1.0g·L-1,[C10H14N2O8Na2·2H2O] 2.0g·L-1;正向电压440V,负向电压160V,脉冲频率100Hz。在上述条件下微弧氧化30min可形成完整的陶瓷层。电解液的组成影响电解液的电导率,从而影响微弧氧化过程的击穿电压,导致陶瓷层的生长速度发生变化。脉冲频率影响陶瓷层的表面质量,提高脉冲频率可获得平整均匀的陶瓷层表面,但减慢陶瓷层的生长速度。正向电压对陶瓷层厚度有较弱的线性影响,提高正向电压,陶瓷层的形成速度有所提高,均匀度相应提高;负向电压与层厚之间呈抛物线关系,提高负向电压可明显提高陶瓷层的厚度和均匀度,但其达到一定数值后,层厚的增加速度趋缓。随着微弧氧化过程的延续,陶瓷层厚度不断增长,陶瓷层的均匀度也得以提高,但是氧化时间达到一定程度后,陶瓷层的生长速度变缓。计算结果表明,陶瓷层厚度与通过试样单位面积的正向电量存在非常好的线性对应关系。对陶瓷层的分析表明,铝合金微弧氧化陶瓷层主要由α-Al2O3相、γ-Al2O3相和mullite相组成,各相的质量分数受电压参数影响。正向电压与负向电压的提高,均促进γ-Al2O3向α-Al2O3的转变,并增加陶瓷层外侧的mullite相质量分数。但单独提高正向电压时,陶瓷层的α-Al2O3相的质量分数会出现极值。计算结果表明,陶瓷层的相组成与阳极消耗电能之间存在非常好的线性对应关系。陶瓷层大致分为致密层和疏松层,致密层与铝合金基体以及致密层与疏松层之间的没有明显界线存在;陶瓷层的致密性、附着性、完整性与保护性良好;微弧氧化陶瓷层能够显著提高铝合金基体的耐磨性,特别是大载荷条件下的耐磨性能大幅提高。根据正向电流的变化,微弧氧化陶瓷层的形成过程可以分为初始膜的形成和陶瓷层生长两个阶段。在初始膜的形成阶段,正向电压的提高,通过加快铝基体的电解和阴离子的迁移速度,增大等离子体的离子电流密度,从而决定了初始膜的形成;负向电压的提高通过加速等离子体产生所需析出气体的积累,增大等离子体的电子电流密度,从而促进了初始膜的形成;初始氧化膜对陶瓷层的形成过程具有重要意义。在陶瓷层生长的阶段,正向电压的提高主要是加大了正向脉冲对陶瓷层内外物质的输送作用从而加速陶瓷层的形成,而负向电压则通过促进等离子体的形成及其对已形成绝缘陶瓷层的电击穿和热击穿作用,增加陶瓷层孔洞的数量、扩大物质输送的通道,强化正向电压的作用能力;陶瓷层的厚度、均匀度、形貌以及相组成在此阶段得以最终确定。