豆高雅

摘 要：本文通過一系列的微弧氧化實(shí)驗(yàn)來研究脈數(shù)對(duì)于微弧氧化起弧的影響，實(shí)驗(yàn)在脈寬15 μs峰值電流密度為100和200脈數(shù)變化的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：起弧電壓隨脈數(shù)的改變并沒有明顯的規(guī)律。隨著脈數(shù)的增大，陶瓷層厚度也隨之增加。當(dāng)脈數(shù)逐漸增大時(shí)，膜層表面的粗糙度逐漸減??；當(dāng)脈數(shù)繼續(xù)增大時(shí)，膜層表面的粗糙度趨于穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：脈數(shù)改變；起弧電壓；陶瓷層厚度；膜層表面；粗糙度

1 前言

微弧氧化技術(shù)是一項(xiàng)新型的鋁、鎂、鈦等輕質(zhì)合金表面改性技術(shù)[1-3]。該技術(shù)把氧化鋁的陶瓷性能與鋁合金的金屬性能有機(jī)的結(jié)合起來，使材料具有更加廣泛的物理化學(xué)特性以適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)對(duì)材料提出的更高的要求。鋁合金具有密度小、比強(qiáng)度高和易成型等優(yōu)點(diǎn)，但耐蝕性和耐磨性較差。微弧氧化是一種新興的表面處理技術(shù)，具有工藝簡(jiǎn)單、效率高、無污染、處理工件能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[4-8]。采用微弧氧化技術(shù)可在鋁表面形成堅(jiān)硬致密的晶態(tài)氧化膜，鋁合金微弧氧化膜的厚度可以很厚，硬度大且與基體結(jié)合緊密，極大的改善了鋁合金耐磨損、耐腐蝕、耐熱沖擊及絕緣性能[9-14]。

但是目前限制微弧氧化技術(shù)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的主要障礙是其電能消耗高，還存在一些不足之處，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；以及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。所以研究低能耗微弧氧化技術(shù)具有十分重大的實(shí)際意義[15-16]。通過實(shí)驗(yàn)研究脈寬，脈數(shù)對(duì)鋁，鎂等輕質(zhì)合金表面的陶瓷層生長(zhǎng)的影響，從而制定出更加科學(xué)合理，低能耗的環(huán)保工藝。采用高起弧電壓的溶液，通過峰值電流控制模式，研究脈寬、脈數(shù)及等因素對(duì)微弧氧化陶瓷層的生長(zhǎng)的影響，對(duì)于降低微弧氧化能耗具有重大意義。

微弧氧化膜具有硬度高，耐磨性能好，耐蝕性能好，抗高溫沖擊性能好，絕緣性能優(yōu)良，膜層結(jié)合力好，操作簡(jiǎn)單，工藝環(huán)保的特性。所以研究過壓擊穿下能量輸出模式對(duì)微弧氧化陶瓷層持續(xù)生長(zhǎng)的影響。對(duì)各種能量模式下陶瓷層生長(zhǎng)速度進(jìn)行測(cè)定及在階梯式能量輸出模式下陶瓷層生長(zhǎng)速度的測(cè)定。小到10 μs脈寬、高到1500 V的電壓，在過壓擊穿的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，研究單脈沖對(duì)微弧氧化的影響。研究難點(diǎn)在于過壓擊穿下能量輸出模式影響微弧氧化的機(jī)理和對(duì)臨界起弧的界定。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)原料

本課題所用材料為工業(yè)純鋁，具有高的可塑性、耐蝕性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，但強(qiáng)度低，熱處理不能強(qiáng)化可切削性不好；可氣焊、氫原子焊和接觸焊，不易釬焊；易承受各種壓力加工和引伸、彎曲。

2.2 試樣尺寸

本課題中，考慮到盡可能大的處理面積以排除計(jì)算能量消耗率時(shí)的系統(tǒng)誤差，故試驗(yàn)究中采用鋁板試樣的尺寸為50 × 50 × 3 mm，分別在各個(gè)試樣上邊緣中部鉆出Φ2.8的通孔用于連接陽極。 其示意圖如圖1所示。

2.3 試樣制備

在本課題中先將鋁板材用剪板機(jī)剪成成所需尺寸的試樣，接著在鋁合金試樣靠近一側(cè)邊緣的中間部位鉆Φ2.8的圓孔，以便微弧氧化時(shí)與電極連接，在將試樣用砂紙去掉邊緣毛刺，氧化膜，打磨掉棱角以便減少尖端放弧現(xiàn)象。

2.4 陶瓷層厚度

電渦流測(cè)厚法主要應(yīng)用于金屬基體上各種非金屬涂鍍層無損傷的測(cè)量。利用高頻交流電在作為探頭的線圈中產(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)，將探頭與覆蓋層接觸時(shí)，就在金屬材料中形成渦流，并對(duì)測(cè)頭中的線圈產(chǎn)生反饋?zhàn)饔?，且隨與金屬體的距離減小而增大，該渦流會(huì)影響探頭線圈的磁通，故此反饋?zhàn)饔昧渴潜硎咎筋^與基體金屬之間間距大小的一個(gè)量值，因?yàn)樵摐y(cè)頭用在非鐵磁金屬基體上測(cè)量覆層厚度，所以通常我們稱該測(cè)頭為非磁性測(cè)頭。非磁性測(cè)頭一般采用高頻高導(dǎo)磁材料做線圈鐵芯，常用鉑鎳合金及其它新材料制作。為了使得到陶瓷層的厚度更為準(zhǔn)確，對(duì)試樣兩面各取5個(gè)測(cè)量點(diǎn)，取10個(gè)點(diǎn)厚度的平均值作為陶瓷層厚度。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 脈數(shù)對(duì)微弧氧化起弧條件的影響

將試樣放入電解液中，當(dāng)回路中有電流通過時(shí)，陰極和陽極的表面便發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生氣體。試樣表面發(fā)生火花放電現(xiàn)象之前，首先發(fā)生陽極氧化，其結(jié)果是在試樣的表面形成一層疏松多孔的氧化膜（Al2O3），陽極表面產(chǎn)生的氣體一部分逸出，一部分存在于氧化膜的孔洞之中；繼續(xù)提高處理電壓，在氣泡兩端電壓達(dá)到一定值時(shí)，該氣泡被擊穿，產(chǎn)生火花放電，此時(shí)的處理電壓稱為試樣的起弧電壓，所用的時(shí)間成為起弧時(shí)間。

為了研究脈數(shù)對(duì)微弧氧化起弧條件的影響，我們?cè)诓煌妳?shù)下做了3組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)條件為：脈寬15 μs，峰值電流密度100 A/dm2；脈寬15 μs，峰值電流密度200 A/dm2；脈寬20 μs，峰值電流密度200 A/dm2，而脈數(shù)的取值分別為：550、700、1100、1400、1650。表2為3組實(shí)驗(yàn)參數(shù)下測(cè)得的起弧時(shí)間及起弧電壓。對(duì)表2中數(shù)據(jù)做圖得到圖2。

在圖2中，圖示■曲線為脈寬15，峰值電流密度100 A/dm2，◆曲線為脈寬15，峰值電流密度200 A/dm2，▲曲線為脈寬20，峰值電流密度200 A/dm2，脈數(shù)分別為550，700，1100，1400，1650時(shí)起弧時(shí)間的對(duì)比。從圖中可以看到，三條曲線都是逐步降低的，也就是說隨著脈數(shù)的增加，起弧時(shí)間是逐步減小的。這種情況是因?yàn)樵谖⒒⊙趸鸹∏埃嚇由峡偸且梢粚咏^緣層，也稱為阻抗層，當(dāng)阻抗層達(dá)到一定厚度時(shí)，也就是說阻抗層的電阻達(dá)到一定值時(shí)，試樣兩端的電壓就可以擊穿阻抗層中較為薄弱的地方，從而產(chǎn)生微弧放電，微弧氧化得以進(jìn)行。而阻抗層的生長(zhǎng)和作用于試樣上的能量有著必然的聯(lián)系，當(dāng)給到試樣上的能量增加時(shí)，試樣上的阻抗層生長(zhǎng)就會(huì)變快，所以隨著脈數(shù)的增加，其他電參數(shù)不變的時(shí)候，由于單脈沖的能量沒有變化，但是單位時(shí)間內(nèi)作用于試樣上的脈沖的個(gè)數(shù)增加了，這樣也就是說作用于試樣上的總能量增加了，就導(dǎo)致了阻抗層生長(zhǎng)速度的增加，也就使試樣兩端的電壓提前達(dá)到了擊穿電壓，從而起弧，微弧氧化得以進(jìn)行[13]。從圖中可以看出，峰值電流密度對(duì)微弧氧化起弧時(shí)間的影響較大，在峰值電流密度比較小的時(shí)候，脈數(shù)對(duì)微弧氧化起弧時(shí)間的影響比較明顯（起弧時(shí)間從300 s縮短到100 s以內(nèi)），而當(dāng)峰值電流密度較大的時(shí)候，脈數(shù)對(duì)微弧氧化起弧時(shí)間的影響略微減小，而脈寬增大的時(shí)候，脈數(shù)對(duì)對(duì)微弧氧化起弧時(shí)間的影響也略微減小，這就說明了微弧氧化的起弧過程至少是這3個(gè)參數(shù)共同作用的結(jié)果，而在本實(shí)驗(yàn)中只討論脈數(shù)對(duì)于微弧氧化起弧的影響。

從表2中可以看出，在3組不同的實(shí)驗(yàn)中，起弧電壓隨脈數(shù)的改變并沒有明顯的規(guī)律，當(dāng)峰值電流密度為200 A/dm2時(shí)，起弧電壓在400 V左右，而當(dāng)峰值電流密度為100 A/dm2時(shí)，起弧電壓在300 V左右，造成這種情況可能是因?yàn)橛绊懫鸹‰妷褐饕蛩厥欠逯惦娏髅芏取?/p>

3.2 脈寬15 μs峰值電流密度200 A/dm2時(shí)脈數(shù)對(duì)電壓變化和陶瓷層生長(zhǎng)的影響

3.2.1 脈數(shù)變化對(duì)電壓變化的影響

這里所用到的的電壓值是從微弧氧化電源供電開始，電流開始上升的時(shí)候開始記錄，當(dāng)微弧氧化過程開始后，也就是起弧后，對(duì)試樣進(jìn)行處理5 min后結(jié)束記錄。

記錄的數(shù)據(jù)作圖后如圖3所示，從圖中可以看出，電壓的變化基本可以分為3個(gè)階段：電壓急速上升階段；電壓上升減緩階段；電壓趨向于平穩(wěn)。在微弧氧化的初期（0 ～ 10 s內(nèi)），電壓成直線上升狀，這是因?yàn)樵谶@個(gè)階段內(nèi)，電流還在逐漸上升，而且試樣上的阻抗層也在迅速生成，這就使得兩者的乘積、電壓急速上升。在隨后的一個(gè)階段內(nèi)電壓的上升勢(shì)頭減緩，在這個(gè)階段，電流達(dá)到預(yù)定大小從而穩(wěn)定不變，而阻抗層在繼續(xù)生成，所以試樣兩端的電壓繼續(xù)上升，而起弧也基本發(fā)生在此階段后期。而下一個(gè)階段，電壓的增長(zhǎng)速度變慢從而趨向于穩(wěn)定，這是因?yàn)樵诖穗A段前起弧已經(jīng)發(fā)生，此時(shí)在試樣上的阻礙電流通過的主要成分是微弧氧化所生成的陶瓷層，而相比于起弧前試樣上的阻抗層，陶瓷層的生長(zhǎng)速度明顯要慢，所以試樣兩端的電壓增長(zhǎng)也就變慢，當(dāng)陶瓷層生長(zhǎng)到一定厚度之后，現(xiàn)有的電參數(shù)已經(jīng)不能滿足陶瓷層的繼續(xù)生長(zhǎng)，此時(shí)電壓就趨于穩(wěn)定而不在增長(zhǎng)。

從圖3中可以看到最下方標(biāo)注■一條曲線，也就是脈數(shù)550的曲線，并沒有明顯的3個(gè)階段，這是可能是因?yàn)槊}數(shù)太少而峰值電流密度又不夠大使得單位時(shí)間內(nèi)的能量太少，而使得阻抗層和陶瓷層的成長(zhǎng)都很慢，從而使電壓的增長(zhǎng)也很慢。在這一組試樣中所觀測(cè)到的各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在表3。

3.2.2 脈數(shù)對(duì)陶瓷層厚度的影響

在其他電參數(shù)相同的條件下，隨著脈數(shù)的增大，陶瓷層厚度也隨之增加，圖4為根據(jù)表3中厚度數(shù)據(jù)所做，其中的厚度值為起弧后5 min微弧氧化處理的樣品的厚度值，在多點(diǎn)測(cè)量后取所測(cè)得的數(shù)據(jù)中的大值。當(dāng)脈數(shù)較小如550時(shí)，所生成的陶瓷膜厚度為3.4 μm，而當(dāng)脈數(shù)增大到1650時(shí)，所生成的陶瓷膜厚度增大到7.9 μm。當(dāng)脈數(shù)從700增加到1100時(shí)陶瓷膜層厚度增加并不明顯，因?yàn)樵谖⒒⊙趸^程中，每次擊穿時(shí)都會(huì)擊穿一定量的陶瓷層，隨著微弧氧化過程的進(jìn)行，陶瓷層的厚度會(huì)越來越厚，每次都會(huì)有很多量的陶瓷層重復(fù)被擊穿，從而影響了陶瓷層的生長(zhǎng)速度，使陶瓷層的平均生長(zhǎng)速度下降[16]。陶瓷層生長(zhǎng)過程占據(jù)了微弧氧化過程的大部分時(shí)間，因而是微弧氧化處理的主要過程。

3.3 脈寬20 μs峰值電流密度200 A/dm2時(shí)脈數(shù)對(duì)電壓變化和陶瓷層生長(zhǎng)的影響

3.3.1脈數(shù)變化對(duì)電壓變化的影響

這里所描述的電壓指的是從開始供給電流時(shí)開始記錄一直到起弧之后微弧氧化處理5分鐘之后結(jié)束，對(duì)電壓數(shù)據(jù)做隨時(shí)間變化曲線如圖5。

從圖5可以看出電壓變化曲線如同圖3中的一樣都可以分為三個(gè)不同的階段，第一階段因?yàn)殡娏鞯脑龃蠛蜆悠繁砻孀杩箤拥脑龊裨斐呻妷褐狄院艽蟮乃俾噬仙?，第二階段電流穩(wěn)定不變而樣品表面的阻抗層繼續(xù)增大，電壓上升的速率較第一階段減緩，第三階段在起弧后因?yàn)闃悠繁砻娴奶沾蓪拥碾娮柙黾铀俾蕸]有阻抗層電阻增加速率快，所以電壓增長(zhǎng)速率進(jìn)一步減小，而當(dāng)樣品表面的陶瓷層增長(zhǎng)到一定厚度之后，電壓趨于穩(wěn)定不在增加。

和圖3中脈數(shù)為550的曲線對(duì)比，圖5中脈數(shù)為550的曲線明顯有三個(gè)階段的變化，這是因?yàn)槊}寬的增大，導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)的能量增多，使得陶瓷層的增長(zhǎng)速度比脈寬15 μs時(shí)要快，所以電壓的增長(zhǎng)速度也變快。

在本組實(shí)驗(yàn)中所觀測(cè)的的數(shù)據(jù)及微弧氧化處理后的試樣表面陶瓷層的厚度如表4。

3.3.2 不同脈數(shù)對(duì)陶瓷層厚度的影響

在其它電參數(shù)相同的條件下，隨著脈數(shù)的增大，陶瓷層厚度也隨之增加，厚度為起弧后5 min所測(cè)。從圖6可以看出，在脈數(shù)550到700時(shí)的厚度增加較大，但在脈數(shù)700到1100時(shí)增加相對(duì)較小，從脈數(shù)1100到1650，陶瓷層厚度增加的程度又相對(duì)較大。膜層厚度的增加，相當(dāng)于增加了其等效電路內(nèi)的電阻，導(dǎo)致電流密度會(huì)隨之降低，單脈沖的放電能量也隨之越來越小，膜層厚度的增長(zhǎng)速率也變得越來越緩慢，但此時(shí)電解液的溫度還是增加的，堿性電解液對(duì)膜層表面的腐蝕程度也是越來越劇烈，此時(shí)對(duì)于膜層厚度來說，總的趨勢(shì)是減小的。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，其膜層厚度會(huì)越來越??；頻率較高時(shí)，由于溫度升高的較慢，腐蝕程度也較低，所以，此時(shí)的膜層厚度會(huì)高于低頻時(shí)的膜層厚度。膜層厚度的趨勢(shì)總體是增加的。

3.4 脈寬20 μs峰值電流密度200A/dm2時(shí)脈數(shù)對(duì)陶瓷層表面微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖7中的SEM掃描照片是在電參數(shù)為脈寬15 μs，峰值電流密度200 A/dm2而脈數(shù)分別為550（a），700（b），1100（c），1400（d），1650（e）時(shí)的條件下微弧氧化起弧后繼續(xù)進(jìn)行5 min處理后所制備的陶瓷層表面形貌掃描照片，放大倍數(shù)為1000倍。隨著脈數(shù)的升高，加在試樣兩端的電壓逐漸升高，當(dāng)脈數(shù)不低于500 Hz時(shí)，隨著脈數(shù)的增加，加在試樣兩端的電壓變化不大。脈數(shù)的大小可以明顯地改變陶瓷層的相結(jié)構(gòu)，在較大脈數(shù)下膜層中的非晶態(tài)組織要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于低頻試樣。

微弧氧化陶瓷層表面有許多大小不一的微孔，孔無規(guī)律地分布在呈凸起狀陶瓷顆粒的中間位置或邊緣，這些孔洞互不連通，形成微孔鑲嵌的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。這些分布在氧化膜表面且互不連通的氣孔是微弧氧化過程中等離子體的放電通道，等離子放電最大可能在膜層的薄弱環(huán)節(jié)（如孔洞）產(chǎn)生。當(dāng)脈數(shù)減小時(shí)，氧化膜表面的微孔孔徑逐漸減小，數(shù)目有所增多，膜層表面更為平整。

微弧氧化是一個(gè)擊穿、熔融氧化、凝固、再擊穿的循環(huán)過程。當(dāng)電流密度較小時(shí)，每次擊穿產(chǎn)生的熔融氧化區(qū)小，從而使陶瓷層表面形成的微孔孔徑較小，陶瓷層比較致密。脈數(shù)增加所引起的單位時(shí)間內(nèi)脈沖次數(shù)的增加是主導(dǎo)因素，因而試樣表面可能發(fā)生擊穿的部位及同一部位發(fā)生的擊穿次數(shù)都會(huì)增加，加快了陶瓷層整體增厚速率，所以厚度會(huì)隨著脈數(shù)的增加而增加。但是隨著陶瓷層的增厚，尤其在微弧氧化的后期，微弧擊穿變得困難，需要更高的外加電壓，每次擊穿產(chǎn)生的熔融氧化區(qū)較大，生成的小顆粒尺寸和放電微孔的孔徑都變大，所以最終生成陶瓷層的表面粗糙度也增加。當(dāng)脈數(shù)逐漸增大時(shí)，膜層表面的粗糙度逐漸減小；當(dāng)脈數(shù)繼續(xù)增大時(shí)，膜層表面的粗糙度趨于穩(wěn)定。由圖7可看出，脈數(shù)對(duì)陶瓷膜層粗糙度的影響較小。低頻下陶瓷層表面殘留大量放電氣孔，微孔周圍可明顯看到熔化的痕跡，形成的晶粒燒融在一起，孔隙大而深。高頻下表面呈細(xì)小顆粒狀，整個(gè)表面也較致密，且晶粒上放電微孔孔徑小而且分布均勻，與低頻狀態(tài)下相比，微孔的數(shù)量也急劇減少，而這些微孔為等離子體放電通道，由此也可解釋高頻起弧時(shí)間短的原因。

3.5 脈寬20 μs峰值電流密度200 A/dm2時(shí)脈數(shù)下對(duì)陶瓷層橫截面微觀形貌的影響

圖8，圖9，圖10為陶瓷層橫截面的SEM形貌照片，陶瓷層主要由α-Al2O3和γ- Al2O3兩相組成。外層（圖左）主要是γ-Al2O3，由照片可以看出，組織結(jié)構(gòu)疏松，并且有很多孔洞存在，因此稱之為疏松層。內(nèi)層主要是由剛玉結(jié)構(gòu)的α-Al2O3相構(gòu)成，因此膜層致密，硬度高，是防腐蝕、耐磨損的主要工作層，稱之為致密層。致密層與基體呈犬牙交錯(cuò)狀，屬于冶金結(jié)合，非常牢固。純鋁微弧氧化陶瓷膜有疏松層和致密層兩層結(jié)構(gòu)，膜層硬度高，可以有效地保護(hù)純鋁基體材料。

在微弧氧化膜中，除穩(wěn)態(tài)α-Al2O3相、亞穩(wěn)態(tài)γ-Al2O3相機(jī)構(gòu)外，還有不定性組織（溶液中與Al結(jié)合的硅酸鹽結(jié)構(gòu)），等離子體形成新的氧化條件后，不但不會(huì)溶解掉原氧化膜，而且還會(huì)在原氧化膜上生成新的氧化膜，從而使氧化膜的厚度增加，隨著氧化膜厚度的增加，使該區(qū)域的微弧會(huì)自動(dòng)消失。由于在電場(chǎng)的作用下，微弧會(huì)在其他氧化膜薄弱環(huán)節(jié)中出現(xiàn)。因此，微弧氧化的過程中，在工作的表面上會(huì)看到許許多多跳動(dòng)的微弧點(diǎn)。

頻率的增加，使得單個(gè)脈沖的放電時(shí)間縮短，放電能量降低，但增加了同一時(shí)間內(nèi)的放電次數(shù)，對(duì)于本試驗(yàn)來說，較低的放電能量在陶瓷層上釋放的次數(shù)得到增加，而這部分能量很難用來增加膜厚，更多的是用在了膜層表面致密層的增加上，所以硬度越來越大。

3.6 脈數(shù)變化對(duì)于起弧能量的影響

電源的電參數(shù)對(duì)膜層的影響就是脈沖能量對(duì)膜層的影響。電源的各個(gè)電參數(shù)都可以歸結(jié)為脈沖能量的作用，微弧放電的火花就是脈沖能量的直接外在表現(xiàn)，陶瓷膜層就是這種能量的作用結(jié)果。單脈沖能量由這些電參數(shù)共同作用、共同影響。電源的控制方式?jīng)Q定了脈沖能量的施加方式，因此間接地影響了膜層的性能。脈寬相同，脈數(shù)多的時(shí)候，單位時(shí)間內(nèi)的總能量增大，但是單脈沖能量不變。當(dāng)脈數(shù)較低時(shí)，脈沖作用時(shí)間長(zhǎng)，微弧放電的持續(xù)時(shí)間相應(yīng)也長(zhǎng)，單脈沖放電能量大，導(dǎo)致膜層表面微孔尺寸增大，致密層比例降低，因而表面粗糙度增加，結(jié)合強(qiáng)度降低；當(dāng)脈數(shù)較高時(shí)，由于放電時(shí)間短、放電次數(shù)多，所以微孔孔徑減小，密度增加，粗糙度相應(yīng)降低。在脈數(shù)較低時(shí)，隨脈數(shù)的增大，放電次數(shù)增多，膜層生長(zhǎng)速率增大，當(dāng)增加到一定程度時(shí)，雖然放電次數(shù)增多，但單脈沖放電時(shí)間縮短，放電能量減小，過短的反應(yīng)時(shí)間影響了反應(yīng)的充分進(jìn)行，因而膜層生長(zhǎng)速率開始下降。

起弧能量是對(duì)起弧前的電壓曲線對(duì)時(shí)間求積分并乘以平均電流。指的是在起弧前所耗費(fèi)的能量。起弧能量計(jì)算式如下式：

式中Ia——平均電流；V——電壓，t——時(shí)間， ΔT——脈寬，N——脈數(shù)。

對(duì)于電參數(shù)為脈寬15 μs、峰值電流密度為100 A/dm2時(shí)起弧能量計(jì)算結(jié)果如下表5。

電參數(shù)為脈寬15 μs、峰值電流密度為200 A/dm2時(shí)的起弧能量如下表6所示。

對(duì)表5和表6中數(shù)據(jù)作圖，得到圖11。

從圖11中可以看出當(dāng)電流密度較小時(shí)，起弧能量的變化隨脈數(shù)的變化先增大后減小，當(dāng)脈數(shù)從550增加到700時(shí)，起弧能量略微增加，而當(dāng)脈數(shù)繼續(xù)增大時(shí)，起弧能量明顯減少，造成這樣的原因可能是脈數(shù)的增加使得試樣表面阻抗層的生長(zhǎng)速度有了明顯的增加，這樣就是的起弧的時(shí)間減少，從而使起弧能量減少。而當(dāng)電流密度較大時(shí)，起弧能量隨脈數(shù)的增加呈先減少后穩(wěn)定的趨勢(shì)，脈數(shù)在小于1100時(shí)，脈數(shù)的增加使得試樣表面阻抗層增加速率變快，而當(dāng)脈數(shù)大于1100時(shí)，脈數(shù)對(duì)阻抗層增加速率的影響減弱，所以曲線趨于穩(wěn)定。

4 結(jié)論

本課題通過一系列的微弧氧化實(shí)驗(yàn)來研究脈數(shù)對(duì)于微弧氧化起弧的影響，實(shí)驗(yàn)在脈寬15 μs峰值電流密度為100和200脈數(shù)變化（550、700、1100、1400、1650）的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行，在脈寬和峰值電流密度一定的條件下，得到如下結(jié)論：

（1）隨著脈數(shù)的增加，電壓增長(zhǎng)速度隨之加快，并且能達(dá)到的最大電壓值也隨之增加。

（2）隨著脈數(shù)的增加，起弧時(shí)間明顯縮短。

（3）脈數(shù)增加，陶瓷膜層厚度也隨之增加。

（4）隨著脈數(shù)的增大，陶瓷膜層表面孔的數(shù)量減少，孔徑變大，粗糙度增大。

（5）脈數(shù)的逐漸增大使起弧能量逐漸減小。

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Abstract： In this paper， the effect of pulse number on arcing of micro-arc oxidation is studied by a series of experiments of micro-arc oxidation. The experiment was carried out under the condition that the peak current density of the pulse width 15 μs was 100 and 200 pulses. The experimental results showed that the arc starting voltage changed with the pulse number， and with the increase of the pulse number. When the number of pulses increases， the surface roughness decreases gradually， and when the pulse number increases， the surface roughness tends to be stable.

Keywords： Pulse number change； Arc starting Voltage； Ceramic layer thickness； Film Surface； Roughness