基于微弧氧化技術(shù)耐磨減摩涂層的研究進(jìn)展

馬圣林，張蓬予，朱新河，于洪飛，付景國，馬春生

基于微弧氧化技術(shù)耐磨減摩涂層的研究進(jìn)展

馬圣林，張蓬予，朱新河，于洪飛，付景國，馬春生

（大連海事大學(xué) 輪機(jī)工程學(xué)院，遼寧 大連 116026）

輕金屬材料（鋁、鎂、鈦及其合金等）具有質(zhì)輕、比強(qiáng)度高等優(yōu)良性能，被廣泛應(yīng)用于航天航空、汽車電子、海洋工程等機(jī)械領(lǐng)域，但化學(xué)性質(zhì)活潑易腐蝕、硬度低易磨損等性質(zhì)限制了其使役壽命及使用范圍。為提升輕質(zhì)材料表層界面的耐腐蝕性能和摩擦學(xué)性能，微弧氧化作為有效的表面強(qiáng)化技術(shù)得到了廣泛研究。對基于微弧氧化處理鋁、鎂、鈦及其合金表面，并采用復(fù)合技術(shù)制備耐磨、減摩復(fù)合涂層的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了一個(gè)系統(tǒng)的總結(jié)。將復(fù)合技術(shù)分為三類：第一類，前處理（機(jī)械預(yù)處理、預(yù)置膜層）+微弧氧化；第二類，微弧氧化直接復(fù)合技術(shù)（減摩復(fù)合、抗磨復(fù)合）；第三類，微弧氧化+后處理（拋光、重熔、固體潤滑涂層）。介紹了三類復(fù)合技術(shù)的制備工藝、注意事項(xiàng)，分析了其對運(yùn)動(dòng)摩擦副部件摩擦學(xué)性能的影響及優(yōu)化方向。最后，指出了微弧氧化陶瓷膜層在摩擦學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域所面臨的挑戰(zhàn)，并從陶瓷膜層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制備、增強(qiáng)韌性、降低對基體疲勞性能的影響和摩擦潤滑機(jī)理等方面展望了其發(fā)展方向。

微弧氧化；復(fù)合技術(shù)；復(fù)合涂層；抗磨減摩

鋁、鎂、鈦及其合金因具有低密度、高比強(qiáng)度、高比剛度等優(yōu)點(diǎn)，在汽車、電子通信、航天航空、國防以及醫(yī)療器械等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景[1-2]。然而，由于其自身的一些缺點(diǎn)，如表面硬度低、耐磨性差、耐腐蝕性差、高溫抗氧化能力差等，限制了其在摩擦學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，摩擦磨損通常發(fā)生在表面層，通過合理的表面強(qiáng)化技術(shù)，可有效提高界面表層的減摩和耐磨性能[3-4]。目前常用的金屬表面處理技術(shù)一般分為兩類：（1）表面合金法（離子注入、滲氮、滲碳或碳氮共滲等）以及熱處理（火焰淬火、感應(yīng)淬火、冷激鑄造等）改善金屬表面的化學(xué)成分和組織，但此類技術(shù)多應(yīng)用于鋼鐵等黑色金屬；（2）表面涂覆法（熱噴涂、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、激光熔覆等）在金屬表面制備耐磨減摩涂層，但大多需要高溫氣氛環(huán)境且操作復(fù)雜，同時(shí)普遍存在涂層與金屬結(jié)合力低、基體承載能力有限等問題，易導(dǎo)致涂層在非均勻載荷下脫落失效的現(xiàn)象[5-12]。

微弧氧化（Microarc Oxidation，MAO）又稱等離子體電解氧化（Plasma Electrolytic Oxidation, PEO），作為近年來發(fā)展起來的用于有色金屬表面強(qiáng)化改性的新技術(shù)，是一種在含特定離子的電解質(zhì)水溶液中，利用微弧放電在鋁、鎂、鈦等有色金屬及其合金表面原位生長陶瓷氧化膜層的新技術(shù)，具有環(huán)保、簡單、經(jīng)濟(jì)、高效等優(yōu)點(diǎn)[13-14]。研究表明，陶瓷膜層與基體為冶金結(jié)合方式，具有良好的結(jié)合強(qiáng)度，由內(nèi)部致密層和外部疏松多孔層組成其典型結(jié)構(gòu)，且一般具有較高的硬度，鋁合金微弧氧化陶瓷膜層以Al2O3為主相，硬度可達(dá)到800~2000HV；鎂合金微弧氧化陶瓷膜層以MgO為主相，硬度可達(dá)到300~600HV；鈦合金微弧氧化陶瓷膜層以TiO2為主相時(shí)，硬度可達(dá)到600~800HV[15]，陶瓷膜層由于硬度的提高，明顯改善了表面的耐磨性能。但陶瓷膜層固有的微弧放電通道、裂紋的存在，使得表面呈現(xiàn)疏松多孔結(jié)構(gòu)，在干摩擦工況下表現(xiàn)出較高的摩擦系數(shù)，摩擦學(xué)應(yīng)用過程中，較高的摩擦系數(shù)不僅會(huì)加速自身的磨損失效，同時(shí)還會(huì)加劇對偶材料的磨損[16-18]，為解決這一問題，大多學(xué)者通過對電參數(shù)（正負(fù)向電壓、電流密度、占空比、頻率、氧化時(shí)間等）及電解液（組份、濃度等）的調(diào)控優(yōu)化，來完成對陶瓷膜層微觀結(jié)構(gòu)及物相組成的設(shè)計(jì)制備，在一定程度上改善了陶瓷膜層的使役性能[19-25]。

隨著輕質(zhì)合金在機(jī)械領(lǐng)域的快速擴(kuò)展，為適應(yīng)更加復(fù)雜苛刻的摩擦工況，微弧氧化復(fù)合其他技術(shù)進(jìn)一步提高了材料的耐磨及減摩性能，對提升機(jī)械部件運(yùn)行的可靠性和耐久性具有重要意義。為此，綜述了近年來國內(nèi)外基于微弧氧化技術(shù)在鎂、鋁、鈦及其合金表面制備耐磨減摩涂層的復(fù)合技術(shù)，闡述了不同復(fù)合技術(shù)的制備方法，分析了復(fù)合涂層耐磨減摩的機(jī)制，并指出耐磨減摩復(fù)合涂層研究與開發(fā)中的不足之處和發(fā)展方向，以期人們對基于微弧氧化復(fù)合技術(shù)有一個(gè)全面的了解。

1 前處理+微弧氧化

微弧氧化陶瓷膜層的生長機(jī)理十分復(fù)雜，包括化學(xué)、電化學(xué)、高溫等離子體反應(yīng)等理論，其形成機(jī)制除了受電解液及電參數(shù)的影響外，預(yù)處理通常也起著重要的作用。目前此類復(fù)合技術(shù)又可分為兩個(gè)方面：機(jī)械處理+MAO、預(yù)置膜層+MAO。此類技術(shù)一般是通過改變基體表面的組織結(jié)構(gòu)或理化性質(zhì)進(jìn)而對微弧氧化過程產(chǎn)生影響，制備出特定結(jié)構(gòu)組成的陶瓷膜層，主要對膜層的耐磨性能進(jìn)行改善。

1.1 機(jī)械處理+微弧氧化

此類復(fù)合技術(shù)指通過機(jī)械加工方法（機(jī)械絎磨、機(jī)床沖壓、噴丸、激光等），改變基體的表面形貌、微觀組織結(jié)構(gòu)后再進(jìn)行微弧氧化，包括納米晶化、微溝槽、微織構(gòu)等處理方式，具有操作簡單、有效和環(huán)保等特點(diǎn)。文磊等[26-27]通過機(jī)械研磨處理技術(shù)（Surface Mechanical Attrition Treatment，SMAT）在鋁合金表面制備表面納米化（Surface Nanocrystalling，SNC）過渡層，再通過微弧氧化對納米晶化過渡層進(jìn)行微結(jié)構(gòu)重構(gòu)，制備出納米化-微弧氧化復(fù)合膜層（如圖1所示），摩擦磨損實(shí)驗(yàn)中，在相同測試條件下，微弧氧化膜層被鋼球磨穿，而復(fù)合陶瓷膜層則沒有發(fā)生明顯破壞，分析認(rèn)為納米化-微弧氧化復(fù)合膜層硬度的提高（從850HV升至970HV）以及更好的膜基結(jié)合性能（具有更好的抗拉伸破壞能力）是耐磨性提高的主要原因。LI等[28]通過激光織構(gòu)技術(shù)（Laser Surface Texturing，LST）在鎂合金基體表面制備出微米紋理表面再微弧氧化（如圖2所示），結(jié)果表明，復(fù)合陶瓷膜層的孔隙率降低，表面粗糙度由1.89 μm降低到0.97 μm，且網(wǎng)狀紋理結(jié)構(gòu)膜層的剝離率降低了68.6%，結(jié)合強(qiáng)度比空白膜層提高了35.7%，這也將極大地改善膜層的摩擦學(xué)性能。WANG等[29]通過高精度機(jī)械加工在鋁合金表面制備出梯形微槽再微弧氧化，結(jié)果表明，在無溝槽和溝槽樣品上制備陶瓷膜層的最高硬度分別為1327HV和1715HV，復(fù)合膜層約為無溝槽樣品的1.3倍，分析認(rèn)為，這得益于膜層中硬質(zhì)相α-Al2O3含量的提升，摩擦磨損實(shí)驗(yàn)中溝槽底部陶瓷膜層中的Al2O3起到了主要的支撐作用，因此磨損率相對穩(wěn)定，磨損失效時(shí)間得到有效延長，顯著提高了復(fù)合膜層的耐磨性。WEI等[30]采用機(jī)械沖壓工藝在純鋁上加工微米級蜂窩孔后復(fù)合微弧氧化，結(jié)果表明，復(fù)合膜層厚度增加，最高硬度也由空白膜層的623HV升至756HV，摩擦磨損實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)磨合期后復(fù)合膜層的干摩擦系數(shù)約為0.4，相比空白組降低約11%且平穩(wěn)無波動(dòng)，磨損表面大的微裂紋也較少，分析認(rèn)為蜂窩結(jié)構(gòu)對磨屑有一定的存儲(chǔ)功能，增強(qiáng)了膜層的耐磨性。

圖1 鋁合金表面納米化-微弧氧化復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制備工藝流程[27]

圖2 鎂合金表面LST進(jìn)行MAO涂層的工藝原理圖[28]

機(jī)械處理+MAO復(fù)合處理后，陶瓷膜層一般具有更好的膜基結(jié)合強(qiáng)度、抗拉伸破壞能力及更高的膜層硬度，力學(xué)性能的綜合提升使得膜層更加耐磨，但由于基體表面微觀形貌的改變對微弧氧化過程中的放電通道特性、微孔分布等產(chǎn)生一定影響，容易導(dǎo)致復(fù)合陶瓷膜層表面粗糙度升高，進(jìn)而產(chǎn)生磨損前期摩擦系數(shù)較高的不利影響。因此，對機(jī)械表面加工參數(shù)、精度的要求較高。

1.2 預(yù)置膜層+微弧氧化

此類復(fù)合技術(shù)是指微弧氧化之前通過濺射法、熱浸法、噴涂法等在基體表面制備金屬鍍層（Al、Ni）或預(yù)置高阻抗氧化膜，改變金屬基體表面的化學(xué)、組織狀態(tài)而后再微弧氧化制備陶瓷膜層。歐陽小琴等[31]通過磁控濺射技術(shù)先在鈦合金表面制備鋁的膜層再微弧氧化，研究表明，鈦合金直接微弧氧化陶瓷膜層的硬度為585HV，預(yù)置鋁膜之后，微弧氧化膜層的硬度達(dá)到1764HV，硬度提高了3.015倍，磨擦磨損實(shí)驗(yàn)中，鍍鋁微弧氧化膜層與鈦合金微弧氧化膜層相比，摩擦系數(shù)從0.38降低到0.25，磨損體積由0.0574 mm3降低到0.0421 mm3，有效地改善了摩擦磨損性能。王曉波等[32]通過磁控濺射技術(shù)在鎂合金表面制備出鋁膜層再微弧氧化，研究了氧化終止電壓對鋁膜反應(yīng)的影響，研究表明，當(dāng)終止電壓為600 V時(shí)，鋁被完全氧化為Al2O3，表現(xiàn)出較低的摩擦系數(shù)及磨損量。武媛[33]采用熱浸鋁技術(shù)預(yù)處理鈦合金基體形成涂鍍層，主要成分為TiAl3合金再微弧氧化，研究了氧化時(shí)間對復(fù)合膜層的影響，表明微弧氧化處理30 min時(shí)，膜層中出現(xiàn)TiAl2O5相，膜層硬度最大達(dá)到870HV，磨擦磨損實(shí)驗(yàn)中，復(fù)合膜層的磨損量僅為基體的1/4，最小摩擦系數(shù)降低至0.25，這歸因于復(fù)合膜層硬度和致密性的提高。WANG等[34]通過熱浸鍍鋁技術(shù)在純鈦表面制備鋁涂層，結(jié)果表明外部為純鋁層，內(nèi)部為Ti-Al擴(kuò)散層，經(jīng)微弧氧化后得到主要由α-Al2O3、γ-Al2O3、莫來石和未氧化鋁組成的陶瓷膜層，摩擦磨損實(shí)驗(yàn)中，對比純鈦樣品和750 ℃下熱浸鍍鋁后再微弧氧化的樣品，相應(yīng)的磨損體積分別為0.736 mm3和0.074 mm3，磨損量降低了一個(gè)數(shù)量級。而牛宗偉等[35]通過在鋁合金表面預(yù)置化學(xué)氧化膜及稀土氧化膜再微弧氧化，表明預(yù)置氧化膜后的陶瓷膜層硬度提高、粗糙度減小，其中稀土轉(zhuǎn)化膜的粗糙度最低約為1.9 μm，硬度最高約為1149HV，分析認(rèn)為預(yù)置膜的存在使氧化過程更加平緩，且稀土元素Y的存在提升了穩(wěn)定相α-Al2O3的含量，有利于陶瓷膜層的耐磨性能。

預(yù)置鋁膜鍍層一般應(yīng)用于鎂、鈦及其合金，因?yàn)殇X在鎂合金、鈦合金表面容易得到結(jié)合較好的過渡層，且經(jīng)微弧氧化后氧化鋁比氧化鈦、氧化鎂具有更高的硬度。為進(jìn)一步改善鎂、鈦及其合金的耐磨性能，在鎂、鈦及其合金表面預(yù)置鋁膜層后再微弧氧化得到了應(yīng)用，但預(yù)置鋁膜的厚度及微弧氧化參數(shù)的控制對復(fù)合膜層的結(jié)構(gòu)、組成影響較大，需綜合控制工藝參數(shù)才能達(dá)到較優(yōu)的耐磨性能。而預(yù)置氧化膜或轉(zhuǎn)化膜后再微弧氧化，是通過增加微弧氧化前期阻抗或減小基體材料中其他顆粒的不利影響，使氧化反應(yīng)過程更加平緩或促進(jìn)亞穩(wěn)定相向穩(wěn)定相的轉(zhuǎn)變，進(jìn)而提高膜層質(zhì)量，同樣這種復(fù)合技術(shù)也需要控制轉(zhuǎn)換膜的厚度等參數(shù)。

2 直接復(fù)合技術(shù)

通常，微弧氧化陶瓷膜層的性能主要受其微觀結(jié)構(gòu)及物相組成的影響，通過電參數(shù)的調(diào)控可對膜層結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行一定優(yōu)化，但仍不可避免的是膜層具有較高孔隙率及有限的物相組成。研究表明，通過直接改進(jìn)電解質(zhì)的組成可以實(shí)現(xiàn)膜層孔隙率的降低和物相組成的豐富。直接復(fù)合技術(shù)是指在電解液中直接添加功能性微納米顆粒，反應(yīng)過程中顆粒受電泳力、擴(kuò)散、機(jī)械撞擊等作用被包覆進(jìn)陶瓷膜層（如圖3所示），對膜層孔隙進(jìn)行一定程度的填充并得到相應(yīng)的物相組成[36]。針對不同性質(zhì)的微納米顆粒又可分為兩類：添加潤滑性微納米顆粒，改善陶瓷膜層的減摩性能；添加高硬度微納米顆粒，改善陶瓷膜層的耐磨性能。

圖3 復(fù)合涂層形成原理[36]

2.1 直接復(fù)合減摩技術(shù)

直接復(fù)合技術(shù)用于改善微弧氧化陶瓷膜層的減摩性能，一般是指在電解液中添加具有自潤滑作用的微納米顆粒（石墨、石墨烯、BN、MoS2、PTFE等）再進(jìn)行微弧氧化，制備出含有潤滑相的復(fù)合陶瓷膜層來降低摩擦系數(shù)。穆明等[37]通過在電解液中添加石墨微粒制備鈦合金復(fù)合潤滑陶瓷膜層，摩擦磨損實(shí)驗(yàn)中，石墨復(fù)合膜層磨合期后的摩擦系數(shù)穩(wěn)定在0.56，而空白陶瓷膜層的摩擦系數(shù)升至0.86，分析認(rèn)為復(fù)合膜層中的石墨轉(zhuǎn)移到摩擦副表面形成一層潤滑膜，降低了摩擦系數(shù)。ZHANG等[38]在鎂鋰合金上制備含氧化石墨烯的復(fù)合潤滑陶瓷膜層，在200 ℃下進(jìn)行的摩擦磨損實(shí)驗(yàn)中，鎂鋰合金、無石墨烯膜層、含石墨烯陶瓷膜層的摩擦系數(shù)依次為0.64、0.21、0.12，分析認(rèn)為這主要取決于含石墨烯膜層具有較低的粗糙度及表面存在的石墨烯潤滑相。魏國棟等[39]研究了納米BN的添加濃度對鋁合金復(fù)合陶瓷膜層摩擦學(xué)性能的影響，結(jié)果表明空白陶瓷膜層的摩擦系數(shù)較添加BN復(fù)合膜層的摩擦系數(shù)最大，約為0.8且不穩(wěn)定，當(dāng)添加質(zhì)量濃度為3 g/L時(shí)，摩擦系數(shù)達(dá)到最小，約為0.55。劉澤澤等[40]在ZL109鋁合金表面制備含MoS2的復(fù)合陶瓷膜層，摩擦實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在添加質(zhì)量濃度為5 g/L時(shí)，復(fù)合膜層的摩擦系數(shù)最低，比空白陶瓷膜層降低了47%。CHEN等[41]在鎂合金表面制備含PTFE的復(fù)合陶瓷膜層，研究復(fù)合處理時(shí)間對膜層的影響，摩擦磨損實(shí)驗(yàn)中，空白膜層的摩擦系數(shù)迅速增加至約0.64，而在含PTFE電解質(zhì)溶液中反應(yīng)5 min的復(fù)合陶瓷膜層表現(xiàn)出極低且穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，約0.08，分析認(rèn)為復(fù)合膜層表面形成富含PTFE顆粒的脊?fàn)钔蛊?，在磨損時(shí)充當(dāng)了潤滑劑存儲(chǔ)器的功能，PTFE轉(zhuǎn)移到摩擦表面形成了低剪切強(qiáng)度的膜層，進(jìn)而降低了摩擦力。

2.2 直接復(fù)合耐磨技術(shù)

直接復(fù)合技術(shù)用于改善微弧氧化陶瓷膜層的耐磨性能，一般是指在電解液中添加具有高硬度的穩(wěn)定相陶瓷顆粒（TiC、Cr2O3、ZrO2、SiC、Si3N4、SiO2等）再進(jìn)行微弧氧化，通過提高膜層的硬度、致密性，以改善復(fù)合膜層的耐磨性能。李振偉等[42]在鋁合金表面制備含TiC微粒的復(fù)合膜層，2024鋁合金基體、微弧氧化膜層、復(fù)合陶瓷膜層的硬度依次約為153HV、480HV、827HV，磨損實(shí)驗(yàn)中復(fù)合膜層與空白膜層相比，磨痕寬度由376 μm降低到117.6 μm，磨痕深度由8.5 μm降低到2.3 μm，磨損率僅為微弧氧化陶瓷膜層的1/12，表現(xiàn)出更好的耐磨性。杜楠等[43]在鈦合金表面制備出含Cr2O3微粒的復(fù)合膜層，載荷為10 N、磨損時(shí)間為20 min時(shí)，鈦合金基體的磨損量高達(dá)9.59 mg，陶瓷膜層的磨損量為0.85 mg，而復(fù)合膜層的磨損量又為普通微弧氧化陶瓷膜層的1/2，分析認(rèn)為Cr2O3顆粒通過對膜層孔隙的填充、載荷的轉(zhuǎn)移及彌散作用，提高了復(fù)合膜層的耐磨性。程法嵩等[44]在鈦合金表面制備了不同ZrO2含量的復(fù)合陶瓷膜層，摩擦磨損實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，復(fù)合膜層中ZrO2含量為23.59%時(shí)具有最小的比磨損率，但當(dāng)含量高于此值時(shí)，ZrO2會(huì)在膜層表面團(tuán)聚，導(dǎo)致磨粒磨損和粘著磨損加劇，反而不利于膜層的耐磨性。于光宇等[45]在鋁合金表面制備出含SiC顆粒的復(fù)合膜層，摩擦磨損實(shí)驗(yàn)中，SiC復(fù)合膜層具有較窄的磨痕寬度和較淺的磨痕深度，表現(xiàn)出優(yōu)異的耐磨性能，分析認(rèn)為是SiC顆粒的加入提高了復(fù)合膜層的硬度（由1000HV升至1270HV）以及降低了摩擦副之間的瞬閃溫度，降低了粘著磨損發(fā)生的可能。

微弧氧化直接復(fù)合技術(shù)在電解液中引入潤滑或高硬度微納米顆粒，對微弧氧化反應(yīng)過程中的電壓-電流響應(yīng)特征曲線產(chǎn)生直接影響，這也將影響到微弧氧化反應(yīng)進(jìn)行的劇烈程度，伴隨著微弧氧化反應(yīng)的進(jìn)行，微納米顆粒參與了陶瓷膜層的生成，因此復(fù)合膜層被賦予了新的微觀結(jié)構(gòu)和物相組成。微觀結(jié)構(gòu)一般表現(xiàn)為孔隙裂紋減少并得到一定程度的填充、膜層更加致密以及“脊”狀凸起的出現(xiàn)，物相組成一般表現(xiàn)為膜層中豐富了特定的潤滑相或耐磨相，因此直接復(fù)合膜層的耐磨減摩性能得到了提高。但是，直接復(fù)合膜層最終的使役性能由所添加微納米顆粒的眾多性質(zhì)共同決定，要考慮的因素主要包括：（1）添加微納米顆粒在電解液中的分散穩(wěn)定性，納米顆粒的團(tuán)聚效應(yīng)直接影響復(fù)合膜層的成膜質(zhì)量，易造成復(fù)合膜層成分、厚度不均等現(xiàn)象。目前，多采用機(jī)械攪拌、超聲振蕩及表面改性來改善微納米顆粒在電解液中的分散穩(wěn)定性，其中改性劑多采用陰離子表面活性劑，使顆粒表面呈現(xiàn)較大的Zeta電位，改善分散的同時(shí)也增強(qiáng)了電泳力的作用，有利于顆粒進(jìn)入陶瓷膜層；（2）添加微納米顆粒的濃度及粒度，這直接影響復(fù)合膜層中顆粒的含量及結(jié)合方式。濃度過小，顆粒在復(fù)合膜層中含量過低，不足以起到抗磨減摩作用；濃度過大，易造成顆粒在膜層中的團(tuán)聚現(xiàn)象，結(jié)合強(qiáng)度減弱，反而不利于抗磨減摩性能的提升；而粒度的大小則影響其在復(fù)合膜層中的結(jié)合位置，較小粒徑的顆粒容易出現(xiàn)在放電孔道、裂紋等位置，而粒度較大的顆粒往往只在復(fù)合膜層表面具有較高的含量。

3 微弧氧化+后處理

通常，經(jīng)微弧氧化后陶瓷膜層具有許多火山口狀微孔和少量的裂紋，干摩擦工況下具有較高的摩擦系數(shù)及磨損率。為改善其耐磨及減摩性能，對陶瓷膜層進(jìn)行后處理是行之有效的方法。目前，對微弧氧化陶瓷膜層后處理的技術(shù)一般分為兩類：（1）通過改變陶瓷膜層表面的組織結(jié)構(gòu)，對微缺陷進(jìn)行消除或修復(fù)處理來提高其耐磨性；（2）利用陶瓷膜致密層作承載基底、表面孔隙作織構(gòu)儲(chǔ)池來制備固體潤滑涂層，以提高其耐磨減摩性能。

3.1 微弧氧化+拋光、重熔

對微弧氧化陶瓷膜層進(jìn)行后處理修復(fù)，主要是指對其表面組織缺陷（微孔、裂紋、微凸體等）進(jìn)行消除或修復(fù)，以提高其耐磨性。目前常見的處理技術(shù)有研磨拋光、激光重熔等。王亞明等[46]通過研磨拋光處理鈦合金微弧氧化陶瓷膜層，移除掉最外面凸起陶瓷顆粒組成的疏松層，磨擦磨損實(shí)驗(yàn)中，摩擦系數(shù)由0.7左右降低到0.2左右，表現(xiàn)出良好的減摩性能，同時(shí)也減輕了對摩擦副鋼球的破壞及磨損，分析認(rèn)為表面粗糙度的減小及致密層金紅石型TiO2的存在是其主要原因。狄士春等[47]對鋁合金微弧氧化膜層激光重熔的行為進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，重熔處理后改變了膜層的微觀結(jié)構(gòu)及相組成，由內(nèi)向外依次為致密層、中間層、重熔層，消除了膜層中的孔隙和裂紋，致密性得到提高，其中中間層的存在保護(hù)了基體和致密層的組織。喻杰等[48]研究發(fā)現(xiàn)，鋁合金微弧氧化膜層激光重熔后的硬度可達(dá)到962.768HV，是未處理氧化膜層的2.3倍，分析認(rèn)為重熔過程促進(jìn)了高溫區(qū)域內(nèi)熔融物γ-Al2O3向α-Al2O3的轉(zhuǎn)變以及疏松層向重熔致密層的轉(zhuǎn)變是其主要原因，高硬度穩(wěn)定相及膜層內(nèi)聚力的提高將極大地改善膜層的耐磨性能。唐仕光等[49]研究發(fā)現(xiàn)激光重熔處理微弧氧化陶瓷膜層的功率存在一個(gè)臨界條件，小于此值時(shí)對膜層改善較小，大于此值時(shí)會(huì)引起膜層開裂甚至基體變形，而這些都不利于膜層性能的改善，研究表明當(dāng)激光功率為150 W時(shí)，膜層的顯微硬度達(dá)到了最大值，摩擦磨損實(shí)驗(yàn)中，微弧氧化處理后的鋁合金磨損量約為基體的1/151，激光重熔處理后，磨損量為基體的1/323，其耐磨性得到大幅提升。

通過高精度的研磨拋光處理技術(shù)移除掉微弧氧化陶瓷膜層的疏松層，使致密層具有更高的硬度、較低的粗糙度，具有工藝簡單、操作方便的特點(diǎn)，但陶瓷膜層的厚度減小較多。而通過激光重熔處理，在疏松膜層表面進(jìn)行原位修復(fù)，同時(shí)促進(jìn)重熔物向穩(wěn)定相轉(zhuǎn)變，可使膜層缺陷減少、更加致密、硬度更高，但需有足夠厚度的中間層對陶瓷致密層及基體起到保護(hù)作用，對激光功率的選擇、處理時(shí)間等要求較高。

3.2 微弧氧化+固體潤滑涂層

為改善金屬表層界面干摩擦狀態(tài)下的摩擦學(xué)性能，固體潤滑技術(shù)提供了很好的解決思路，一般指通過制備固體潤滑薄膜、表面涂層的方式進(jìn)行復(fù)合，固體潤滑材料依靠材料本身特性或其轉(zhuǎn)移膜的低剪切力特性而具有優(yōu)良的減摩性能。微弧氧化內(nèi)部致密層具有較高的硬度，可作為載荷的承載基底，表面多孔結(jié)構(gòu)也為構(gòu)建高結(jié)合性能涂層提供了良好的基質(zhì)界面，因此基于微弧氧化陶瓷膜層制備固體潤滑涂層具有眾多優(yōu)勢。目前，在微弧氧化陶瓷膜層的基礎(chǔ)上制備固體潤滑涂層主要包括兩個(gè)方面：（1）采用濺射技術(shù)，以陶瓷膜層取代傳統(tǒng)的金屬過渡層（如Ti、Cr），來制備硬質(zhì)潤滑薄膜復(fù)合涂層，常見的濺射復(fù)合涂層有MAO/DLC、MAO/CrN、MAO/TiN等；（2）采用拋涂、噴涂、浸漬、電泳等技術(shù)，以陶瓷膜致密層作承載基底、疏松多孔結(jié)構(gòu)作織構(gòu)儲(chǔ)池，制備低剪切力的固體潤滑表面涂層，常用的固體潤滑劑有石墨、二硫化鉬、二硫化鎢、PTFE等。

針對第一類硬質(zhì)固體潤滑薄膜，ARSLAN等[50]通過磁控濺射技術(shù)在鎂合金表面制備出MAO/DLC復(fù)合涂層，研究表明復(fù)合膜層的硬度為微弧氧化膜層的2.5倍，并具有較低的摩擦系數(shù)，在600 s時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定在0.1左右，分析認(rèn)為復(fù)合膜層提供了更高的承載能力且DLC膜層具有自潤滑性能。王遠(yuǎn)等[51]通過磁控濺射技術(shù)在鋁合金表面制備出Al2O3/CrN復(fù)合膜層，摩擦磨損實(shí)驗(yàn)表明，Al2O3/CrN復(fù)合膜層的摩擦系數(shù)和磨損率都小于相同實(shí)驗(yàn)參數(shù)下的Al2O3涂層，表明在Al2O3涂層表面沉積CrN膜能明顯改善其摩擦磨損特性，并可延長對偶件的使用壽命。

針對第二類低剪切力固體潤滑涂層，胡漢軍等[52]通過噴涂粘結(jié)在鈦合金微弧氧化膜層表面制備PTFE復(fù)合涂層，研究表明復(fù)合涂層在輕載、中載及重載工況下均表現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學(xué)性能，具有更低的摩擦系數(shù)、極長的磨損壽命，分析認(rèn)為，微弧氧化陶瓷膜層具有“波峰”與“波谷”交替存在的波狀多孔形貌，其中“波峰”與孔壁起到了承載和耐磨損的作用，“波谷”與微孔起到了存儲(chǔ)潤滑劑和提供轉(zhuǎn)移膜的作用，兩者具有耐磨-減摩的協(xié)同作用。LI等[53]通過浸漬技術(shù)在鋁合金微弧氧化膜層表面制備石蠟復(fù)合涂層，與空白氧化膜層相比，具有較低的摩擦系數(shù)和磨損率，分析認(rèn)為，熔融石蠟有效地填充了陶瓷膜層的微孔及裂紋，摩擦過程中起到了潤滑作用。MA等[54]通過電泳沉積技術(shù)（Electrophoresis Deposition，EPD）在鋁合金微弧氧化陶瓷膜層上制備MoS2復(fù)合涂層（如圖4所示），實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合涂層的摩擦系數(shù)穩(wěn)定在0.45左右，比空白膜層降低約36%，同時(shí)與之對磨的缸套材料展現(xiàn)出了極低的磨損量，MAO/EPD復(fù)合涂層具有優(yōu)異的抗磨損和自潤滑性能，分析認(rèn)為，這是耐磨陶瓷膜層和分布于微孔結(jié)構(gòu)中MoS2顆粒共同作用的結(jié)果。QIN等[55]通過激光織構(gòu)技術(shù)在鈦合金表面制備較大的凹坑陣列結(jié)合微弧氧化技術(shù)制備陶瓷膜層，然后采用拋涂技術(shù)在膜層表面制備MoS2復(fù)合涂層，研究表明，固體潤滑復(fù)合膜層表現(xiàn)出較低的摩擦系數(shù)，約為0.28，同時(shí)LST/PEO/MoS2涂層比PEO/MoS2涂層表現(xiàn)出更久的潤滑壽命，分析認(rèn)為存儲(chǔ)于放電通道和紋理化凹坑中的MoS2被持續(xù)提供到摩擦界面，形成了長期的自潤滑效果。與此同時(shí)，還有許多具有環(huán)境自適應(yīng)的固體潤滑表面涂層被設(shè)計(jì)使用。QIN等[56]在鈦合金表面設(shè)計(jì)出具有變溫環(huán)境自適應(yīng)的PEO/Ag/MoS2復(fù)合潤滑涂層，研究表明PEO/Ag/MoS2涂層在寬溫度范圍（RT-600 ℃）下具有較低的摩擦系數(shù)（0.1~ 0.2），優(yōu)于PEO、PEO/MoS2和PEO/Ag涂層；在室溫和中溫（350 ℃）下，MoS2和Ag薄膜可提供長期自潤滑效果；在高溫（600 ℃）下，保留在凹坑中的Ag可以連續(xù)地?cái)U(kuò)散到滑動(dòng)表面并提供潤滑，同時(shí)發(fā)現(xiàn)擴(kuò)散的Ag與MoS2之間發(fā)生了氧化反應(yīng)，生成了作為高溫潤滑劑的Ag2MoO4。LIU等[57]通過簡單拋涂工藝在鋁合金表面設(shè)計(jì)制備出變濕度環(huán)境自適應(yīng)的PEO/(MoS2/Sb2O3/C)復(fù)合固體潤滑涂層，摩擦磨損實(shí)驗(yàn)在干燥氮?dú)夂统睗窨諝庵羞M(jìn)行，復(fù)合涂層均表現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學(xué)性能，分析認(rèn)為石墨可在潮濕環(huán)境中充當(dāng)潤滑劑、MoS2可在干燥的氮?dú)猸h(huán)境中充當(dāng)潤滑劑，同時(shí)Sb2O3可作為MoS2有效地支持層降低其摩擦氧化，所以摩擦學(xué)性能的提升歸因于單組份的性質(zhì)及各物質(zhì)間的協(xié)同作用。

圖4 MAO+EPD摩擦磨損示意圖[54]

基于微弧氧化陶瓷膜層制備固體潤滑復(fù)合涂層，在載荷力的作用下低剪切力固體潤滑劑被不斷地轉(zhuǎn)移到摩擦界面，形成連續(xù)均勻的潤滑膜，大幅度提高了材料的減摩性能，同時(shí)也有效地保護(hù)了運(yùn)動(dòng)摩擦副對磨偶件，降低了其磨損失效的概率。但以下幾點(diǎn)還是需要被著重考慮：（1）微弧氧化陶瓷膜致密層厚度的控制，內(nèi)部致密層作為載荷的主要承載層必須具有一定厚度，否則復(fù)合涂層不能承受較高的壓應(yīng)力而會(huì)產(chǎn)生斷裂、剝離失效的現(xiàn)象；（2）微弧氧化陶瓷膜層表面形貌的調(diào)控，“波峰”和“波谷”的地形構(gòu)造、放電微孔和裂紋的存在能提升復(fù)合涂層的結(jié)合強(qiáng)度，同時(shí)“波谷”和孔隙作為儲(chǔ)池也能增加固體潤滑劑的含量，但上述結(jié)構(gòu)的存在也造成了膜層疏松，加劇了犁削作用，易造成對磨件的擦傷，同時(shí)在高剪切應(yīng)力下易發(fā)生脫落失效的現(xiàn)象，造成磨粒磨損；（3）固體潤滑涂層的組份及制備工藝選擇，固體潤滑劑組份的選擇決定了其對環(huán)境變化的自適應(yīng)能力，而制備工藝則決定了復(fù)合涂層的磨損壽命問題，如何提高固體潤滑涂層的使用范圍以及延長使用壽命是考慮的重點(diǎn)。

4 結(jié)語

從當(dāng)前的研究結(jié)果可以看出，基于微弧氧化處理鋁、鎂、鈦及其合金表面，并采用復(fù)合技術(shù)制備耐磨、減摩復(fù)合涂層，可有效改善運(yùn)動(dòng)摩擦副部件中的摩擦學(xué)性能。各類復(fù)合技術(shù)具有不同的技術(shù)特點(diǎn)，其中機(jī)械處理+MAO可有效改善膜基結(jié)合強(qiáng)度和抗拉伸破壞能力，預(yù)置鋁層+MAO一般應(yīng)用于鎂、鈦及其合金，使膜層具有更高的硬度，所以力學(xué)性能的綜合提升是使得前處理+MAO具有更好抗磨損性能的關(guān)鍵因素；微弧氧化直接復(fù)合技術(shù)中，功能性微納米顆粒的加入，豐富了陶瓷膜層中的物相組成并使膜層更加致密，潤滑相和硬質(zhì)相較好地承擔(dān)了減摩、抗磨的作用；MAO+拋光、重熔，對膜層表面的缺陷進(jìn)行移除或修復(fù)使其具有更高的硬度和較小的粗糙度，有效減輕了摩擦前期的磨損量以及摩擦系數(shù)的波動(dòng)；MAO+固體潤滑涂層中，致密層作為硬質(zhì)承載基底、表面孔隙及加工織構(gòu)作為潤滑劑的儲(chǔ)池，隨著摩擦副運(yùn)動(dòng)，潤滑劑不斷地補(bǔ)充到摩擦界面形成連續(xù)潤滑薄膜，有效地降低了摩擦系數(shù)，并且對摩擦副偶件形成保護(hù)，減輕了磨損。因此，復(fù)合技術(shù)是改善微弧氧化陶瓷膜層耐磨、減摩性能的主要發(fā)展方向。

盡管如此，隨著輕質(zhì)合金在摩擦學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域的迅速擴(kuò)展，其微弧氧化陶瓷膜層的摩擦學(xué)研究仍面臨著諸多挑戰(zhàn)，其未來的研究重點(diǎn)還需要關(guān)注以下幾點(diǎn)：

1）微弧氧化陶瓷膜層微觀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)制備。如何通過電參數(shù)、電解液的組合優(yōu)化來控制陶瓷膜層的厚度及致密層的比例，明確微弧氧化過程-陶瓷膜層結(jié)構(gòu)-性能的關(guān)系，以適應(yīng)不同摩擦工況下的要求。

2）微弧氧化陶瓷膜層的增韌處理。足夠的韌性可以預(yù)防由于表面缺陷或疲勞裂紋產(chǎn)生的剝離和斷裂，微弧氧化膜層以陶瓷氧化物為主，具有較高強(qiáng)度，但韌性較差，如何提高膜層的韌性將成為抗磨損的關(guān)鍵。

3）微弧氧化膜層金屬基體疲勞性能的提升。微弧氧化陶瓷膜層的微觀結(jié)構(gòu)、內(nèi)應(yīng)力和厚度等因素會(huì)導(dǎo)致基體材料疲勞性能降低[58]，如何改善基體疲勞性能是延長微弧氧化工件在交變載荷下使役壽命的關(guān)鍵。

4）微弧氧化陶瓷膜層摩擦及潤滑機(jī)理的研究。對微弧氧化陶瓷膜層的摩擦學(xué)性能研究目前多集中在無潤滑工況，且很少涉及膜層磨損失效機(jī)理的研究。膜層與不同摩擦副以及不同潤滑劑工況下的磨損、潤滑機(jī)制研究有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

[1] 宋仁國. 微弧氧化技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用[J]. 材料工程, 2019, 47(3): 50-62. SONG Ren-guo. Development and applications of micro- arc oxidation technology[J]. Journal of materials engineering, 2019, 47(3): 50-62.

[2] 蔣百靈, 劉東杰. 制約微弧氧化技術(shù)應(yīng)用開發(fā)的幾個(gè)科學(xué)問題[J]. 中國有色金屬學(xué)報(bào), 2011, 21(10): 2402-2407. JIANG Bai-ling, LIU Dong-jie. Scientific aspects of restrict-ing development and application of micro-arc oxidation technology[J]. The Chinese journal of nonferrous metals, 2011, 21(10): 2402-2407.

[3] MU M, LIANG J, ZHOU X, et al. One-step preparation of TiO2/MoS2composite coating on Ti6Al4V alloy by plasma electrolytic oxidation and its tribological pro-perties[J]. Surface and coatings technology, 2013, 214: 124-130.

[4] ZHANG D, GE Y, LIU G, et al. Investigation of tribolo-gical properties of micro-arc oxidation ceramic coating on Mg alloy under dry sliding condition[J]. Ceramics inter-national, 2018, 44(14): 16164-16172.

[5] LIU H X, XU Q, ZHANG X W, et al. Wear and corrosion behaviors of Ti6Al4V alloy biomedical materials by silver plasma immersion ion implantation process[J]. Thin solid films, 2012, 521: 89-93.

[6] KIM J, LEE W J, PARK H W. Mechanical properties and corrosion behavior of the nitriding surface layer of Ti6Al7Nb using large pulsed electron beam(LPEB)[J]. Journal of alloys and compounds, 2016, 679: 138-148.

[7] SAMANTA A, BHATTACHARYA M, RATHA I, et al. Nano-and micro-tribological behaviours of plasma nitrided Ti6Al4V alloys[J]. Journal of the mechanical behavior of biomedical materials, 2018, 77: 267-294.

[8] REDDY N C, KUMAR B S A, REDDAPPA H N, et al. HVOF sprayed Ni3Ti and Ni3Ti+(Cr3C2+20NiCr) coatings: microstructure, microhardness and oxidation behaviour[J]. Journal of alloys and compounds, 2018, 736: 236-245.

[9] MARIN E, OFFOIACH R, REGIS M, et al. Diffusive thermal treatments combined with PVD coatings for tri-bolo-gical protection of titanium alloys[J]. Materials & design, 2016, 89: 314-322.

[10] 周美麗, 岳蕾, 陳強(qiáng). 脈沖微波表面波PECVD在有機(jī)PET表面沉積DLC薄膜的阻隔性研究[J]. 包裝工程, 2019, 40(17): 72-80. ZHOU Mei-li, YUE Lei, CHEN Qiang. Barrier properties of PET coated by DLC film through microwave surface wave plasma enhanced chemical vapor deposition[J]. Packag-ing engineering, 2019, 40(17): 72-80.

[11] 劉峰斌, 孫大超, 崔巖, 等. SiC增強(qiáng)Ti-6Al-4V合金微弧氧化陶瓷層的摩擦磨損性能[J]. 稀有金屬材料與工程, 2018(4): 1314-1318. LIU Feng-bin, SUN Da-chao, CUI Yan, et al. Tribological behaviors of ceramic coatings fabricated by micro-arc oxidation with addition of SiC micro-particles for Ti-6Al-4V alloys[J]. Rare metal materials and engineering, 2018(4): 1314-1318.

[12] ZHU L, ZHANG Y, TAO H, et al. Oxidation resistance and thermal stability of Ti(C,N) and Ti(C,N,O) coatings deposited by chemical vapor deposition[J]. International journal of refractory metals & hard materials, 2016, 54(5): 295-303.

[13] YEROKHIN A L, NIE X, LEYLAND A, et al. Plasma electrolysis for surface engineering[J]. Surface and coatings technology, 1999, 122(2-3): 73-93.

[14] 薛文斌, 鄧志威. 有色金屬表面微弧氧化技術(shù)評述[J]. 金屬熱處理, 2000(1): 1-3. XUE Wen-bin, DENG Zhi-wei. Review of microarc oxida-tion technique on surface of non-ferrous metals[J]. Heat treatment of metals, 2000(1): 1-3.

[15] 王亞明, 鄒永純, 王樹棋, 等. 金屬微弧氧化功能陶瓷涂層設(shè)計(jì)制備與使役性能研究進(jìn)展[J]. 中國表面工程, 2018, 31(4): 26-51. WANG Ya-ming, ZOU Yong-chun, WANG Shu-qi, et al. Design fabrication and performance of multifunctional ceramic coatings formed by microarc oxidation on metals: a critial review[J]. China surface engineering, 2018, 31(4): 26-51.

[16] 李青彪, 楊文斌, 王道愛, 等. 鈦合金表面耐磨潤滑微弧氧化膜的研究進(jìn)展[J]. 材料保護(hù), 2017, 50(8): 63-67. LI Qing-biao, YANG Wen-bin, WANG Dao-ai, et al. Recent advances of wear resistant and lubricating micro- arc oxidation coatings on titanium alloys[J]. Materials protection, 2017, 50(8): 63-67.

[17] ZHANG D, GE Y, LIU G, et al. Investigation of tri-bological properties of micro-arc oxidation ceramic coat-ing on Mg alloy under dry sliding condition[J]. Ceramics international, 2018, 44(14): 16164-16172.

[18] 劉百幸, 彭振軍, 梁軍. TC4合金微弧氧化膜的摩擦磨損性能及其失效機(jī)理研究[J]. 摩擦學(xué)學(xué)報(bào), 2019, 39(1): 50-56. LIU Bai-xing, PENG Zhen-jun, LIANG Jun. Investiga-tion of friction and wear performance and failure mecha-nism of PEO coating on TC4 alloy[J]. Tribology, 2019, 39(1): 50-56.

[19] LU X, MOHEDANO M, BLAWERT C, et al. Plasma electrolytic oxidation coatings with particle additions: a review[J]. Surface and coatings technology, 2016, 307: 1165-1182.

[20] 劉小輝, 王帥星, 杜楠, 等. 電解液中Na2WO4對Ti2AlNb微弧氧化膜結(jié)構(gòu)及摩擦磨損性能的影響[J]. 材料工程, 2018, 46(2): 84-92. LIU Xiao-hui, WANG Shuai-xing, DU Nan, et al. Effect of Na2WO4in electrolyte on microstructure and tri-bological behavior of micro-arc oxidation coatings on Ti2AlNb alloy[J]. Journal of materials engineering, 2018, 46(2): 84-92.

[21] TSENG C C, LEE J L, KUO T H, et al. The influence of sodium tungstate concentration and anodizing conditions on microarc oxidation(MAO) coatings for aluminum alloy[J]. Surface and coatings technology, 2012, 206(16): 3437-3443.

[22] WANG J H, DU M H, HAN F Z, et al. Effects of the ratio of anodic and cathodic currents on the characteristics of micro-arc oxidation ceramic coatings on Al alloys[J]. Applied surface science, 2014, 292: 658-664.

[23] ZONG Y, SONG R G, HUA T S, et al. Effects of current frequency on the MAO coatings on AA7050[J]. Surface engineering, 2019: 1-8.

[24] YILMAZ M S, SAHIN O. Applying high voltage cathodic pulse with various pulse durations on aluminium via micro-arc oxidation(MAO)[J]. Surface and coatings tech-nology, 2018, 347: 278-285.

[25] ZHANG P, ZUO Y. Relationship between porosity, pore parameters and properties of microarc oxidation film on AZ91D magnesium alloy[J]. Results in physics, 2019, 12: 2044-2054.

[26] 文磊, 王亞明, 金瑩. 鋁合金表面納米化-微弧氧化復(fù)合涂層摩擦行為[J]. 工程科學(xué)學(xué)報(bào), 2015(10): 1350-1357. WEN Lei, WANG Ya-ming, JIN Ying. Tribological behavior of SNC-MAO composite coatings formed on the surface of aluminum alloys[J]. Chinese journal of engineering, 2015(10): 1350-1357.

[27] 文磊, 王亞明, 金瑩. 表面納米化-微弧氧化復(fù)合涂層對鋁合金拉伸性能影響機(jī)制研究[J]. 材料工程, 2016, 44(3): 15-20. WEN Lei, WANG Ya-ming, JIN Ying. Influence of SNC- MAO composite coating on tensile properties of aluminum alloy[J]. Journal of materials engineering, 2016, 44(3): 15-20.

[28] LI Y, GUAN Y, ZHANG Z, et al. Enhanced bond strength for micro-arc oxidation coating on magnesium alloy via laser surface microstructuring[J]. Applied surface science, 2019, 478: 866-871.

[29] WANG J, HUANG S, HUANG H, et al. Effect of micro- groove on microstructure and performance of MAO ceramic coating fabricated on the surface of aluminum alloy[J]. Journal of alloys and compounds, 2019, 777: 94-101.

[30] WEI X, HUANG H, SUN M, et al. Effects of honeycomb pretreatment on MAO coating fabricated on aluminum[J]. Surface and coatings technology, 2019, 363: 265-272.

[31] 歐陽小琴, 周琳燕, 余斌, 等. TC4鈦合金磁控濺射鍍鋁后微弧氧化膜的結(jié)構(gòu)與耐磨性能研究[J]. 南昌航空大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2014, 28(2): 61-69. OUYANG Xiao-qin, ZHOU Lin-yan, YU Bin, et al. Structure and wear resistance of micro-arc oxide film of Al that deposited on TC4 alloy by magnetron sputtering technology[J]. Journal of Nanchang Hangkong University (natural sciences), 2014, 28(2): 61-69.

[32] 王曉波, 全風(fēng)美, 朱生發(fā), 等. 鎂合金表面磁控濺射-微弧氧化制備Al2O3膜層的組織結(jié)構(gòu)及性能[J]. 材料熱處理學(xué)報(bào), 2018, 39(9): 99-104. WANG Xiao-bo, QUAN Feng-mei, ZHU Sheng-fa, et al. Microstructure and properties of Al2O3coatings prepared by magnetron sputtering and micro-arc oxidation on magnesium alloy surface[J]. Transactions of materials and heat treatment, 2018, 39(9): 99-104.

[33] 武媛. TC4鈦合金表面復(fù)合涂層的研究[D]. 沈陽: 沈陽理工大學(xué), 2016. WU Yuan. Research of composite coating on TC4 titanium alloy surface[D]. Shenyang: Shenyang Ligong University, 2016.

[34] WANG S, ZHOU L, LI C, et al. Morphology and wear resistance of composite coatings formed on a TA2 substrate using hot-dip aluminising and micro-arc oxidation tech-nologies[J]. Materials, 2019, 12(5): 799.

[35] 牛宗偉, 李明哲. 預(yù)制膜層對鋁合金微弧氧化陶瓷層性能的影響[J]. 電鍍與涂飾, 2015, 34(8): 441-445. NIU Zong-wei, LI Ming-zhe. Effect of prefab film on properties of micro-arc oxidation ceramic coating on alu-mi-num alloy[J]. Electroplating & finishing, 2015, 34(8): 441-445.

[36] SHOKOUHFAR M, ALLAHKARAM S R. Formation mechanism and surface characterization of ceramic com-posite coatings on pure titanium prepared by micro-arc oxidation in electrolytes containing nanoparticles[J]. Sur-face and coatings technology, 2016, 291: 396-405.

[37] 穆明, 梁軍, 肖乾, 等. 鈦合金微弧氧化一步制備含石墨的減摩涂層[J]. 材料科學(xué)與工藝, 2013, 21(1): 18-23. MU Ming, LIANG Jun, XIAO Qian, et al. One step pre-paration of graphite containing antifriction coating on Ti alloy by plasma electrolytic oxidation[J]. Materials science and technology, 2013, 21(1): 18-23.

[38] ZHANG Y, CHEN F, ZHANG Y, et al. Influence of graphene oxide on the antiwear and antifriction perfor-mance of MAO coating fabricated on MgLi alloy[J]. Sur-face and coatings technology, 2019(1): 103.

[39] 魏國棟, 曹曉明, 馬瑞娜, 等. 納米 BN 對 1060 鋁微孤氧化膜層性能的影響[J]. 表面技術(shù), 2017, 46(5): 40-46.WEI Guo-dong, CAO Xiao-ming, MA Rui-na, et al. Effect of nano BN additive on performance of micro-arc oxide film formed on 1060 aluminum[J]. Surface technology, 2017, 46(5): 40-46.

[40] 劉澤澤, 朱新河, 馬春生, 等. 納米MoS2復(fù)合陶瓷層結(jié)構(gòu)與性能[J]. 大連海事大學(xué)學(xué)報(bào), 2017, 43(3): 119-123. LIU Ze-ze, ZHU Xin-he, MA Chun-sheng, et al. Structure and properties of nano-MoS2composite ceramic layer[J]. Journal of Dalian Maritime University, 2017, 43(3): 119-123.

[41] CHEN Y, LU X, BLAWERT C, et al. Formation of self-lubricating PEO coating via in-situ incorporation of PTFE particles[J]. Surface and coatings technology, 2018, 337: 379-388.

[42] 李振偉, 狄士春. 2024 鋁合金微弧氧化/TiC 復(fù)合膜的制備及耐磨性能[J]. 電加工與模具, 2016(4): 53-57. LI Zhen-wei, DI Shi-chun. Preparation and wear resistance of microarc oxidation composite coatings containing TiC particles on 2024 aluminum alloy[J]. Electromachining & mould, 2016(4): 53-57.

[43] 杜楠, 王帥星, 趙晴, 等. TC4鈦合金微弧氧化Cr2O3復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)及摩擦磨損性能[J]. 稀有金屬材料與工程, 2013, 42(3): 621-624. DU Nan, WANG Shuai-xing, ZHAO Qing, et al. Structure and friction and wear properties of micro-arc oxidation Cr2O3composite film on TC4 titanium alloy[J]. Rare metal materials and engineering, 2013, 42(3): 621-624.

[44] 程法嵩, 趙晴, 杜楠, 等. ZrO2含量對TC4鈦合金微弧氧化復(fù)合膜摩擦磨損性能的影響[J]. 材料保護(hù), 2016, 49(6): 1-4. CHENG Fa-song, ZHAO Qing, DU Nan, et al. Effect of ZrO2content on friction and wear properties of micro-arc oxidation composite film of TC4 titanium alloy[J]. Materials protection, 2016, 49(6): 1-4.

[45] 于光宇, 朱新河, 鄭世斌, 等. SiC復(fù)合微弧氧化陶瓷層制備及其摩擦學(xué)性能[J]. 材料導(dǎo)報(bào), 2018, 32(S1): 289-293. YU Guang-yu. ZHU Xin-he, ZHENG Shi-bin, et al. Preparation and tribological properties of SiC composite micro-arc oxidation ceramic coating[J]. Materials reports, 2018, 32(S1): 289-293.

[46] 王亞明, 雷廷權(quán), 郭立新, 等. Ti6Al4V 合金微弧氧化涂層的結(jié)構(gòu)與減摩性能[C]//第六屆全國表面工程學(xué)術(shù)會(huì)議暨首屆青年表面工程學(xué)術(shù)論壇論文集. 北京: 中國機(jī)械工程學(xué)會(huì), 2006: 875-878. WANG Ya-ming, LEI Ting-quan, GUO Li-xin, et al. Structure and antifriction properties of micro-arc oxidation coating on Ti6Al4V alloy[C]//Proceedings of the 6th national surface engineering academic conference and the first youth surface engineering academic forum. Beijing: Chinese Mechanical Engineering Society, 2006: 875-878.

[47] 狄士春, 喻杰, 王巖, 等. 多孔微弧氧化膜層的熱傳導(dǎo)和激光重熔行為研究[J]. 稀有金屬材料與工程, 2014(6): 1432-1436. DI Shi-chun, YU Jie, WANG Yan, et al. Study on thermal conduction and laser remelting behavior of porous microarcoxidation film layer[J]. Rare metal materials and engineering, 2014(6): 1432-1436.

[48] 喻杰, 韋東波, 王巖, 等. 激光重熔改性鋁合金微弧氧化膜層的組織與性能[J]. 無機(jī)材料學(xué)報(bào), 2013(8): 859-863. YU Jie, WEI Dong-bo, WANG Yan, et al. Structure and property of micro-arc oxidation coating modified by laser melting and solidifying on aluminum alloy[J]. Journal of inorganic materials, 2013(8): 859-863.

[49] 唐仕光, 陳泉志, 蔣智秋, 等. 激光重熔處理對鋁合金微弧氧化膜組織與性能的影響[J]. 材料工程, 2018, 46(12): 161-168. TANG Shi-guang, CHEN Quan-zhi, JIANG Zhi-qiu, et al. Effect of laser remelting treatment on microstructure and properties of aluminum alloy micro-arc oxidation coatings[J]. Journal of materials engineering, 2018, 46(12): 161-168.

[50] ARSLAN E, TOTIK Y, DEMIRCI E E, et al. Wear and adhesion resistance of duplex coatings deposited on Ti6Al4V alloy using MAO and CFUBMS[J]. Surface & coatings technology, 2013, 214: 1-7.

[51] 王遠(yuǎn), 周飛, 張慶文. Al2O3/CrN復(fù)合膜的摩擦磨損特性[J]. 材料工程, 2010(2): 42-46. WANG Yuan, ZHOU Fei, ZHANG Qing-wen. Tribological properties of duplex A2O3/CrNcoatings[J]. Journal of materials engineering, 2010(2): 42-46.

[52] 胡漢軍, 周暉, 曹珍, 等. 鈦合金表面MAO/粘接PTFE涂層的真空摩擦學(xué)性能[J]. 摩擦學(xué)學(xué)報(bào), 2017, 37(3): 318-324. HU Han-jun, ZHOU Hui, CAO Zhen, et al. Tribological properties of duplex MAO/bonded PTFE coating on top of Ti alloy in vacuμm[J]. Tribology, 2017, 37(3): 318-324.

[53] LI Z W, DI S C. Preparation and properties of micro-arc oxidation self-lubricating composite coatings containing paraffin[J]. Journal of alloys and compounds, 2017, 719: 1-14.

[54] MA C S, CHENG D, ZHU X H, et al. Investigation of a self-lubricating coating for diesel engine pistons, as pro-duced by combined microarc oxidation and electro-phoresis[J]. Wear, 2018, 394-395: 109-112.

[55] QIN Y K, XIONG D S, LI J . Characterization and friction behavior of LST/PEO duplex-treated Ti6Al4V alloy with burnished MoS2film[J]. Applied surface science, 2015, 347: 475-484.

[56] QIN Y, LI Y, XIONG D, et al. Wide temperature lubrication of LST/PEO/Ag/MoS2multilayer coating[J]. Surface engineering, 2019, 35(1): 71-78.

[57] LIU Y F, LISKIEWICZ T, YEROKHIN A, et al. Fretting wear behavior of duplex PEO/chameleon coating on Al alloy[J]. Surface and coatings technology, 2018, 352: 238- 246.

[58] 李占明, 王紅美, 孫曉峰, 等. 高速微粒轟擊對微弧氧化鋁合金疲勞性能的影響[J]. 稀有金屬材料與工程, 2018, 47(7): 233-238. LI Zhan-ming, WANG Hong-mei, SUN Xiao-feng, et al. Effect of high-speed particle bombardment on fatigue properties of micro-arc oxidation aluminum alloy[J]. Rare metal materials and engineering, 2018, 47(7): 233-238.

Research Progress of Wear-resistant Antifriction Coating Based on Micro-arc Oxidation Technology

,,,,,

(School of Marine Engineering, Dalian Maritime University, Dalian 116026, China)

Light metal materials (aluminum, magnesium, titanium and their alloys) are widely used in aerospace, automotive electronics, marine engineering and other mechanical fields due to their excellent properties such as light weight, high specific strength, etc. However, their service life and use range are limited because of lively chemical properties, easy corrosion, low hardness and easy wear. In order to improve the corrosion resistance and tribological properties of the surface interface of lightweight materials, micro-arc oxidation has been widely used as an effective surface strengthening technology. The research status of micro-arc oxidation treatment on the surface of aluminum, magnesium, titanium and their alloys, and the use of composite technology to prepare wear-resistant and anti-friction composite coatings were summarized systematically. The composite technology was divided into three categories: the first was pre-treatment (mechanical pretreatment, preset film layer) + micro-arc oxidation; the second was micro-arc oxidation direct composite technology (friction reduction composite, anti-wear composite); and the third was micro-arc oxidation + post-treatment (polishing, remelting, solid lubricating surface coating). The preparation technology and precautions of three kinds of composite technologies were introduced. The influence on tribological performance of moving friction pair parts and its optimization direction were analyzed. Finally, the challenges of micro-arc oxidation ceramic coatings in the field of tribology were pointed out, and its development direction was prospected from the aspects of ceramic film structure design and preparation, strengthening of toughness, reduction of impact on the fatigue performance of the substrate, and friction lubrication mechanism.

micro-arc oxidation; composite technologies; composite coating; anti-wear and anti-friction

2019-11-19；

2020-01-15

MA Sheng-lin (1992—), Male, Master, Research focus: surface modification of light metal materials.

朱新河（1964—），男，博士，教授，主要研究方向?yàn)榻饘賹W(xué)及金屬工藝。郵箱：xinhe@dlmu.edu.cn

Corresponding author：ZHU Xin-he (1964—), Male, Doctor, Professor, Research focus: metallography and metalworking. E-mail: xinhe@dlmu.edu.cn

馬圣林, 張蓬予, 朱新河, 等.基于微弧氧化技術(shù)耐磨減摩涂層的研究進(jìn)展[J]. 表面技術(shù), 2020, 49(6): 104-113.

TG174.4

A

1001-3660(2020)06-0104-10

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.06.012

2019-11-19；

2020-01-15

馬圣林（1992—），男，碩士，主要研究方向?yàn)檩p金屬材料表面改性。

MA Sheng-lin, ZHANG Peng-yu, ZHU Xin-he, et al. Research progress of wear-resistant antifriction coating based on micro-arc oxidation technology[J]. Surface technology, 2020, 49(6): 104-113.