3. 1 膜层截面形貌
图1 为电流密度30mA/cm2的条件下，不同氧化时间所得膜层的截面形貌。从图 1 可以看出，氧化时间对膜层生长方式及截面形貌的影响很大。当氧化时间为 5 min时，膜层几乎都朝内生长，膜厚约为 5.5 μm；在 5 ~ 10 min阶段，膜层主要朝外生长，朝内生长速度显著降低；当氧化时间为 10 min 时，膜厚约为 11 μm，其中朝内生长的厚度为 6 μm，朝外生长的厚度为 5 μm；当氧化时间延长到 20 min 时，膜层厚度达到 21 μm，膜层向外生长的速度减缓，此时向外生长的厚度比氧化 10 min 时仅增加 4 μm，但向内生长的速度显著提高，向内生长的厚度达 12 μm，比氧化 10 min 时增加了 6 μm。 3. 2 陶瓷层的相组成
对不同氧化时间的膜层进行 X 射线衍射分析，其结果如图 2 所示。从图 2 可以看出：微弧氧化初期（0 ~ 5 min），膜层衍射图谱中主要为 Mg 和 MgO 的衍射峰；随着氧化时间的延长，膜层衍射图谱开始出现 Mg2SiO4的衍射峰。Mg 衍射峰的出现是由于膜层厚度较薄，X 射线穿透膜层直达基体所致，随着氧化时间的延长，膜层厚度的增加，Mg 的衍射峰逐渐减弱。因此可以推断氧化初期膜层以 MgO 相为主，中期与后期则由 MgO 与 Mg2SiO4相共同 构成。从镁合金微弧氧化所得陶瓷层物相分析结果可以看出，膜层中主要以镁合金的氧化物为主，这表明了微弧氧化陶瓷层的形成是以镁、氧原子的迁移，在高温高压条件下与溶液中的SiO32-发生复杂的反应的结果。
3 氧化时间与膜层厚度的关系
膜层生长厚度随时间几乎呈线性变化，如图3所示
3. 4 膜层的生长过程
3. 4. 1 初期
微弧氧化前期所形成的一层沉积膜是发生微弧放电的必要条件。通电后，由于阴离子在阳极电压的作用下，在镁/电解质溶液界面形成一层含镁水合物的阴离子凝聚层。凝聚层随电压的增大而增厚，并且出现过饱和而在镁/电解质溶液界面发生沉积[7]。当电极间电压超过临界电压（40 V）时，微区发生火花放电，膜层被击穿，这种击穿总是在膜层最薄弱的地方优先发生，击穿后在该地方形成新的氧化膜。从氧化5 min后膜层的截面形貌（见图 1a）与 X 射线衍射图（见图 2a）可以看出膜层主要向基体内部生长，且由 MgO 相构成，溶液中的SiO3切筋2-并未在膜层中出现。MgO相生成的原因是：试样进行微弧氧化时发生了微区弧光放电并释放出巨大的能量，使镁合金中的Mg原子在高于自身熔点的温度下发生微区熔融，同时在电解液的冷却下与吸附在合金表面的氧原子迅速结合，生成MgO并沉积[8-9]。膜层初期生长过程中，阳极表面主要发生溶解（反应 1）和氧化（反应 2）两个过程：
Mg -2e= Mg2+通柜 (1)
屏式电脑
Mg + O → MgO (2)
3. 4. 2 中期
由于微弧氧化是在强碱条件下进行，生成的MgO膜层会发生溶解。当向内生长达到溶解与沉积平衡时，膜层厚度的增长以溶液中的SiO32-与溶解的MgO反应生成MgSiO4为主，膜层由向基体方向生长转为向外生长。因此可以推断向外生长的膜层的主要成分为Mg2SiO4相。从氧化 10 min 后膜层的截面形貌（见图 1b）与相组成（见图 2b）可以看出，此时膜层由初始的向基体内部生长变为向基体外生长，由MgO与Mg2SiO4相构成。该过程中，阳极表面发生的主要反应除了初期发生的反应之外，还包括电解液中SiO32-对膜层向外生长的增厚反应。该阶段中，反应 3 占主导地位。
2Mg2++SiO32-+OH-= Mg 2SiO4 (3)
3. 4. 3 后期
随着氧化时间的继续延长，向基体内部生长的厚度占整个厚度的比例不断增加，膜层表面放电现象逐渐减少，局部区域持续放电的时间逐渐延长，膜层出现不均匀生长。从图 1c 与图 2c 中可以看出，此时膜层同时向内和向外生长，但向内生长的速度大于向外生长的速度。氧化20 min所得膜层的相组成与氧化10min所得膜层的相组成基本相同。镁合金微
弧氧化过程中，镁离子向外迁移，氧离子则向内迁移。当膜层较厚时，氧离子向内迁移的速度变慢，但外膜层疏松多孔[10]，电解液充满其中，由于弧区瞬间的高温高压，大大促进了多孔膜层中孔壁附近氧和镁离子间的相互扩散，膜层内部与基体之间的微弧放电仍在进行，使氧化膜继续向膜层内部生长；另一方面，膜内微弧放电时，放电通道也直接向氧化膜内输送氧，由于微弧氧化所用的工作电压较高，膜层内部电场强度较高，促进了氧离子向内迁移。由此
可见，热扩散和电迁移对膜层生长起较大作用，这与有关文献[11]的报道相符。因此，在微弧氧化过程中，当向外生长到一定厚度时，沿基体内部渗透氧化成膜将占主导地位，向内生长速度决定了陶瓷层总厚度的增长速度。
4 结论
镁合金微弧氧化的生长过程可分为以下3个阶段：
(1)氧化初期（0~5 min），试样表面形成一层以向基体内部生长为主的氧化膜，膜层较薄，且主要由晶态 MgO 相构成。当向内生长达到溶解与沉积平衡时，膜层转为以向外生长为主。
安全带扣
(2)氧化中期（5~10min），膜层由氧化初期的向基体内部生长变为向基体外生长，膜层由 MgO和MgSiO4相构成。新的Mg2SiO4相是由溶液中的SiO32-在碱性条件下与MgO反应所生成。
(3) 氧化末期（10 ~ 20 min），膜层同时向内和向外生长，且以向内生长为主，陶瓷层的生长受氧扩散的控制，热扩散和电迁移对膜生长起主导作用，向内生长的速度决定了总膜层的生长速度。此时膜层的相组成与氧化中期时膜层的相组成基本相同
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智能断句
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