鋁合金因其低密度、良好的導電導熱性及易加工等優點，廣泛應用于汽車、航空航天等領域。然而，其較差的耐腐蝕性能嚴重限制了使用壽命和應用范圍。為提升鋁合金的耐蝕性，微弧氧化（MAO）作為一種高效、環保的表面處理技術，近年來受到廣泛關注。該技術可在鋁合金表面原位生成結合力強、耐蝕性好的陶瓷氧化層。Flexfilm探針式臺階儀可以實現表面微觀特征的精準表征與關鍵參數的定量測量，精確測定樣品的表面臺階高度與膜厚，為材料質量把控和生產效率提升提供數據支撐。

本研究聚焦6061鋁合金，在硅酸鹽電解液體系中，系統分析了不同電流密度（2、4、6、8 A/dm2）對微弧氧化膜層微觀結構及耐腐蝕性能的影響。通過SEM、EDS、XRD、電化學測試等手段分析發現，隨著電流密度增大，膜層厚度和粗糙度增加，孔隙率降低，腐蝕電流密度顯著下降。在電流密度為6 A/dm2時，膜層結構最致密，耐蝕性最優，自腐蝕電流密度最低，為1.924×10?? A·cm?2，腐蝕電阻最高，達2.297×10? Ω·cm2，表明該工藝能有效提升6061鋁合金的耐腐蝕性能。

1

試驗材料與方法

flexfilm

試驗材料

6061 鋁合金化學成分表 (質量分數/%)

試驗材料選取6061擠壓態鋁合金，通過線切割方式將鋁合金材料裁成尺寸為20 mm × 15 mm × 3 mm的試樣。試驗前將試樣用 400 ~ 1200 目的砂紙逐級打磨，并用拋光機進行拋光，以去除試樣表面氧化層，最后 將試樣置于超聲清洗機中使用去離子水清洗 5 min 并干燥備用。

MAO制備

MAO 裝置主要由720V/ 30A 電源、U 形不銹鋼板、電解槽及水循環冷卻系統組成。電解液成分主要由 16 g/ L Na2SiO3·9H2O、3 g/ L NaOH、2 g/ L KF、3 g/ L C3H8O3 組成，利用水循環冷卻系統將電解槽水溫控制在20±2℃以下。將 6061 鋁合金試樣與電源陽極相連，U形不銹鋼板連接電源陰極。MAO工藝參數：氧化時間 20 min，占空比 30%，頻率1000 Hz，電流密度為變量，依次為2、4、6 、8 A/dm2。

2

陽極電壓與膜層生長

flexfilm

不同電流密度下制備 MAO 膜層時陽極電壓隨時間變化的曲線圖

電壓整體隨氧化時間延長而升高，且電流密度越大，最終電壓值越高。該過程分為快速增長的擊穿階段、緩慢增長的生長階段和趨于穩定的階段，表明陶瓷膜層持續生長。

3

膜層厚度與粗糙度

flexfilm

左：膜層厚度；右：表面粗糙度

膜層厚度隨電流密度增加而線性增長，從 6.8 μm（2 A/dm2）增至22.3 μm（8 A/dm2）。

表面粗糙度同樣隨電流密度上升，由0.67 μm增至1.50 μm，原因是高電流密度下火花能量增大，形成更大陶瓷顆粒。

4

表面形貌與孔隙率

flexfilm

左上：宏觀形貌；右上： SEM表面形貌；左下：孔隙率和)孔徑分布；右下：孔隙測量圖

SEM顯示膜層呈“火山口”狀結構，含孔洞和微裂紋。

隨著電流密度升高，孔洞數量減少，陶瓷顆粒堆積更密。

孔隙率從5.79%（2 A/dm2）降至1.81%（6 A/dm2），孔徑多分布在0~3 μm。

5

元素與物相分析

flexfilm

MAO膜層表面微觀形貌與元素分析圖譜: (a) 2 A/dm2; (b) 4 A/dm2; (c) 6 A/dm2

不同電流密度下制備MAO膜層的XRD圖譜

EDS顯示膜層主要含Al、O、Si元素，來源于基體和電解液。

XRD表明膜層由α-Al?O?和γ-Al?O?組成，電流密度升高使Al基體衍射峰減弱，氧化鋁峰增強。

6

橫截面形貌

flexfilm

MAO膜層橫截面SEM形貌：(a) 2 A/dm2; (b) 4 A/dm2; (c) 6 A/dm2

橫截面SEM圖像顯示，膜層與基體結合良好。隨著電流密度增加至6 A/dm2，膜層更厚且內部結構更為致密。

7

耐腐蝕性能

flexfilm

左：MAO膜層在 3.5% NaCl 溶液中的極化曲線；右：不同電流密度下制備MAO膜層的交流阻抗譜

極化曲線顯示，MAO處理后自腐蝕電流密度降低2個數量級。

電流密度為6 A/dm2時，耐蝕性最優，腐蝕電阻最大，阻抗譜中容抗弧半徑最大，表明膜層致密、缺陷少。

本研究系統探討了電流密度對6061鋁合金微弧氧化膜層組織及耐蝕性的影響規律。結果表明，在硅酸鹽電解液體系中，隨著電流密度從2 A/dm2增加至6 A/dm2，膜層厚度和表面粗糙度均呈上升趨勢，而膜層孔隙率則顯著降低至1.81%，且孔徑多集中于0–3 μm范圍。物相分析顯示膜層主要由α-Al?O?和γ-Al?O?組成。電化學測試進一步證實，隨著電流密度增大，膜層的自腐蝕電位升高，自腐蝕電流密度下降兩個數量級，腐蝕電阻顯著提升。當電流密度為6 A/dm2時，膜層綜合性能最優，具備最佳的耐腐蝕性。該研究為6061鋁合金微弧氧化工藝的優化提供了重要理論依據。

Flexfilm探針式臺階儀

flexfilm

在半導體、光伏、LED、MEMS器件、材料等領域，表面臺階高度、膜厚的準確測量具有十分重要的價值，尤其是臺階高度是一個重要的參數，對各種薄膜臺階參數的精確、快速測定和控制，是保證材料質量、提高生產效率的重要手段。

• 配備500W像素高分辨率彩色攝像機
• 亞埃級分辨率，臺階高度重復性1nm
• 360°旋轉θ平臺結合Z軸升降平臺
• 超微力恒力傳感器保證無接觸損傷精準測量

費曼儀器作為國內領先的薄膜厚度測量技術解決方案提供商，Flexfilm探針式臺階儀可以對薄膜表面臺階高度、膜厚進行準確測量，保證材料質量、提高生產效率。

原文參考：《電流密度對 6061 鋁合金微弧氧化膜層組織及耐蝕性的影響》

*特別聲明：本公眾號所發布的原創及轉載文章，僅用于學術分享和傳遞行業相關信息。未經授權，不得抄襲、篡改、引用、轉載等侵犯本公眾號相關權益的行為。內容僅供參考，如涉及版權問題，敬請聯系，我們將在第一時間核實并處理。