① 课题来源与背景

本成果隶属科技部十一五及十二五国家科技支撑计划（2011BAE22B05、2008BAE63B03、2006BAE04B05）、国际合作计划（2007DFB50150）、国家自然科学基金（51071121）等项目，归口部门为科技部及自然科学基金委。

②研究目的与意义

随着铝、镁等轻合金强度的不断提升，铝对钢、镁对铝顺序替代产生的减重效果，已使其在舰载机、登陆艇等国防装备，高铁汽车及消费电子外观件制造等行业的应用成为可能。然而铝镁合金表面易腐蚀不耐磨的性能缺憾和传统处理的污染排放成了其向以上领域扩展的应用瓶颈。阳极氧化、电镀等表面处理技术已被证实不能满足铝、镁合金苛刻环境服役的表面性能要求；微弧氧化以其可免除酸洗碱洗、膜基冶金结合及主要为陶瓷相的环保优点和性能特点，曾引起轻量化制造业的高度关注。然而传统的375KW功率占用仅输出2500A有效峰值电流的微弧氧化设备，不仅在电量消耗水平和产出效率方面难以被量大面广、利润空间不高的铝镁合金制造业所接受，其单一的陶瓷层结构也满足不了服役于苛刻环境的表面性能要求。针对以上制约轻量化发展的表面处理设备与涂层制备工艺缺憾，本成果从阳极OH-析氧离化的边界条件确定切入，以低能耗微弧氧化设备和微弧复合涂层制备技术为成果形态，经十余年研究开发研制出了当前国际上处理能力最大、电能消耗最低微弧氧化电源以及已被多个国防设备民用产品采用的微弧复合涂层制备技术。

③主要论点与论据

本成果属铝镁合金表面处理领域装备与工艺协同开发的前沿性课题，针对阳极氧化、电镀等处理受环保限制，及微弧氧化处理难以满足低成本或苛刻服役环境的表面性能要求等难点问题，开发出了低能耗铝镁合金微弧复合处理关键设备和工艺技术。

④创见与创新

1.在确定出阳极表面OH-化合与析氧两种消耗机制发生的边界条件、表征出添加剂对OH-放电析氧作用机理的基础上，提出了微弧诱发的"析氧离化"理论。利用既有氧化膜的氧气聚核促进作用，结合电流波形对OH-析氧聚核离化的调控功能，归纳出减少OH-析氧离化电能消耗的技术原理，为低能耗微弧复合处理关键设备研制提供了设计依据

2.采用高速DSP运算核心支持自主研发的不受电磁干扰的光通信同步发生器，实现了16个大功率IGBT开关的微秒精度同步并联开断，满足了OH-早期析氧、高比例聚核离化的微区高密度电子通量要求。使电源系统的功率效能从传统的350KW仅输出2500A有效峰值的高能耗状态，降低到160KW输出3200A这一当前国际上有效峰值电流最高、占用功率最小的低能耗水平；同时开发出以20KW为一个单元、16单元内可逐级扩容的微弧氧化电控系统，满足了小功率起步及随产能扩容的产业化需求。

 3.利用"化和消耗增厚、析氧离化致密"的阳极反应顺序的可调控性和阳极表面等离子体时序状态的可调制性，制备出由里及表依次为无定型氧化物、氧化物陶瓷相、微米级表面盲性微孔的梯度涂层。既兼顾了承受冲击磨损时的微变形和高硬度的性能特点，又满足了牢固嵌合功能性涂料的复合涂层制备的界面结构要求，解决了铝镁合金结构件服役于不同环境的复合涂层制备难题。

4.本项目的研究成果已被港资嘉瑞集团用于月产20万套镁合金笔记本微弧电泳处理；写入了艇上铝制设备防腐处理验收大纲；与美国通用汽车公司联合持有了镁合金轮毂防腐抗冲击复合涂层制备的国际专利；解决了镁合金用于军机吊舱、发射架等部件时需解决的耐蚀抗冲击与减磨等多性能兼顾的涂层制备难题。

⑤ 社会经济效益及存在问题

本成果以低能耗微弧氧化设备和微弧复合涂层制备技术为成果形态，经十余年研究开发研制出了当前国际上处理能力最大、电能消耗最低的微弧氧化电源以及已被多个国防设备民用产品采用的微弧复合涂层制备技术。通过在铝镁合金表面制备出由里及表依次为无定型氧化物、氧化物陶瓷相、微米级表面盲性微孔的梯度涂层，既兼顾了承受冲击磨损时的微变形和高硬度的性能特点，又满足了牢固嵌合功能性涂料的复合涂层制备的界面结构要求，解决了铝、镁合金结构件服役于不同环境的复合涂层制备难题。研究成果已被港资嘉瑞集团用于月产20万套镁合金笔记本微弧电泳处理，写入了艇上铝制设备防腐处理验收大纲，与美国通用汽车公司联合持有了镁合金轮毂防腐抗冲击复合涂层制备的国际专利，解决了镁合金用于军机吊舱、发射架等部件时需解决的耐蚀抗冲击与减磨等多性能兼顾的涂层制备难题，具体应用情况如下。

  ⑥历年获奖情况

2005年国家科技进步二等奖，铝、镁合金微弧氧化系列设备及工艺技术的研究开发。