微弧氧化膜層比常規(guī)涂層擁有更高的膜基結(jié)合強(qiáng)度，因?yàn)槲⒒⊙趸邮窃诮饘倩w表面原位生成并與基體以冶金的方式相結(jié)合，在陶瓷層與金屬基體結(jié)合區(qū)域存在兩相過(guò)渡區(qū)，兩種膜層的結(jié)合強(qiáng)度較高，尤其是受到外力沖擊下不易脫落，作為功能涂層及輕合金復(fù)合膜層的打底層具有顯著優(yōu)勢(shì)。但在制備微弧氧化陶瓷層的過(guò)程中，不同工藝條件下的膜基結(jié)合界面特性會(huì)有較大的差異，放電強(qiáng)度、電解液配比及添加劑、電參數(shù)的改變都會(huì)對(duì)膜層與基體的結(jié)合強(qiáng)度產(chǎn)生影響。不同金屬基體表面微弧氧化涂層的結(jié)合強(qiáng)度如表 1 所示。

(1) 火花放電強(qiáng)度對(duì)膜基結(jié)合強(qiáng)度影響

高電壓、大電流導(dǎo)致微弧氧化火花放電強(qiáng)度增大，此時(shí)涂層生長(zhǎng)速率較高，涂層厚度增大。但大電流下產(chǎn)生劇烈火花放電現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致陶瓷層表面的放電通道增大，熔融態(tài)金屬氧化物由通道內(nèi)噴濺出，經(jīng)電解液冷卻最終形成“火山口”形狀的多孔形貌，大電流會(huì)增加陶瓷層表面的粗糙度及微孔尺寸，降低陶瓷層組織的致密度，進(jìn)而降低涂層的膜基結(jié)合強(qiáng)度。通常情況下，涂層的厚度增加，致密度下降，導(dǎo)致膜基結(jié)合強(qiáng)度降低。

(2) 電參數(shù)對(duì)陶瓷層與基體結(jié)合強(qiáng)度的影響

Tang 等研究了占空比對(duì) AZ31B 鎂合金微弧氧化涂層結(jié)合強(qiáng)度的影響，隨占空比的增加，涂層厚度降低，剪切強(qiáng)度增加，占空比為 40% 時(shí)，最大結(jié)合強(qiáng)度為24.5 MPa。HAN J 等通過(guò)調(diào)控時(shí)間，在鈦合金表面獲得黑色和白色陶瓷涂層，高厚度涂層的結(jié)合強(qiáng)度明顯降低，有研究者在 Ta 合金表面制備不同厚度微弧氧化涂層，也呈現(xiàn)出類(lèi)似的結(jié)果。

(3)電解液成分對(duì)膜基結(jié)合強(qiáng)度影響

在不同體系的電解液中，電解液成分及添加劑決定了涂層的物相與組織結(jié)構(gòu)，從而影響膜基結(jié)合性能。在單一組分的基礎(chǔ)電解液中(如硅酸鈉、磷酸鈉、鋁酸鈉等)，陶瓷層物相成分及組織簡(jiǎn)單，膜層與基體結(jié)合強(qiáng)度高;而在復(fù)合電解液體系中，膜層生長(zhǎng)效率提高，但添加劑的引入可能降低膜層與基體的結(jié)合強(qiáng)度;在功能性無(wú)機(jī)鹽(如 FeSO4、NiSO4 等)摻雜改性的復(fù)合電解液體系中，陶瓷層的膜基結(jié)合強(qiáng)度會(huì)有所下降;而納米/微米粒子 (石墨烯、碳納米管、SiC、 Al2O3 等) 混合改性的復(fù)合電解液體系，因主要以微弧沉積方式生長(zhǎng)涂層，膜基結(jié)合強(qiáng)度亦會(huì)降低。王亞明等研究了不同電解液體系下陶瓷膜層的結(jié)合強(qiáng)度，表明在 NaAlO2/Na2CO3 電解液體系中，膜基界面強(qiáng)度最高，剪切強(qiáng)度達(dá) 110 MPa。Yerokhin 等用劃痕法測(cè)定了不同電解液中鈦合金微弧氧化膜層的結(jié)合力，發(fā)現(xiàn)在 KAlO2/Na3PO4 電解液中制備的微弧氧化涂層，與基體具有最高的臨界載荷LC2值(96 N)。Tang 等分別探索了電解液改性無(wú)機(jī)鹽 (FeSO4 和 NiSO4) 濃度對(duì)膜基界面強(qiáng)度的影響，隨著濃度的增加，涂層的厚度增大，結(jié)合強(qiáng)度降低。Lou 等研究了 MoS2 粒子摻雜含量對(duì)鎂合金表面微弧氧化涂層的膜基結(jié)合強(qiáng)度影響，隨MoS2粒子的含量增加，涂層的結(jié)合強(qiáng)度降低，當(dāng)納米MoS2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5 g/L時(shí)，涂層具有致密的結(jié)構(gòu)，此時(shí)陶瓷層與基體結(jié)合性能最優(yōu)異。

在微弧氧化工藝中，電參數(shù)、電源模式、電解液及添加劑的配比等因素都會(huì)顯著影響膜層的物相成分及組織結(jié)構(gòu)，從而改變陶瓷層與基體的結(jié)合強(qiáng)度。因此在微弧氧化工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程中，需要結(jié)合基體材質(zhì)及工件的具體服役要求，對(duì)以上工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整并制樣，多次檢測(cè)對(duì)比后制定適合本產(chǎn)品的最優(yōu)微弧氧化工藝過(guò)程。