选用工业中应用较广的AZ91D镁合金为基体,研究其在由KF、Na OH、Na2Si O3所组成的硅酸盐体系电解液中进行微弧氧化时膜层的生长过程及机理。首先分别研究了电解液中硅酸钠及氟化钾对膜层生长的影响。发现两种电解质的有无均对膜层的生长有较大的影响。硅酸钠的存在,可以使得击穿产生的火花在试样表面上由位置固定变为不断游走,避免烧蚀现象的发生,明显地提高了膜层的表观质量;同时,膜层表面微裂纹基本消失,截面中孔隙减少且向基体贯通的程度明显减弱,膜层整体致密性显著提高。而氟化钾的存在,则可以使得起弧电压明显降低,击穿变得剧烈,试样表面火花较大,膜层的生长速率明显提高,膜层厚度显著增大。其次研究了基体α-Mg、β-Mg17Al12不同相组成上膜层的生长。发现微弧氧化过程中,随着工作电压的不断提高,尽管β相先于α相生成无击穿微孔的氧化膜,但击穿却首先在α相表面发生,使得有击穿微孔的微弧氧化膜首先在α相表面形成,再逐渐扩展到整个基体表面。基体α、β两相中Mg、Al元素含量的差异,使得所成微弧氧化膜中Mg、Al、F在膜层表面的分布都不均匀,其中Mg、F两元素的分布规律相似,并且与Al元素的分布规律正好相反,但随着膜层厚度的增大,三元素的分布逐渐均匀化,而Si、O两元素的分布始终比较均匀。通过采用分界区直接观察法、全基体直接测量法和膜层宏观测量三种不同的方法对膜层的生长方式进行了研究,三种方法的设计是研究的关键,而成功地制备得到符合研究需求的合格试样是难点。发现膜层同时向内、向外生长,并且向外生长的厚度大于向内的厚度。随后,基于膜层生长方式的研究结果,推导出了膜层密度的计算公式,得到了不同微弧氧化时间下膜层的密度值,结果表明,微弧氧化时间较短时膜层密度较大,时间增大,膜层密度开始减小,时间继续延长,膜层密度基本不再变化。同时,探讨了膜层密度与致密度的关系,由于成膜物质基本不随处理时间的延长而变化,膜层密度的变化趋势可以反映膜层致密度的变化。通过调节实验参数,制备出生长速率不同但厚度相同的微弧氧化膜,研究了生长速率对膜层微观结构的影响。结果发现:随着生长速率的提高,膜层表面微孔的数量及表面孔隙呈不断减少的趋势,膜层表面大孔及微裂纹的数量不断增多,膜层致密性不断下降,而膜层的物相组成、元素分布等基本不变。而通过研究恒压、变压两种电压加载方式下膜层厚度、微观结构、成分等特征参量随处理时间的变化,特别是膜层表面微孔大小及数量的定量变化,发现两电压加载方式下膜层特征参量的变化规律基本相同;随着处理时间的延长,膜层的厚度增大,膜层表面微孔不断变大,微孔数量不断减少,表面孔隙率不断增大,而膜层物相组成及元素分布也均不变。最后在总结分析上述各研究结果的基础上,分析了微弧氧化膜的生长过程,通过建立的击穿电场模型,以及电场强度及击穿能量的计算公式,探讨了膜层的生长机理。发现击穿是膜层形成及不断成长的关键。微弧氧化过程中,基体表面生成的氧化膜和氧气共同构成了击穿电场中的电介质,氧气首先被击穿,并导致氧化膜随即也被击穿,因此,击穿是否发生主要取决于氧气击穿的难易程度;而由于氧气的外加场强与工作电压成正比,同时随膜层厚度的增大而减小,故膜层生长过程中,需要不断提高工作电压来保证击穿始终能够发生;膜层成长过程中,膜层厚度的增加导致氧气外加场强减小,从而导致试样表面微区击穿的数量减少,使得参与成膜反应的各物质迁移的通道减少,膜层的生长速率逐渐降低;同时,由于微区击穿的能量不断增大,使得击穿通道周围更大范围内的膜层物质被熔融,同时微区中氧气的产量也增多,从而导致膜层表面微孔不断变大。