微弧氧化(MAO)技术是通过电解液中的高压放电作用在轻金属表面形成陶瓷膜的一种新工艺,原位生成的膜层具有硬度高、耐蚀性好、绝缘性优良且与基体冶金结合力强,是镁、铝等阀金属及其合金进行表面改性的重要手段之一,极具前景。本文采用回归正交试验方法,利用自主开发的具有多种输出方式和伏安特性曲线的脉冲电源,以常见的压铸镁合金AM60B为基体材料,在硅酸盐电解液体系下进行处理,通过对膜层的厚度、宏观和微观表面形貌、截面形貌、耐蚀性进行检测分析,研究了电源模式、频率和占空比对微弧氧化膜层的影响。特别是,在恒电压下,建立电参数对不同响应值的显著性数学模型,并借助响应面法分析了频率、占空比及其交互作用对响应值的变化规律和趋势,对比研究了两种电源模式(M2和M1)下脉冲等效加载、相同加载三种条件下膜层性能异同。引入燃弧和熄弧,从微区反应解释频率和占空比组合对膜层性能带来的影响。M2模式下,对膜厚、点滴耐蚀性和腐蚀电流密度,频率和占空比及其交互作用影响顺序都是:A>B>AB,三者都是影响非常显著。综合最佳工艺电参数组合及对应响应指标为(1800Hz,33.19%,25.47μm,209.56s,1.1E-0010A/cm2)。M1模式下,基于等效加载时,对膜厚、点滴耐蚀性,频率和占空比及其交互作用影响顺序都是:A>AB>B,对腐蚀电流密度而言,A>B>AB,三者都是影响非常显著。综合最佳工艺电参数组合及对应响应指标为(3600Hz,71.63%,24μm,218.36s,1.12E-0010A/cm2)。该方案下可行性不足的参数组合较多。M1模式下,基于相同加载时,整个实验方案的可行性都好,成膜性改善较多,对膜厚、点滴耐蚀性、腐蚀电流密度而言,频率和占空比及其交互作用影响顺序都是:A>AB>B,三者都是影响非常显著。整体上膜厚随频率和占空比的增大而增大,在响应曲面上基本朝一个方向单调增长。综合最佳工艺电参数组合及对应响应指标为(1800Hz,45%,23.19μm,168.59s,1.01E-0010A/cm2)。该方案下可行性最高,较优区域面积比另外两种实验方案明显大。利用响应面分析法得到最优频率和占空比组合区间,对膜厚、点滴耐蚀性都是响应面“热红色”的“凸顶”区域;而对腐蚀电流密度而言,是响应面中不规则的“热红色”的“凹坑”区域;可行性和成膜性差的区域位于“冷蓝色”的区域。清晰展示和预测微弧氧化最佳工艺,并为频率和占空比最优组合探索提供方向性指导。不同电源模式下,等效加载对比表明,整体上膜厚、点滴耐蚀性、腐蚀电流密度差异较小;微弧氧化后期电流M2模式大于M1模式,M2模式下,实验可行性更好,过程更加可控,膜层表观质量好,低频率、大占空比组合带来的实验不可行区间M2较小,膜层孔隙率M2低于M1模式;总体上膜层综合性能M2模式较M1好;M2强制熄弧作用对有利于微弧氧化提高可行性和成膜性,抑制大弧带来的膜层烧结。相同电源模式下,两种加载方式对比表明差异较大,M1等效加载模式下的膜层厚度,点滴耐蚀性都远大于M1相同加载模式下,但M1相同模式下可行性和成膜性都较等效加载模式更好,膜层孔隙率两者差异大,相同加载模式下孔径较小,分布均匀;M1模式下长熄弧作用有利于微弧氧化可行性和成膜性并提高膜层性能。终止电流和加载频率高度正相关,终止电流M2模式稍微大于M1等效加载模式,远大于M1相同加载模式。膜层的微观孔隙率、表面微裂纹和宏观平整度这些能够反映表面的质量特征与微弧氧化反映的燃弧和熄弧作用时间关系密切,熄弧作用越充分,表面质量越好。镁合金微弧氧化膜层生长过程、可行性、成膜性与单周期燃弧时长、熄弧时长以及熄弧与燃弧时长比三者密切相关。当燃弧时间过大,超过约0.8ms,随着燃弧增加可行性和成膜性都将逐渐降低,此时增加熄弧时长能明显改善可行性,成膜性也能得到改善,剧烈反应可以得到抑制但不能消除。熄弧时长大,影响电源效率,膜层厚度降低。当燃弧时长0.2ms,同时熄弧与燃弧时长比约介于1.4~2之间较膜层综合性能较优,当熄弧与燃弧时长比小于1.2时,冷却不够充分,反应剧烈,膜层性能逐渐下降,特别是可行性明显不足,易出现连接杆处烧蚀。