微弧氧化是一种在轻金属表面能够原位生长陶瓷膜层的表面处理技术,因其膜层具有硬度高、耐磨耐蚀性好、与基体结合力强的优点,而成为对镁铝及其合金进行表面防护的重要手段之一,具有广阔的应用前景。本文以AZ31B镁合金为基体材料,利用自主研制的大功率微弧氧化脉冲电源,在硅酸盐电解液体系中制备了不同阴阳极距离下的微弧氧化膜层。通过涡流测厚仪、SEM、EDS和XRD分别检测了膜层的厚度、微观结构、元素及相组成;使用Image-J软件分析了膜层表面的微孔和孔隙率;把以上因素和电化学实验相结合来揭示了膜层的耐蚀性能。基于微弧氧化过程和波形两者的特性建立了负载等效电路,并计算了等效负载的数值和进行了仿真验证,最后分析了阴阳极距离对等效负载值的影响及负载值与膜层性能的关系。结果表明:阴阳极距离为10 mm时,由于距离过近导致试样表面电流过大,最终膜层表面的微观结构被严重破坏,大部分微孔被熔融成大孔或消失,且洞口呈现“菜花状”,微孔统计意义不大。阴阳极距离从10 mm到400 mm,微孔总数呈现先减少后增多的趋势,但孔隙率却是由25.78%单调降低到19.06%,这是由于较大微孔减少而小孔增多造成的。单从孔隙率分析可知,低的孔隙率能减少腐蚀介质进入基体的通道,有利于提高耐蚀性。但随阴阳极距离增加的整个过程,膜层厚度先减小后增大再减小,而致密性是先变好再变差。在200 mm-400 mm之间,膜层厚度相差较大,因此此时膜层厚度对耐蚀性的影响大于孔隙率。综合以上因素再结合电化学统计的动电位极化曲线、极化电阻和腐蚀电流密度,最终得出膜层耐蚀性呈现先变好再变差的趋势,即在10 mm时膜层耐蚀性最差,200 mm时耐蚀性最好,两者腐蚀电流密度相差3个数量级。经过对微弧氧化过程和波形特性分析,建立了电阻R₁与电容C的并联后再与电阻R₁和电感L串联的负载等效电路模型,其中R₁分支上串联稳压管D。利用Matlab软件读取了波形图数据,并定量计算了模型中等效负载的数值。随后在Multisim软件中建立该模型,并把计算结果代入进行仿真,把仿真波形与实际波形进行对比分析,二者一致,因此可以证明该模型可应用于微弧氧化负载分析。此外,阴阳极距离的改变会影响等效负载特性。随距离的增加,等效电容先减小后增加,在一定程度上影响电弧放电过程;等效电感逐渐减小,有利于微弧氧化过程的稳定性,因此,在选择工艺参数和研制电源时要综合考虑电容和电感的影响。而等效电阻R₁对应于膜层电阻,结合膜层性能与负载分析发现等效电阻R₁的值与膜层耐蚀性具有对应关系,等效电阻R₁值越大膜层耐蚀性越好,这可以作为快速评定工艺适用性和现场评估膜层耐蚀性提供了依据。