有色金属表面氧化物陶瓷涂层成分可控的微弧氧化方法技术领域
本发明属于有色金属表面处理技术领域，具体涉及一种有色金属表面
氧化物陶瓷涂层成分可控的微弧氧化方法。
背景技术
微弧氧化(MAO)技术最早源于20世纪30年代德国科学家
Giintherschlze和Betz对金属阳极极化时火花放电现象的研究，但是直到
20世纪70年代前苏联科学家A.MOPKOS才正确地认识了这种火花放电
现象。火花放电的结果导致电极表面上形成具有较高保护性能的陶瓷膜，
这种方法称为微弧氧化或微等离子体氧化等。由于这种技术在材料制备上
工艺简单，容易实现，所以引起越来越多的专家、学者的关注，成为国际
材料科学研究的热点之一。
微弧氧化技术是指利用弧光放电增强并激活在工件阳极上发生的微
等离子氧化反应，从而在以铝、钛、镁等金属及其合金为材料的工件表面
原位生成优质的强化陶瓷膜。微弧氧化技术是近几年国内外发展较快的一
项高新技术，通过在工件上施加电压，突破传统的阳极氧化电流、电压法
拉第区域的限制。阳极电位由几十伏提高到几百伏。在一定电流密度下，
致使在工件表面出现电晕、辉光、微弧放电，甚至火花斑，使工件表面在
微弧等离子体高温高压下与电解质溶液相互作用形成陶瓷膜，进而达到工
件表面改性强化。这种陶瓷膜与基体属冶金结合，结合强度好，硬度高，
具有很好的耐磨、耐腐蚀、耐高压绝缘和抗高温冲击等特性，可以大幅提
高工件的使用寿命。但是微弧氧化制备涂层过程中，由于微弧氧化陶瓷涂
层成分主要以基体材料的氧化物为主，同时含有部分电解液中阴离子形成
的氧化物。不同成分的氧化物陶瓷涂层性能有很大的差异，通过涂层成分
调控能够改善涂层的相关性能；常规微弧氧化方法下氧化物陶瓷层的成分
难以有效调控，那么实现微弧氧化陶瓷涂层成分的有效调控将会进一步扩
大微弧氧化技术的应用范围。在微弧氧化槽中设置反渗透膜系统，在氧化
过程中通过利用反渗透膜对电解液中的离子进行定向选择，使所选离子不
断在工件周围富集，从而进行氧化物陶瓷涂层成分调控的研究未见相关报
道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种
有色金属表面氧化物陶瓷涂层成分可控的微弧氧化方法。该方法采用反渗
透技术和微弧氧化技术相结合的方法制备氧化物陶瓷涂层，涂层成分调控
方法简便、投入成本低且使用效果好，实用价值高，能够有效实现陶瓷涂
层成分的选择性调控，能有效改善目前微弧氧化陶瓷层性能。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种有色金属表面
氧化物陶瓷涂层成分可控的微弧氧化方法，其特征在于，该方法包括以下
步骤：
步骤一、选择第一反渗透膜和第二反渗透膜；所选择的第一反渗透膜
的孔径D1满足：2Rx≤D1≤2.2Rx，所选择的第二反渗透膜的孔径D2满足：
D2＜2Rx，所述Rx为待沉积元素的可溶性盐的离子半径，Rx的单位为埃；
步骤二、利用步骤一中所选择的第一反渗透膜和第二反渗透膜将微弧
氧化槽分隔为三个工作区：第一非氧化工作区、氧化工作区和第二非氧化
工作区，所述氧化工作区位于第一反渗透膜和第二反渗透膜之间，所述第
一非氧化工作区位于第一反渗透膜的左侧，所述第二非氧化工作区位于第
二反渗透膜的右侧；
步骤三、采用管路将步骤二中所述第一非氧化工作区和第二非氧化工
作区连通，并在管路上设置压力泵，然后将电解液加入微弧氧化槽中，将
阳极、第一阴极和第二阴极插设于氧化工作区内并浸入电解液中，之后利
用压力泵使电解液发生定向流动，利用第一反渗透膜和第二反渗透膜对电
解液进行离子选择；所述离子选择的时间为20min～60min，所述阳极的材
质为有色金属，所述第一阴极和第二阴极均与阳极平行相对设置；
步骤四、在保持步骤三中所述电解液定向流动的条件下，进行微弧氧
化处理10min～60min，在阳极表面得到氧化物陶瓷涂层。
上述的有色金属表面氧化物陶瓷涂层成分可控的微弧氧化方法，其特
征在于，步骤三中所述阳极的材质为镁、镁合金、铝、铝合金、钛、钛合
金、锆、锆合金、铌、铌合金、钽或钽合金。
上述的有色金属表面氧化物陶瓷涂层成分可控的微弧氧化方法，其特
征在于，步骤三中所述第一阴极和第二阴极的材质均为不锈钢。
上述的有色金属表面氧化物陶瓷涂层成分可控的微弧氧化方法，其特
征在于，步骤三中所述电解液由氢氧化钠、无机盐和去离子水混合均匀而
成，其中氢氧化钠的浓度为1g/L～15g/L，无机盐的浓度为5g/L～30g/L，所
述无机盐为铝酸钠、硅酸钠、氟锆酸钾、钨酸钠或偏钒酸铵。
上述的有色金属表面氧化物陶瓷涂层成分可控的微弧氧化方法，其特
征在于，步骤四中所述微弧氧化处理的工艺参数为：电压300V～450V，脉
冲频率100Hz～600Hz，占空比5％～20％，电解液的温度15℃～30℃。
本发明的工作原理为：在微弧氧化之前，首先利用压力泵使电解液发
生定向循环流动，电解液在压力的作用下先通过设置在微弧氧化槽中的第
一反渗透膜，第一反渗透膜对电解液中的离子依据离子半径的大小进行离
子筛选，使电解液中所选离子通过后到达氧化工作区，随后在第二反渗透
膜作用下将所选离子不断阻挡，富集于工作区，从而实现电解液中的离子
进行定向选择，使得所选离子不断在工件周围富集，最终经微弧氧化处理
后，在有色金属阳极基体表面实现氧化物陶瓷涂层成分的调控。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用微弧氧化法制备氧化物陶瓷涂层的过程中，利用反渗
透膜对电解液中的离子进行定向选择，有效的实现了涂层成分的选择性调
控。
2、本发明采用反渗透技术和微弧氧化技术相结合的方法制备氧化物
陶瓷涂层，涂层成分调控方法简便且容易实现，使用设备简单且投入成本
低。
3、本发明技术推广利用前景广泛，能有效推广适用至需要进行微弧
氧化陶瓷层成分选择性调控的技术场合。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明有色金属表面氧化物陶瓷涂层成分可控的微弧氧化过程
示意图。
附图标记说明:
1-1—第一非氧化工作区；1-2—氧化工作区；
1-3—第二非氧化工作区；2-1—第一反渗透膜；
2-2—第二反渗透膜；3-1—第一阴极；
3-2—第二阴极；4—阳极；
5—压力泵；6—管路；
7—电解液。
具体实施方式
实施例1
本实施例采用反渗透技术和微弧氧化技术相结合的方法，在有色金属
表面制备氧化物陶瓷涂层，所述有色金属为镁。结合图1，本实施例有色
金属表面制备氧化物陶瓷涂层成分可控的微弧氧化方法包括以下步骤：
步骤一、选择第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2；所选择的第一
反渗透膜2-1的孔径D1满足：2Rx≤D1≤2.2Rx，所选择的第二反渗透膜2-2
的孔径D2满足：D2＜2Rx，所述Rx为待沉积元素的可溶性盐的离子半径，
Rx的单位为埃；本实施例中待沉积元素为铝，铝酸盐离子半径Rx＝2.5埃，
故选择的第一反渗透膜2-1的孔径为5埃，选择的第二反渗透膜2-2的孔
径为3埃；
具体操作过程中，可将第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2设计为
多层结构，采用层层过滤的方法提高离子选择的准确率和选择效率。
步骤二、利用步骤一中所选择的第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2
将微弧氧化槽分隔为三个工作区：第一非氧化工作区1-1、氧化工作区1-2
和第二非氧化工作区1-3，所述氧化工作区1-2位于第一反渗透膜2-1和第
二反渗透膜2-2之间，所述第一非氧化工作区1-1位于第一反渗透膜2-1
的左侧，所述第二非氧化工作区1-3位于第二反渗透膜2-2的右侧；
步骤三、采用管路6将步骤二中所述第一非氧化工作区1-1和第二非
氧化工作区1-3连通，并在管路6上设置压力泵5，然后将电解液7加入
微弧氧化槽中，将阳极4、第一阴极3-1和第二阴极3-2插设于氧化工作
区1-2内并浸入电解液7中，之后利用压力泵5使电解液7发生定向流动，
利用第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2对电解液7进行离子选择；所
述离子选择的时间为40min，所述阳极4的材质为镁，所述第一阴极3-1
和第二阴极3-2的材质均为不锈钢，所述第一阴极3-1和第二阴极3-2均
与阳极4平行相对设置；所述电解液7由氢氧化钠、无机盐和去离子水混
合均匀而成，其中氢氧化钠的浓度为10g/L，无机盐的浓度为20g/L，所述
无机盐为铝酸钠；
步骤四、在保持步骤三中所述电解液7定向流动的条件下，通电进行
微弧氧化处理20min，微弧氧化处理的工艺参数为：电压400V，脉冲频率
300Hz，占空比10％，电解液7的温度20℃，在阳极4表面得到氧化物陶
瓷涂层。
本实施例所制氧化物陶瓷涂层的成分数据见表1。
表1涂层成分对比结果(质量百分比，wt％)
涂层表面成分
Mg
Al
O
Na
常规微弧氧化
21.3
21
54
3.7
实施例1
16.5
32
48
3.5
由表1可知，本实施例采用反渗透技术和微弧氧化技术相结合的方法，
在有色金属表面制备氧化物陶瓷涂层，利用反渗透膜对电解液中的离子进
行定向选择，有效的实现了涂层成分的选择性调控，涂层成分及含量调控
方法简便且容易实现，使用设备简单且投入成本低。
实施例2
本实施例采用反渗透技术和微弧氧化技术相结合的方法，在有色金属
表面制备氧化物陶瓷涂层，所述有色金属为铝合金。结合图1，本实施例
有色金属表面制备氧化物陶瓷涂层成分可控的微弧氧化方法包括以下步
骤：
步骤一、选择第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2；所选择的第一
反渗透膜2-1的孔径D1满足：2Rx≤D1≤2.2Rx，所选择的第二反渗透膜2-2
的孔径D2满足：D2＜2Rx，所述Rx为待沉积元素的可溶性盐的离子半径，
Rx的单位为埃；本实施例中待沉积元素为硅，硅酸盐离子半径Rx＝3.5埃，
故选择的第一反渗透膜2-1的孔径为7埃，选择的第二反渗透膜2-2的孔
径为3埃；
具体操作过程中，可将第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2设计为
多层结构，采用层层过滤的方法提高离子选择的准确率和选择效率。
步骤二、利用步骤一中所选择的第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2
将微弧氧化槽分隔为三个工作区：第一非氧化工作区1-1、氧化工作区1-2
和第二非氧化工作区1-3，所述氧化工作区1-2位于第一反渗透膜2-1和第
二反渗透膜2-2之间，所述第一非氧化工作区1-1位于第一反渗透膜2-1
的左侧，所述第二非氧化工作区1-3位于第二反渗透膜2-2的右侧；
步骤三、采用管路6将步骤二中所述第一非氧化工作区1-1和第二非
氧化工作区1-3连通，并在管路6上设置压力泵5，然后将电解液7加入
微弧氧化槽中，将阳极4、第一阴极3-1和第二阴极3-2插设于氧化工作
区1-2内并浸入电解液7中，之后利用压力泵5使电解液7发生定向流动，
利用第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2对电解液7进行离子选择；所
述离子选择的时间为30min，所述阳极4的材质为铝合金，所述第一阴极
3-1和第二阴极3-2的材质均为不锈钢，所述第一阴极3-1和第二阴极3-2
均与阳极4平行相对设置；所述电解液7由氢氧化钠、无机盐和去离子水
混合均匀而成，其中氢氧化钠的浓度为10g/L，无机盐的浓度为15g/L，所
述无机盐为硅酸钠；
步骤四、在保持步骤三中所述电解液7定向流动的条件下，通电进行
微弧氧化处理15min，微弧氧化处理的工艺参数为：电压350V，脉冲频率
500Hz，占空比10％，电解液7的温度18℃，在阳极4表面得到氧化物陶
瓷涂层。
本实施例所制氧化物陶瓷涂层的成分数据见表2。
表2涂层成分对比结果(质量百分比，wt％)
涂层表面成分
Si
Al
O
Na
常规微弧氧化
26.2
17
52
4.4
实施例2
32.6
16.2
49
2.2
由表2可知，本实施例采用反渗透技术和微弧氧化技术相结合的方法，
在有色金属表面制备氧化物陶瓷涂层，利用反渗透膜对电解液中的离子进
行定向选择，有效的实现了涂层成分的选择性调控，涂层成分及含量调控
方法简便且容易实现，使用设备简单且投入成本低。
实施例3
本实施例采用反渗透技术和微弧氧化技术相结合的方法，在有色金属
表面制备氧化物陶瓷涂层，所述有色金属为钛合金。结合图1，本实施例
有色金属表面制备氧化物陶瓷涂层成分可控的微弧氧化方法包括以下步
骤：
步骤一、选择第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2；所选择的第一
反渗透膜2-1的孔径D1满足：2Rx≤D1≤2.2Rx，所选择的第二反渗透膜2-2
的孔径D2满足：D2＜2Rx，所述Rx为待沉积元素的可溶性盐的离子半径，
Rx的单位为埃；本实施例中待沉积元素为锆，氟锆酸盐离子半径Rx＝5埃，
故选择的第一反渗透膜2-1的孔径为11埃，选择的第二反渗透膜2-2的孔
径为5埃；
具体操作过程中，可将第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2设计为
多层结构，采用层层过滤的方法提高离子选择的准确率和选择效率。
步骤二、利用步骤一中所选择的第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2
将微弧氧化槽分隔为三个工作区：第一非氧化工作区1-1、氧化工作区1-2
和第二非氧化工作区1-3，所述氧化工作区1-2位于第一反渗透膜2-1和第
二反渗透膜2-2之间，所述第一非氧化工作区1-1位于第一反渗透膜2-1
的左侧，所述第二非氧化工作区1-3位于第二反渗透膜2-2的右侧；
步骤三、采用管路6将步骤二中所述第一非氧化工作区1-1和第二非
氧化工作区1-3连通，并在管路6上设置压力泵5，然后将电解液7加入
微弧氧化槽中，将阳极4、第一阴极3-1和第二阴极3-2插设于氧化工作
区1-2内并浸入电解液7中，之后利用压力泵5使电解液7发生定向流动，
利用第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2对电解液7进行离子选择；所
述离子选择的时间为40min，所述阳极4的材质为钛合金，所述第一阴极
3-1和第二阴极3-2的材质均为不锈钢，所述第一阴极3-1和第二阴极3-2
均与阳极4平行相对设置；所述电解液7由氢氧化钠、无机盐和去离子水
混合均匀而成，其中氢氧化钠的浓度为10g/L，无机盐的浓度为10g/L，所
述无机盐为氟锆酸钾；
步骤四、在保持步骤三中所述电解液7定向流动的条件下，通电进行
微弧氧化处理20min，微弧氧化处理的工艺参数为：电压3050V，脉冲频
率300Hz，占空比8％，电解液7的温度15℃，在阳极4表面得到氧化物
陶瓷涂层。
本实施例所制氧化物陶瓷涂层的成分数据见表3。
表3涂层成分对比结果(质量百分比，wt％)
涂层表面成分
Ti
Al
V
Zr
O
Na
常规微弧氧化
21.8
5.8
3.7
13.4
53.5
1.8
实施例3
19.9
5.7
3.6
18.2
50.7
1.9
由表3可知，本实施例采用反渗透技术和微弧氧化技术相结合的方法，
在有色金属表面制备氧化物陶瓷涂层，利用反渗透膜对电解液中的离子进
行定向选择，有效的实现了涂层成分的选择性调控，涂层成分及含量调控
方法简便且容易实现，使用设备简单且投入成本低。
实施例4
本实施例采用反渗透技术和微弧氧化技术相结合的方法，在有色金属
表面制备氧化物陶瓷涂层，所述有色金属为钽合金。结合图1，本实施例
有色金属表面制备氧化物陶瓷涂层成分可控的微弧氧化方法包括以下步
骤：
步骤一、选择第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2；所选择的第一
反渗透膜2-1的孔径D1满足：2Rx≤D1≤2.2Rx，所选择的第二反渗透膜2-2
的孔径D2满足：D2＜2Rx，所述Rx为待沉积元素的可溶性盐的离子半径，
Rx的单位为埃；本实施例中待沉积元素为铝，铝酸盐离子半径Rx＝2.5埃，
故选择的第一反渗透膜2-1的孔径为5埃，选择的第二反渗透膜2-2的孔
径为3埃；
具体操作过程中，可将第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2设计为
多层结构，采用层层过滤的方法提高离子选择的准确率和选择效率。
步骤二、利用步骤一中所选择的第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2
将微弧氧化槽分隔为三个工作区：第一非氧化工作区1-1、氧化工作区1-2
和第二非氧化工作区1-3，所述氧化工作区1-2位于第一反渗透膜2-1和第
二反渗透膜2-2之间，所述第一非氧化工作区1-1位于第一反渗透膜2-1
的左侧，所述第二非氧化工作区1-3位于第二反渗透膜2-2的右侧；
步骤三、采用管路6将步骤二中所述第一非氧化工作区1-1和第二非
氧化工作区1-3连通，并在管路6上设置压力泵5，然后将电解液7加入
微弧氧化槽中，将阳极4、第一阴极3-1和第二阴极3-2插设于氧化工作
区1-2内并浸入电解液7中，之后利用压力泵5使电解液7发生定向流动，
利用第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2对电解液7进行离子选择；所
述离子选择的时间为20min，所述阳极4的材质为钽合金，所述第一阴极
3-1和第二阴极3-2的材质均为不锈钢，所述第一阴极3-1和第二阴极3-2
均与阳极4平行相对设置；所述电解液7由氢氧化钠、无机盐和去离子水
混合均匀而成，其中氢氧化钠的浓度为5g/L，无机盐的浓度为20g/L，所
述无机盐为铝酸钠；
步骤四、在保持步骤三中所述电解液7定向流动的条件下，通电进行
微弧氧化处理30min，微弧氧化处理的工艺参数为：电压350V，脉冲频率
500Hz，占空比10％，电解液7的温度20℃，在阳极4表面得到氧化物陶
瓷涂层。
本实施例所制氧化物陶瓷涂层的成分数据见表4。
表4涂层成分对比结果(质量百分比，wt％)
涂层表面成分
Ta
Al
O
Na
常规微弧氧化
20.3
21
56
2.7
实施例4
16.2
29.8
52
2.0
由表4可知，本实施例采用反渗透技术和微弧氧化技术相结合的方法，
在有色金属表面制备氧化物陶瓷涂层，利用反渗透膜对电解液中的离子进
行定向选择，有效的实现了涂层成分的选择性调控，涂层成分及含量调控
方法简便且容易实现，使用设备简单且投入成本低。
实施例5
本实施例采用反渗透技术和微弧氧化技术相结合的方法，在有色金属
表面制备氧化物陶瓷涂层，所述有色金属为铌合金。结合图1，本实施例
有色金属表面制备氧化物陶瓷涂层成分可控的微弧氧化方法包括以下步
骤：
步骤一、选择第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2；所选择的第一
反渗透膜2-1的孔径D1满足：2Rx≤D1≤2.2Rx，所选择的第二反渗透膜2-2
的孔径D2满足：D2＜2Rx，所述Rx为待沉积元素的可溶性盐的离子半径，
Rx的单位为埃；本实施例中待沉积元素为硅，硅酸盐离子半径Rx＝3.5埃，
故选择的第一反渗透膜2-1的孔径为7埃，选择的第二反渗透膜2-2的孔
径为3埃；
具体操作过程中，可将第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2设计为
多层结构，采用层层过滤的方法提高离子选择的准确率和选择效率。
步骤二、利用步骤一中所选择的第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2
将微弧氧化槽分隔为三个工作区：第一非氧化工作区1-1、氧化工作区1-2
和第二非氧化工作区1-3，所述氧化工作区1-2位于第一反渗透膜2-1和第
二反渗透膜2-2之间，所述第一非氧化工作区1-1位于第一反渗透膜2-1
的左侧，所述第二非氧化工作区1-3位于第二反渗透膜2-2的右侧；
步骤三、采用管路6将步骤二中所述第一非氧化工作区1-1和第二非
氧化工作区1-3连通，并在管路6上设置压力泵5，然后将电解液7加入
微弧氧化槽中，将阳极4、第一阴极3-1和第二阴极3-2插设于氧化工作
区1-2内并浸入电解液7中，之后利用压力泵5使电解液7发生定向流动，
利用第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2对电解液7进行离子选择；所
述离子选择的时间为60min，所述阳极4的材质为铌合金，所述第一阴极
3-1和第二阴极3-2的材质均为不锈钢，所述第一阴极3-1和第二阴极3-2
均与阳极4平行相对设置；所述电解液7由氢氧化钠、无机盐和去离子水
混合均匀而成，其中氢氧化钠的浓度为15g/L，无机盐的浓度为30g/L，所
述无机盐为硅酸钠；
步骤四、在保持步骤三中所述电解液7定向流动的条件下，通电进行
微弧氧化处理20min，微弧氧化处理的工艺参数为：电压300V，脉冲频率
100Hz，占空比15％，电解液7的温度20℃，在阳极4表面得到氧化物陶
瓷涂层。
本实施例所制氧化物陶瓷涂层的成分数据见表5。
表5涂层成分对比结果(质量百分比，wt％)
涂层表面成分
Nb
Zr
Si
O
Na
常规微弧氧化
20.3
1.9
22.1
53
2.7
实施例5
16.1
1.8
29
51.2
1.9
由表5可知，本实施例采用反渗透技术和微弧氧化技术相结合的方法，
在有色金属表面制备氧化物陶瓷涂层，利用反渗透膜对电解液中的离子进
行定向选择，有效的实现了涂层成分的选择性调控，涂层成分及含量调控
方法简便且容易实现，使用设备简单且投入成本低。
实施例6
本实施例采用反渗透技术和微弧氧化技术相结合的方法，在有色金属
表面制备氧化物陶瓷涂层，所述有色金属为镁合金。结合图1，本实施例
有色金属表面制备氧化物陶瓷涂层成分可控的微弧氧化方法包括以下步
骤：
步骤一、选择第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2；所选择的第一
反渗透膜2-1的孔径D1满足：2Rx≤D1≤2.2Rx，所选择的第二反渗透膜2-2
的孔径D2满足：D2＜2Rx，所述Rx为待沉积元素的可溶性盐的离子半径，
Rx的单位为埃；本实施例中待沉积元素为钨，钨酸盐离子半径Rx＝4.5埃，
故选择的第一反渗透膜2-1的孔径为10埃，选择的第二反渗透膜2-2的孔
径为3埃；
具体操作过程中，可将第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2设计为
多层结构，采用层层过滤的方法提高离子选择的准确率和选择效率。
步骤二、利用步骤一中所选择的第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2
将微弧氧化槽分隔为三个工作区：第一非氧化工作区1-1、氧化工作区1-2
和第二非氧化工作区1-3，所述氧化工作区1-2位于第一反渗透膜2-1和第
二反渗透膜2-2之间，所述第一非氧化工作区1-1位于第一反渗透膜2-1
的左侧，所述第二非氧化工作区1-3位于第二反渗透膜2-2的右侧；
步骤三、采用管路6将步骤二中所述第一非氧化工作区1-1和第二非
氧化工作区1-3连通，并在管路6上设置压力泵5，然后将电解液7加入
微弧氧化槽中，将阳极4、第一阴极3-1和第二阴极3-2插设于氧化工作
区1-2内并浸入电解液7中，之后利用压力泵5使电解液7发生定向流动，
利用第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2对电解液7进行离子选择；所
述离子选择的时间为20min，所述阳极4的材质为镁合金，所述第一阴极
3-1和第二阴极3-2的材质均为不锈钢，所述第一阴极3-1和第二阴极3-2
均与阳极4平行相对设置；所述电解液7由氢氧化钠、无机盐和去离子水
混合均匀而成，其中氢氧化钠的浓度为2g/L，无机盐的浓度为5g/L，所述
无机盐为钨酸钠；
步骤四、在保持步骤三中所述电解液7定向流动的条件下，通电进行
微弧氧化处理10min，微弧氧化处理的工艺参数为：电压450V，脉冲频率
100Hz，占空比20％，电解液7的温度15℃，在阳极4表面得到氧化物陶
瓷涂层。
本实施例所制氧化物陶瓷涂层的成分数据见表6。
表6涂层成分对比结果(质量百分比，wt％)
涂层表面成分
Mg
Al
O
W
Na
常规微弧氧化
21
16
54
6.3
2.7
实施例6
20.5
14.7
49
13.9
1.9
由表6可知，本实施例采用反渗透技术和微弧氧化技术相结合的方法，
在有色金属表面制备氧化物陶瓷涂层，利用反渗透膜对电解液中的离子进
行定向选择，有效的实现了涂层成分的选择性调控，涂层成分及含量调控
方法简便且容易实现，使用设备简单且投入成本低。
实施例7
本实施例采用反渗透技术和微弧氧化技术相结合的方法，在有色金属
表面制备氧化物陶瓷涂层，所述有色金属为铝。结合图1，本实施例有色
金属表面制备氧化物陶瓷涂层成分可控的微弧氧化方法包括以下步骤：
步骤一、选择第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2；所选择的第一
反渗透膜2-1的孔径D1满足：2Rx≤D1≤2.2Rx，所选择的第二反渗透膜2-2
的孔径D2满足：D2＜2Rx，所述Rx为待沉积元素的可溶性盐的离子半径，
Rx的单位为埃；本实施例中待沉积元素为钒，偏钒酸盐离子半径Rx＝3.5
埃，故选择的第一反渗透膜2-1的孔径为7埃，选择的第二反渗透膜2-2
的孔径为3埃；
具体操作过程中，可将第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2设计为
多层结构，采用层层过滤的方法提高离子选择的准确率和选择效率。
步骤二、利用步骤一中所选择的第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2
将微弧氧化槽分隔为三个工作区：第一非氧化工作区1-1、氧化工作区1-2
和第二非氧化工作区1-3，所述氧化工作区1-2位于第一反渗透膜2-1和第
二反渗透膜2-2之间，所述第一非氧化工作区1-1位于第一反渗透膜2-1
的左侧，所述第二非氧化工作区1-3位于第二反渗透膜2-2的右侧；
步骤三、采用管路6将步骤二中所述第一非氧化工作区1-1和第二非
氧化工作区1-3连通，并在管路6上设置压力泵5，然后将电解液7加入
微弧氧化槽中，将阳极4、第一阴极3-1和第二阴极3-2插设于氧化工作
区1-2内并浸入电解液7中，之后利用压力泵5使电解液7发生定向流动，
利用第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2对电解液7进行离子选择；所
述离子选择的时间为20min，所述阳极4的材质为铝，所述第一阴极3-1
和第二阴极3-2的材质均为不锈钢，所述第一阴极3-1和第二阴极3-2均
与阳极4平行相对设置；所述电解液7由氢氧化钠、无机盐和去离子水混
合均匀而成，其中氢氧化钠的浓度为9g/L，无机盐的浓度为20g/L，所述
无机盐为偏钒酸铵；
步骤四、在保持步骤三中所述电解液7定向流动的条件下，通电进行
微弧氧化处理20min，微弧氧化处理的工艺参数为：电压400V，脉冲频率
500Hz，占空比15％，电解液7的温度18℃，在阳极4表面得到氧化物陶
瓷涂层。
本实施例所制氧化物陶瓷涂层的成分数据见表7。
表7涂层成分对比结果(质量百分比，wt％)
涂层表面成分
Al
O
V
Na
常规微弧氧化
25.5
54.8
17.1
2.6
实施例7
21.2
52.3
24.7
1.8
由表7可知，本实施例采用反渗透技术和微弧氧化技术相结合的方法，
在有色金属表面制备氧化物陶瓷涂层，利用反渗透膜对电解液中的离子进
行定向选择，有效的实现了涂层成分的选择性调控，涂层成分及含量调控
方法简便且容易实现，使用设备简单且投入成本低。
实施例8
本实施例采用反渗透技术和微弧氧化技术相结合的方法，在有色金属
表面制备氧化物陶瓷涂层，所述有色金属为钽。结合图1，本实施例有色
金属表面制备氧化物陶瓷涂层成分可控的微弧氧化方法包括以下步骤：
步骤一、选择第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2；所选择的第一
反渗透膜2-1的孔径D1满足：2Rx≤D1≤2.2Rx，所选择的第二反渗透膜2-2
的孔径D2满足：D2＜2Rx，所述Rx为待沉积元素的可溶性盐的离子半径，
Rx的单位为埃；本实施例中待沉积元素为钒，偏钒酸盐离子半径Rx＝3.5
埃，故选择的第一反渗透膜2-1的孔径为7埃，选择的第二反渗透膜2-2
的孔径为3埃；
具体操作过程中，可将第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2设计为
多层结构，采用层层过滤的方法提高离子选择的准确率和选择效率。
步骤二、利用步骤一中所选择的第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2
将微弧氧化槽分隔为三个工作区：第一非氧化工作区1-1、氧化工作区1-2
和第二非氧化工作区1-3，所述氧化工作区1-2位于第一反渗透膜2-1和第
二反渗透膜2-2之间，所述第一非氧化工作区1-1位于第一反渗透膜2-1
的左侧，所述第二非氧化工作区1-3位于第二反渗透膜2-2的右侧；
步骤三、采用管路6将步骤二中所述第一非氧化工作区1-1和第二非
氧化工作区1-3连通，并在管路6上设置压力泵5，然后将电解液7加入
微弧氧化槽中，将阳极4、第一阴极3-1和第二阴极3-2插设于氧化工作
区1-2内并浸入电解液7中，之后利用压力泵5使电解液7发生定向流动，
利用第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2对电解液7进行离子选择；所
述离子选择的时间为60min，所述阳极4的材质为钽，所述第一阴极3-1
和第二阴极3-2的材质均为不锈钢，所述第一阴极3-1和第二阴极3-2均
与阳极4平行相对设置；所述电解液7由氢氧化钠、无机盐和去离子水混
合均匀而成，其中氢氧化钠的浓度为15g/L，无机盐的浓度为30g/L，所述
无机盐为偏钒酸铵；
步骤四、在保持步骤三中所述电解液7定向流动的条件下，通电进行
微弧氧化处理60min，微弧氧化处理的工艺参数为：电压450V，脉冲频率
600Hz，占空比20％，电解液7的温度30℃，在阳极4表面得到氧化物陶
瓷涂层。
本实施例所制氧化物陶瓷涂层的成分数据见表8。
表8涂层成分对比结果(质量百分比，wt％)
涂层表面成分
Ta
O
V
Na
常规微弧氧化
24.5
53.8
19.2
2.5
实施例8
22.3
51.6
24.2
1.9
由表8可知，本实施例采用反渗透技术和微弧氧化技术相结合的方法，
在有色金属表面制备氧化物陶瓷涂层，利用反渗透膜对电解液中的离子进
行定向选择，有效的实现了涂层成分的选择性调控，涂层成分及含量调控
方法简便且容易实现，使用设备简单且投入成本低。
实施例9
本实施例采用反渗透技术和微弧氧化技术相结合的方法，在有色金属
表面制备氧化物陶瓷涂层，所述有色金属为钛。结合图1，本实施例有色
金属表面制备氧化物陶瓷涂层成分可控的微弧氧化方法包括以下步骤：
步骤一、选择第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2；所选择的第一
反渗透膜2-1的孔径D1满足：2Rx≤D1≤2.2Rx，所选择的第二反渗透膜2-2
的孔径D2满足：D2＜2Rx，所述Rx为待沉积元素的可溶性盐的离子半径，
Rx的单位为埃；本实施例中待沉积元素为铝，铝酸盐离子半径Rx＝2.5埃，
故选择的第一反渗透膜2-1的孔径为5埃，选择的第二反渗透膜2-2的孔
径为3埃；
具体操作过程中，可将第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2设计为
多层结构，采用层层过滤的方法提高离子选择的准确率和选择效率。
步骤二、利用步骤一中所选择的第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2
将微弧氧化槽分隔为三个工作区：第一非氧化工作区1-1、氧化工作区1-2
和第二非氧化工作区1-3，所述氧化工作区1-2位于第一反渗透膜2-1和第
二反渗透膜2-2之间，所述第一非氧化工作区1-1位于第一反渗透膜2-1
的左侧，所述第二非氧化工作区1-3位于第二反渗透膜2-2的右侧；
步骤三、采用管路6将步骤二中所述第一非氧化工作区1-1和第二非
氧化工作区1-3连通，并在管路6上设置压力泵5，然后将电解液7加入
微弧氧化槽中，将阳极4、第一阴极3-1和第二阴极3-2插设于氧化工作
区1-2内并浸入电解液7中，之后利用压力泵5使电解液7发生定向流动，
利用第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2对电解液7进行离子选择；所
述离子选择的时间为40min，所述阳极4的材质为钛，所述第一阴极3-1
和第二阴极3-2的材质均为不锈钢，所述第一阴极3-1和第二阴极3-2均
与阳极4平行相对设置；所述电解液7由氢氧化钠、无机盐和去离子水混
合均匀而成，其中氢氧化钠的浓度为7g/L，无机盐的浓度为9g/L，所述无
机盐为铝酸钠；
步骤四、在保持步骤三中所述电解液7定向流动的条件下，通电进行
微弧氧化处理30min，微弧氧化处理的工艺参数为：电压350V，脉冲频率
200Hz，占空比10％，电解液7的温度18℃，在阳极4表面得到氧化物陶
瓷涂层。
本实施例所制氧化物陶瓷涂层的成分数据见表9。
表9涂层成分对比结果(质量百分比，wt％)
涂层表面成分
Ti
O
Al
Na
常规微弧氧化
25.2
54.8
16.1
3.9
实施例9
22.7
52.3
23.8
1.2
由表9可知，本实施例采用反渗透技术和微弧氧化技术相结合的方法，
在有色金属表面制备氧化物陶瓷涂层，利用反渗透膜对电解液中的离子进
行定向选择，有效的实现了涂层成分的选择性调控，涂层成分及含量调控
方法简便且容易实现，使用设备简单且投入成本低。
实施例10
本实施例采用反渗透技术和微弧氧化技术相结合的方法，在有色金属
表面制备氧化物陶瓷涂层，所述有色金属为铌。结合图1，本实施例有色
金属表面制备氧化物陶瓷涂层成分可控的微弧氧化方法包括以下步骤：
步骤一、选择第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2；所选择的第一
反渗透膜2-1的孔径D1满足：2Rx≤D1≤2.2Rx，所选择的第二反渗透膜2-2
的孔径D2满足：D2＜2Rx，所述Rx为待沉积元素的可溶性盐的离子半径，
Rx的单位为埃；本实施例中待沉积元素为硅，硅酸盐离子半径Rx＝3.5埃，
故选择的第一反渗透膜2-1的孔径为7埃，选择的第二反渗透膜2-2的孔
径为3埃；
具体操作过程中，可将第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2设计为
多层结构，采用层层过滤的方法提高离子选择的准确率和选择效率。
步骤二、利用步骤一中所选择的第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2
将微弧氧化槽分隔为三个工作区：第一非氧化工作区1-1、氧化工作区1-2
和第二非氧化工作区1-3，所述氧化工作区1-2位于第一反渗透膜2-1和第
二反渗透膜2-2之间，所述第一非氧化工作区1-1位于第一反渗透膜2-1
的左侧，所述第二非氧化工作区1-3位于第二反渗透膜2-2的右侧；
步骤三、采用管路6将步骤二中所述第一非氧化工作区1-1和第二非
氧化工作区1-3连通，并在管路6上设置压力泵5，然后将电解液7加入
微弧氧化槽中，将阳极4、第一阴极3-1和第二阴极3-2插设于氧化工作
区1-2内并浸入电解液7中，之后利用压力泵5使电解液7发生定向流动，
利用第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2对电解液7进行离子选择；所
述离子选择的时间为40min，所述阳极4的材质为铌，所述第一阴极3-1
和第二阴极3-2的材质均为不锈钢，所述第一阴极3-1和第二阴极3-2均
与阳极4平行相对设置；所述电解液7由氢氧化钠、无机盐和去离子水混
合均匀而成，其中氢氧化钠的浓度为12g/L，无机盐的浓度为20g/L，所述
无机盐为硅酸钠；
步骤四、在保持步骤三中所述电解液7定向流动的条件下，通电进行
微弧氧化处理50min，微弧氧化处理的工艺参数为：电压450V，脉冲频率
200Hz，占空比10％，电解液7的温度15℃，在阳极4表面得到氧化物陶
瓷涂层。
本实施例所制氧化物陶瓷涂层的成分数据见表10。
表10涂层成分对比结果(质量百分比，wt％)
涂层表面成分
Si
Nb
O
Na
常规微弧氧化
17.7
24.8
54.1
3.4
实施例10
26
22.5
49.3
2.2
由表10可知，本实施例采用反渗透技术和微弧氧化技术相结合的方
法，在有色金属表面制备氧化物陶瓷涂层，利用反渗透膜对电解液中的离
子进行定向选择，有效的实现了涂层成分的选择性调控，涂层成分及含量
调控方法简便且容易实现，使用设备简单且投入成本低。
实施例11
本实施例采用反渗透技术和微弧氧化技术相结合的方法，在有色金属
表面制备氧化物陶瓷涂层，所述有色金属为锆。结合图1，本实施例有色
金属表面制备氧化物陶瓷涂层成分可控的微弧氧化方法包括以下步骤：
步骤一、选择第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2；所选择的第一
反渗透膜2-1的孔径D1满足：2Rx≤D1≤2.2Rx，所选择的第二反渗透膜2-2
的孔径D2满足：D2＜2Rx，所述Rx为待沉积元素的可溶性盐的离子半径，
Rx的单位为埃；本实施例中待沉积元素为硅，硅酸盐离子半径Rx＝3.5埃，
故选择的第一反渗透膜2-1的孔径为7埃，选择的第二反渗透膜2-2的孔
径为3埃；
具体操作过程中，可将第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2设计为
多层结构，采用层层过滤的方法提高离子选择的准确率和选择效率。
步骤二、利用步骤一中所选择的第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2
将微弧氧化槽分隔为三个工作区：第一非氧化工作区1-1、氧化工作区1-2
和第二非氧化工作区1-3，所述氧化工作区1-2位于第一反渗透膜2-1和第
二反渗透膜2-2之间，所述第一非氧化工作区1-1位于第一反渗透膜2-1
的左侧，所述第二非氧化工作区1-3位于第二反渗透膜2-2的右侧；
步骤三、采用管路6将步骤二中所述第一非氧化工作区1-1和第二非
氧化工作区1-3连通，并在管路6上设置压力泵5，然后将电解液7加入
微弧氧化槽中，将阳极4、第一阴极3-1和第二阴极3-2插设于氧化工作
区1-2内并浸入电解液7中，之后利用压力泵5使电解液7发生定向流动，
利用第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2对电解液7进行离子选择；所
述离子选择的时间为30min，所述阳极4的材质为铌，所述第一阴极3-1
和第二阴极3-2的材质均为不锈钢，所述第一阴极3-1和第二阴极3-2均
与阳极4平行相对设置；所述电解液7由氢氧化钠、无机盐和去离子水混
合均匀而成，其中氢氧化钠的浓度为12g/L，无机盐的浓度为20g/L，所述
无机盐为硅酸钠；
步骤四、在保持步骤三中所述电解液7定向流动的条件下，通电进行
微弧氧化处理50min，微弧氧化处理的工艺参数为：电压400V，脉冲频率
250Hz，占空比15％，电解液7的温度20℃，在阳极4表面得到氧化物陶
瓷涂层。
本实施例所制氧化物陶瓷涂层的成分数据见表11。
表11涂层成分对比结果(质量百分比，wt％)
涂层表面成分
Si
Zr
O
Na
常规微弧氧化
16.6
25.7
54.6
3.1
实施例11
23.1
24.2
50.3
2.4
由表11可知，本实施例采用反渗透技术和微弧氧化技术相结合的方
法，在有色金属表面制备氧化物陶瓷涂层，利用反渗透膜对电解液中的离
子进行定向选择，有效的实现了涂层成分的选择性调控，涂层成分及含量
调控方法简便且容易实现，使用设备简单且投入成本低。
实施例12
本实施例采用反渗透技术和微弧氧化技术相结合的方法，在有色金属
表面制备氧化物陶瓷涂层，所述有色金属为锆合金。结合图1，本实施例
有色金属表面制备氧化物陶瓷涂层成分可控的微弧氧化方法包括以下步
骤：
步骤一、选择第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2；所选择的第一
反渗透膜2-1的孔径D1满足：2Rx≤D1≤2.2Rx，所选择的第二反渗透膜2-2
的孔径D2满足：D2＜2Rx，所述Rx为待沉积元素的可溶性盐的离子半径，
Rx的单位为埃；本实施例中待沉积元素为钒，偏钒酸盐离子半径Rx＝3.5
埃，故选择的第一反渗透膜2-1的孔径为7埃，选择的第二反渗透膜2-2
的孔径为3埃；
具体操作过程中，可将第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2设计为
多层结构，采用层层过滤的方法提高离子选择的准确率和选择效率。
步骤二、利用步骤一中所选择的第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2
将微弧氧化槽分隔为三个工作区：第一非氧化工作区1-1、氧化工作区1-2
和第二非氧化工作区1-3，所述氧化工作区1-2位于第一反渗透膜2-1和第
二反渗透膜2-2之间，所述第一非氧化工作区1-1位于第一反渗透膜2-1
的左侧，所述第二非氧化工作区1-3位于第二反渗透膜2-2的右侧；
步骤三、采用管路6将步骤二中所述第一非氧化工作区1-1和第二非
氧化工作区1-3连通，并在管路6上设置压力泵5，然后将电解液7加入
微弧氧化槽中，将阳极4、第一阴极3-1和第二阴极3-2插设于氧化工作
区1-2内并浸入电解液7中，之后利用压力泵5使电解液7发生定向流动，
利用第一反渗透膜2-1和第二反渗透膜2-2对电解液7进行离子选择；所
述离子选择的时间为60min，所述阳极4的材质为锆合金，所述第一阴极
3-1和第二阴极3-2的材质均为不锈钢，所述第一阴极3-1和第二阴极3-2
均与阳极4平行相对设置；所述电解液7由氢氧化钠、无机盐和去离子水
混合均匀而成，其中氢氧化钠的浓度为18g/L，无机盐的浓度为20g/L，所
述无机盐为偏钒酸铵；
步骤四、在保持步骤三中所述电解液7定向流动的条件下，通电进行
微弧氧化处理60min，微弧氧化处理的工艺参数为：电压400V，脉冲频率
600Hz，占空比10％，电解液7的温度20℃，在阳极4表面得到氧化物陶
瓷涂层。
本实施例所制氧化物陶瓷涂层的成分数据见表12。
表12涂层成分对比结果(质量百分比，wt％)
涂层表面成分
Zr
O
V
Nb
Na
常规微弧氧化
24.2
52.6
18.3
2.4
2.5
实施例12
22.7
48.9
24.3
2.3
1.8
由表12可知，本实施例采用反渗透技术和微弧氧化技术相结合的方
法，在有色金属表面制备氧化物陶瓷涂层，利用反渗透膜对电解液中的离
子进行定向选择，有效的实现了涂层成分的选择性调控，涂层成分及含量
调控方法简便且容易实现，使用设备简单且投入成本低。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡
是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变
化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。